【微機原理與接口 7】—— 常用指令分析4 （串操作指令剖析）

一、關於串操作的一些說明：

雖然我們知道，在高級語言裏面，串 和 一般的數據的標識符會有一些不一樣（比如C++ 裏面整形的 int 以及字符串的 string ）但是，在底層語言裏面，他們類型其實都是一樣的二進制數。只不過串是一個數據塊。我們用下圖說明一下：

那麼， 在執行串操作之前，我們需要確定以下的幾件事情：

1. 串所在的區域，串的首地址（這裏的串包括源串和目標串）
2. 串的長度
3. 串操作的方向，這個我們用一張圖來理解：

如果橫向的藍色箭頭表示的是源串首，假如串操作的方向是 由低地址向高地址，那麼實際上要操作的串就是下方的一塊區域；但是如果方向是 由高地址向低地址，那麼要操作的串就應該是上方的一塊區域。二者的串本身完全不一樣！

4. 串操作的指令之前可以加上一個重複前綴。

下面，我們一一來解釋以下：
【1】首先是串的位置：我們的操作對象是 源串和目標串。其中，源串默認的段首地址存放在 $DS$ （數據段裏面），串首地址存放在 $SI$，即：$DS:SI$。（其中 $DS$ 可以使用段超越變成其他段）
而目標串它的段地址默認是在附加段 $ES$，串首地址在 $DI$ 裏面（注意 $ES$ 不允許被段超越！）

【2】關於串的長度，我們會將串的長度值存放在 $CX$ 裏面。在使用串操作指令之前，我們需要給 $CX$ 賦初值

【3】關於串操作的方向，我們使用狀態標識裏面的 $DF$ 來表示：如果 $DF = 0$ 表示的是串操作從低地址向高地址執行；如果 $DF = 1$，那麼表示從高地址向低地址執行。同樣地，我們也要在使用串操作指令之前，給 $DF$ 賦初值：$CLD$ 表示將 $DF$ 清零；$STD$ 表示將 $DF$ 置1

【4】關於串操作指令前面的循環前綴（這是串操作指令所特有的），重複前綴可以分爲無條件前綴和條件前綴。其中，無條件前綴我們用 $REP$ 表示，它的意思是：只要當 $CX ≠0$的情況下，我們就一直執行 $REP$ 後面跟着的語句 我們可以看到，因爲是無條件地反覆執行，因此，後面常常跟串傳輸類指令

而對於條件前綴，我們分兩種：
（1）REPZ,或者說 REPE（都行）：它的意思是"相等則重複“當 $CX ≠0$，且$ZF = 1$時，重複執行
（2）REPNZ，或者說 REPNE：它的意思是“不相等則重複”，即當 $CX ≠0$，且$ZF = 0$時重複執行
我們可以看到，對於條件前綴，後面常常跟串運算類指令

1.1 串操作指令執行的一般流程

我們用下圖說明：

其中，我們可以看到流程圖主要分成了兩塊：左邊的四個步驟，我們稱之爲初始化。這裏需要特別說明：串操作指令中，每操作完一個字節或者一個字之後，串首指針是指令自動更改的。不需要我們手動設置。而上圖幾乎是所有串操作指令執行都需要經過的流程圖，我們發現：在每操作完一個字節或者一個字之後，並不是立刻就去判斷是不是已經完成了所有操作，而是在修改完地址指針之和，還需要經過修改串長度（這需要我們自己寫程序控制）的這個操作之後，纔到判斷。

下面，我再把這個圖分模塊畫一下：

那麼，試想一下：假如我們的串操作方向是 DF = 0，而且是一個串傳輸指令；那麼在所有數據傳輸完畢之後，串首指針應該是在串尾的後一位！

二、正題——串操作指令

2.1 串傳送指令 MOVS

首先是串傳送：$MOVS$，更具體地說，應該分成兩種：$MOVSB$ 和 $MOVSW$
$MOVSB$ 顧名思義就是傳送1個字節（也就是8位）的串；而 $MOVSW$ 則是傳送 1個字的串。

我們看一個例子學習它的用法：

使用 $MOVS$指令，將200個字節數據從內存數據段 MEM1 爲首地址的區域送到一個邏輯段 MEM2
爲首地址的區域：（我們下面給出程序的分析）：

LEA SI, MEM1     //這句話的意思是給源串的串首賦初值（要賦值給SI寄存器）
LEA DI MEM2      //這句話也是給目標串的串首地址賦初值（要賦值給 DI 寄存器）
MOV CX 200       //給 串的長度賦初值（要賦值給 CX）
CLD              //令 DF = 0，說明是從低地址向高地址執行
REP MOVSB        //無條件重複：只要 CX ≠0 就一直執行串的傳輸
HLT              //當REP跳出來了，就結束

