简介四个考试中常见的程序状态字

ClSlaid 出版于体系结构

2021-12-06 约 834 字预计阅读 2 分钟

本文作于作者考研期间，因为过于菜经常分不清溢出标志和进位标志之间的区别怒而提笔撰文

结果不仅没有写完而且还忘了发了（

前言

程序状态字是 CPU 中实现条件指令如 JZ/JE、CMOVBE 的重要机制。在这里简单介绍一下考试中常见的四个程序状态字：

ZF 零标志 (Zero Flag)
SF 符号标志 (Sign Flag)
CF 进位标志 (Carry Flag)
OF 溢出标志 (Overflow Flag)

及其简单人肉计算方法。

零标志

零标志, 通常记为 ZF, 表示计算结果是否为 0. 如果计算结果是 0, ZF 会被设置为 1.

我们亦可使用 ZF 来判断两个数之间是否相等。如 JZ、BEQ 之类的指令即使用该标志。

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CMP %rdi, %rsi  ; SUB %rdi, %rsi
JZ <loop>   ; if %rdi - %rsi == 0, jump to <loop>
            ; jump when ZF == 1

符号标志

符号标志, 通常记为 SF, 顾名思义，该标志主要用于表示计算结果的正负性。如果计算结果为负，那么 SF 会被设为 1。

显然这个标志仅仅在带符号计算中有意义。在常见的使用补码表示法的系统中，可以使用计算结果最高位判断正负性。

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SUB %edi, %esi, %eax
JGE <loop>      ; jump to loop if %edi - %esi >= 0
                ; jump when SF == 0
                ; JGE is a signed instruction

进位标志

In unsigned arithmetic, watch the carry flag to detect errors;

In signed arithmetic, the carry flag tells you nothing interesting.

进位标志, 通常记为 CF, 往往指示在计算中是否发生了无符号借位和无符号进位。

甚么是无符号进位呢？无符号进位指的是在计算中最高位发生了进位；同理无符号借位即最高位从更高位发生了借位。

无符号进位

若两数相加过程中最高位向更高位置发生进位，将 CF 置 1.

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0b1111 + 0b0001 --> 0b0000
CF --> 1

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0b0111 + 0b0001 --> 0b1000
CF --> 0

无符号借位

若两数相减过程中向最高位的更高位发生借位，将 CF 置 1.

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0b0001 - 0b0010 --> 0b1111
CF --> 1

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0b1000 - 0b0001 --> 0b0111
CF --> 0

溢出标志

In unsigned arithmetic, the overflow flag tells you nothing interesting;

In signed arithmetic, watch the overflow flag to detect error.

溢出标志通常记为 OF，当有符号运算发生溢出时置 1。

加法溢出

若同号相加得到异号结果，则说明发生溢出。值得一提的是负数和零应当也被看成相异号的。

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0b1000 + 0b1000 --> 0b0000
OF --> 1

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0b1011 + 0b0100 --> 0b1111
OF --> 0

减法溢出

对于减法，记住正数减负数不可能得到负数，负数减正数也不可能得到正数即可。即“正负负，负正正”即表明发生了溢出。

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0b0011 - 0b1000 --> 0b1011
OF --> 1

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0b1000 - 0b0001 --> 0b0111
OF --> 1

1
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0b1000 - 0b1111 --> 0b1001
OF --> 0

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