01_寄存器与指令基础

x86-64 汇编速览 —— 寄存器与基础指令

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本文件覆盖阅读 C++ 教程汇编示例所需的最小知识。建议与 03_变量与数据类型 对照阅读。

系统性深入学习汇编与硬件操作，请参阅：汇编基础教程

为什么看汇编？

C++ 教程在多处用汇编解释底层行为：

• this 指针如何传递（rdi vs rcx）
• 虚函数调用为何多一次间接跳转
• 构造函数/析构函数在何时被调用
• 成员变量访问的偏移计算

看懂汇编才能理解 C++ 为什么是这样。

x86-64 通用寄存器

x86-64 有 16 个 64 位通用寄存器。每个寄存器有 64/32/16/8 位子名：

64位	32位	16位	8位	常见用途
rax	eax	ax	al	返回值
rbx	ebx	bx	bl	被调用者保存
rcx	ecx	cx	cl	第4参数(linux)/第1参数(win)
rdx	edx	dx	dl	第3参数(linux)/第2参数(win)
rsi	esi	si	sil	第2参数(linux)
rdi	edi	di	dil	第1参数(linux)→this指针
rbp	ebp	bp	bpl	栈帧基址指针
rsp	esp	sp	spl	栈顶指针
r8	r8d	r8w	r8b	第5参数(linux)/第3参数(win)
r9	r9d	r9w	r9b	第6参数(linux)/第4参数(win)
r10~r15	r10d~	…	…	通用/临时

记不住全部？只记住：rax=返回值, rdi=第一参数(Linux this), rcx=第一参数(Windows this), rsp=栈顶。其余用到时查阅即可。

基础指令

数据传送

mov rax, rbx ; rax = rbx（寄存器→寄存器）
mov rax, [rdi] ; rax = *rdi（内存→寄存器，读 rdi 指向的 8 字节）
mov [rdi], rax ; *rdi = rax（寄存器→内存）
mov eax, 42 ; eax = 42（立即数→寄存器，高32位自动清零）
lea rax, [rdi+8] ; rax = rdi + 8（加载地址，不读内存）

算术

add rax, rbx ; rax = rax + rbx
sub rax, 10 ; rax = rax - 10
imul rbx ; rdx:rax = rax * rbx（有符号乘法）
inc rax ; rax = rax + 1
dec rax ; rax = rax - 1

比较与跳转

cmp rax, 10 ; 计算 rax - 10，设置标志位（不存结果）
je label ; 等于则跳转（jump if equal）
jne label ; 不等于则跳转
jg label ; 大于则跳转（有符号）
jl label ; 小于则跳转
jmp label ; 无条件跳转

函数调用

call func ; push rip; rip = func（调用函数）
ret ; pop rip（返回）

寻址模式

[rdi] ; 基址寻址：地址 = rdi
[rdi + 8] ; 基址+偏移：地址 = rdi + 8
[rdi + rcx*4] ; 基址+索引*比例：地址 = rdi + rcx*4
[rdi + rcx*4 + 8] ; 完整形式：基址+索引*比例+偏移

[rdi + 8] 是访问成员变量的核心指令。若 rdi = this 指针，[rdi+8] 就是偏移 8 处的成员（跳过 vptr 后的第一个成员）。

阅读示例：访问成员变量

class Point { int x, y; }; // y 在 offset 4
void setY(Point* p, int v) { p->y = v; }

编译为（Linux System V ABI，rdi=p, esi=v）：

setY:
 mov [rdi+4], esi ; *(p + 4) = v → 即 p->y = v
 ret

y 的偏移是 4（x 占 offset 0~3），因此 p->y 编译为 [rdi+4]。这就是 C++ 对象成员访问的汇编真面目。

练习

以下题目从汇编/底层视角训练相关能力：

题号	题目	链接	涉及知识点
136	只出现一次的数字	https://leetcode.cn/problems/single-number/	异或运算（xor指令）
137	只出现一次的数字 II	https://leetcode.cn/problems/single-number-ii/	位操作、状态机
191	位1的个数	https://leetcode.cn/problems/number-of-1-bits/	popcnt指令、位运算
231	2的幂	https://leetcode.cn/problems/power-of-two/	test指令、位特性
338	比特位计数	https://leetcode.cn/problems/counting-bits/	位运算递推