當然也是可以用 $MOVSW$的，這樣的話，我們的 CX 就要賦初值爲 100 了，因此 $MOVSW$一次操作16位

那麼，假如我們想要驗證我們傳輸的串對不對，那麼就需要將這兩個串進行比較。因此就引出了串比較指令：

2.2 串比較指令 CMPS

同樣地，CMPS 也分爲：CMPSB, CMPSW。它執行的是啥呢？—— 目標串 - 源串，但是結果並不返回目標串。也即是實現兩串的比較。

對於串比較指令，我們一般在它前面加條件前綴。

那麼，依舊是剛剛的例子，我們在傳輸完了 200 個字節的串之後，想要檢測一下是否正確傳輸，我們就需要比較兩個串了：下面是程序分析：

	LEA SI, MEM1
	LEA DI MEM2
	MOV CX, 200
	CLD             //上面四條語句全都是初始化
	REPE CMPSB
	JZ STOP         //JZ 表示當 ZF = 1 時執行跳轉，執行到這裏如果ZF仍然爲1說明兩串一樣
	DEC SI          //完成SI的自減，回顧上面的流程圖，SI現在是在串低的後一位
	MOV AL, [SI]
	MOV BX, SI
STOP: HLT

首先，我們明確一件事情：REPE 的意思是相同即重複（$CX≠0$，且 $ZF = 1$），也就是說當比較的串一樣時，就繼續比。那麼 REPE 退出的情況有什麼呢？

1. CX = 0（說明比完了，那麼就是兩個串完全一樣）
2. $CX≠0$，但是 $ZF = 0$（說明在中間有兩個串不一樣的地方了）

JZ 表示當 $ZF = 1$ 時執行跳轉，跳轉到 STOP

2.3 串掃描指令

我們常常使用的是 $SCASB$ 或 $SCASW$。當我們使用 $SCASB, SCASW$ 時，源操作數是不用寫出來的，但是要在程序的前面聲明。（注意：使用 $SCASB, SCASW$ 時，源操作數是 $AL$ 或者 $AX$。當使用 $SCASB$時，一次操作一個字節單元，源操作數就是 $AL$)

另外，說一下 $SCASB, SCASW$ 都幹了什麼：

我們以 $SCASB$ 爲例，它執行的是將 $AL$ 裏面存放的字節依次 和串內的每一個字節單元相減，但是結果不返回，影響標誌位 $ZF$，用於搜索串裏面有沒有哪個字節單元的內容和 $AL$ 的一樣。

舉一個例子：在 ES段中從 2000H 單元開始存放了 10 個字符，尋找其中有沒有字符 ‘A’，若有則記錄搜索次數，將搜索次數寫入 DATA1 單元，並將 ‘A’ 寫入 DATA2 單元。

首先，我們要明確一件事情：目標串地址在 ES:DI 裏面。

		MOV DI, 2000H     //先給DI 賦值
		MOV BX, DI        //地址備份，用於後面計算搜索次數
		MOV CX, 10        //因爲如果採用SCASB，那麼就是一個字節一個字節搜索，10次
		CLD
		REPNZ SCASB       //“若不相等則重複”，如果不相等，即ZF = 0 ，那麼就一直搜索
		JZ FOUND          //若 ZF = 1 就跳轉到 FOUND（ZF=1 說明找到一樣的了）
		MOV DI, 0
		JMP DONE
FOUND:  DEC DI  //因爲 DI 是先自增之後才進入判斷的，所以在跳出之後DI 會在 'A' 的後一個單元
		MOV DATA1, DI
		INC DC
		SUB DI, BX        //計算搜索次數
DONE: 	MOV DATA2,DI
		HLT 

2.4 串加載與串存儲

【1】首先是串加載，我們用 $LODSB$ 或 $LODSW$，既然是 加載，那麼就是將串中的數據裝載到某個地方，因此，在 $LODSB$ 或 $LODSW$ 中，串是作爲源操作數的，地址在 $[DS:SI]$

如果使用的是 $LODSB$，那麼它執行的操作是將數據段中地址爲 $SI$ 的單元裝入 $AL$；
如果使用的是 $LODSW$，那麼它執行的操作是將數據段中地址爲 $SI$ 的單元裝入 $AX$；

【2】下面是串存儲，我們用 $STOSB$ 或 $STOSW$，既然是存儲，就是把某個內容存儲進串裏。因此，此時串就作爲目標串，地址爲：$[EI:DI]$

如果使用的是 $STOSB$，那麼它執行的是將 $AL$ 裏面的內容存儲進 $[ES:DI]$ 內
如果使用的是 $STOSW$，那麼它執行的是將 $AX$ 裏面的內容存儲進 $[ES:DI]$ 內

注意：在串加載與串存儲中，是已經限定了 $AX,AL$ 的！