IA-32寄存器基本讲解

寄存器（registor）是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，它与我们常常说的RAM（Random Access Memory，随机存储器、内存）略有不同。CPU访问（Access）RAM中的数据时要经过较长的物理路径，所以花费的时间要长一些；而寄存器集成在CPU内部拥有非常高的读写速度。大部分汇编指令用于操作寄存器或检查其中的数据，必须掌握寄存器相关的内容才能真正明白这些汇编指令的含义。

基本程序运行寄存器

基本程序运行寄存器的组织结构，它由4类寄存器组成
通用寄存器（General Purpose Registers，32位，8个）EXA、EBX、ECX、EDX、EBP、ESP、ESI、EDI
段寄存器（Segment Registers，16位，6个）CS、DS、SS、ES、FS、GS
程序状态与控制寄存器（Program Status and Control Register，32位，1个）EFLAGS
指令指针寄存器（Instruction Pointer，32位，1个）EIP

1、通用寄存器

通用寄存器是一种通用型的寄存器，用于传送和暂存数据，也可以参与算术逻辑运算，并保存运算结果。IA-32中每个通用寄存器的大小都是32位，即4个字节，主要用来保存常量与地址等， 由特定汇编指令来操作特定寄存器。除常规用途外，某些寄存器还具有一些特殊功能。
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为实现对低16位打的兼容，各寄存器又可以分为高（H:High）、低（L：Low）几个独立寄存器。以EAX为例。
EAX：（0~31）32位
AX：（0~15）EAX的低16位
AH：（8~15）AX的高8位
AL：（0~7）AX的低8位
若想全部使用4个字节（32位），则使用EAX；若只想用2个字节（16位），只要使用EAX的低16位部分AX即可
AX又分为高8位的AH与低8位的AL两个独立寄存器。借助这种方式，可以根据不同情况把一个32位的寄存器分别用作8位、16位、32位寄存器。
各寄存器的名称如下所示。
EAX：（针对操作数和结果数据的）累加器
EBX：（DS段中的数据指针）基址寄存器
ECX：（字符串和循环操作的）计数器
EDX：（I/O指针）数据寄存器
以上4个寄存器主要用在算术运算（ADD、SUB、XOR、OR等）指令中，常常用来保存在常量与变量的值。某些汇编指令（MUL、DIV、LODS等）直接用来操作特定寄存器，执行这些命令后，仅改变特定寄存器的值。
此外，LOOP命令中，ECX用来循环计数（loop count），没执行一次循环ECX都会减1。EAX一般用在函数返回值中，所有Win32API函数都会先把返回值保存到EXA再返回。
注意：编写Windows汇编程序时，Win32API函数在内部会使用ECX与EDX，调用这些API时，ECX与EDX的值就会改变。所以，ECX与EDX中保存有重要数据时，调用API前要先把这些数据备份到其他寄存器或栈。
通用寄存器中其他几个寄存器的名称如下所示。
EBP：（SS段中栈内数据指针）扩展基址指针寄存器
ESI：（字符串操作源指针）源变址寄存器
EDI：（字符串操作目标指针）目的变址寄存器
ESP：（SS段中栈指针）栈指针寄存器
以上4个寄存器主要用作保存内存地址的指针。
ESP指示栈区域的栈顶地址，某些指令（PUSH、POP、CALL、RET）可以直接用来操作ESP（不要把ESP用作其他用途）。
EBP表示栈区域的基地址，函数被调用时保存ESP的值，函数返回时再把值返回ESP，保证栈不会崩溃（称为栈帧（Stack Frame）技术）。ESI和EDI与特定指令（LODS、STOS、REP、MOVS等）一起使用，主要用于内存复制。

2、段寄存器

IA-32的保护模式中，段是一种内存保护技术，它把内存划分为多个区段，并为每个区段赋予起始地址、范围、访问权限等，以保护内存。此外，它还同分页技术（Paging）一起用于将虚拟内存变更为实际物理内存。段内存记录在SDT（Segment Descriptor Table，段描述表）中，而段寄存器就持有这些SDT的索引（index）。
段寄存器共由6种寄存器组成，分别为CS、SS、DS、ES、FS、GS，每个寄存器的大小为16位，即2个字节。另外，每个段寄存器指向的段描述符（Segment Descriptor）与虚拟内存结合，形成一个线性地址(Linear Address)，借助分页技术，线性地址最终被转换为实际的物理地址（Physical Address）。不使用分页技术的操作系统中，线性地址直接变为物理地址。
各段寄存器的名称如下
CS：Code Segment，代码段寄存器
SS：Stack Segment，栈段寄存器
DS：Data Segment，数据段寄存器
ES：Extra（Data） Segment，附加（数据）段寄存器
FS：Data Segment，数据段寄存器
GS：Data Segment，数据寄存器
顾名思义，CS寄存器用于存放应用程序代码所在段的段基址，SS寄存器用于存放栈段的段基址，DS寄存器用于存放数据段的段地址。ES、FS、GS寄存器用来存放程序使用的附加数据段的段基址

其中FS寄存器用于计算SEH（Structured Exception Hanler，结构化异常处理机制）、TEB（Thread Environment Block，线程环境块）、PEB（Process Environment Block，进程环境块）等地址。

3、程序状态与控制寄存器

EFLAGS：Flag Register，标志寄存器
IA-32中标志寄存器EFLAGS其大小为4个字节（32位），由原来的16位FLAGS寄存器扩展而来。EFALG寄存器每位都有意义，每位的值为1或0，代表On/Off或TRUE/FALSE。其中有些位由系统直接设定，有些位则根据程序的命令的执行结果设置。
EFLAG寄存器共有32个位元，目前只需掌握3个标志：ZF（Zero Flag，零标志）、OF（Overflow Flag，溢出标志）、CF（Carry Flag，进位标志）。以上3个标志之所以重要，是因为在某些汇编指令，特别是Jcc（条件跳转）指令中要检查这3个标志的值，并根据它们的值决定是否执行某个动作。

ZF：若运算结果为0，则其值为1（True），否则其值为0（False）。
OF：有符号整数（signed integer）溢出时，OF值被置为1。此外，MSB（Most Significant Bit，最高有效位 ）改变时，其值也被设为1。
CF：无符号整形（unsigned integer）溢出时，其值也被置为1。

4、指令指针寄存器

EIP：Instruction Pointer，指令指针寄存器
指令指针寄存器保存着CPU要执行的指令地址，其大小为32位（4个字节），由原16位IP寄存器扩展而来。程序运行时，CPU会读取EIP中一条指令的地址，传送指令到指令缓冲区后，EIP寄存器的值自动增加，增加的大小即是读取指令的字节大小。这样，CPU每次执行完一条指令，就会通过EIP寄存器读取并执行下一条指令。
与通用寄存器不同，我们不能直接修改EIP的值，只能通过其他指令间接修改，这些特定指令包括JMP、Jcc、CALL、RET。此外，我们还可以通过中断或异常来修改EIP的值。