扩展整数(带符号与不带符号)

beyes

内存或者寄存器中表示带符号整数经常是难以识别的，除非知道期望什么。有时候 GNU 调试器能够有所帮助，但是有时候甚至它会混淆，如下例所示：

.section .data

data:
        .int -45
.section .text

.global _start
_start:
        nop
        movl $-345, %ecx
        movw $0xffb1, %dx
        movl data, %ebx
        movl $1, %eax
        int $0x80

在 gdb 中走过 movl data, %ebx 后，用 info reg 命令查看寄存器得到：

ecx            0xfffffea7       -345
edx            0xffb1   65457
ebx            0xffffffd3       -45

上面，EBX 和 ECX 中的值如期望一样，看到了负值，但是在 EDX 寄存器中，我们看到的是正数(原本打算填个正数进去)。这是因为，调试器假设整个 EDX 寄存器包含的是一个双字带符号整数(32位)。但我们在把 0xffb1 送进 EDX 时，0xffb1 是一个单字 (0xffb1)，所以 GDB 解释出的信息“错误”了。但是，寄存器中的数据仍然是正确的(0xffb1),之所以被看成是正数，那是因为高一个字被 0 扩展了！所以，像在这样左右为难的情况下，我们需要对整数做正确的扩展。

1、扩展无符号整数
把无符号整数转换为位数更大的值时(比如把字转换为双字),必须确保所有的高位部分都被设置为 0 ，而不是简单的把一个值赋值给另外一个值，比如：

movw %ax, %bx

这样不能确保 EBX 寄存器的高位部分都包含零。为了完成这个操作，必须使用两条指令：

movl $0, %ebx
movw %ax, %ebx

上面第一条指令保证了 EBX 寄存器的每一位都是 0，然后可以安全地把 AX 寄存器中的无符号整数值传给 EBX 寄存器。

但是，Intel 还提供了 MOVZX 指令，简化了上面的操作，格式如下：

movzx source, destination

其中，source 可以是 8 位或 16 位寄存器或者内存位置，destination 可以是 16 位或者 32 位寄存器。如：

.section .text
.global _start
_start:
        nop
        movl $279, %ecx
        movzx %cl, %ebx
        movl $1, %eax
        int $0x80

调试时，在 movl $1, %eax 处下断，运行，然后观察相关寄存器：

ecx            0x117    279
ebx            0x17     23

可以看到，MOVZX 指令只传送了 ECX 寄存器的低位字节，而用 0 填充了 EBX 中的剩余字节，这样就在 EBX 寄存器中生成了 0x17 这个值。

2、扩展带符号整数

扩展带符号整数和扩展无符号整数是不同的。使用 0 填充高位会改变负数的数据值。例如，把 -1 (11111111) 传送给双字会变成 0000000011111111，在带符号整数表示法中它是 +127 ，而不是 -1 。为了使带符号扩展能够起作用，新添加的位必须被设置为 1。因此，新的双字将生成值 1111111111111111 ，这是带符号整数表示法的值 -1，这是正确的。

Intel 提供了 MOVSX 指令可以达到扩展带符号数的功能，它允许扩展带符号整数并且保留符号。如下程序所示：

.section .text
.global _start
_start:
        nop
        movw $-79, %cx
        movl $0, %ebx
        movw %cx, %bx
        movsx %cx, %eax
        movl $1, %eax
        movl $0, %ebx
        int $0x80

使用 gdb 调试时，在 movsx 处下断，运行程序，然后查看 info reg　查看寄存器中的内容：

ecx            0xffb1   65457

此时，ecx 中的内容是 0x0000ffb1，低 16 位包含的值是 0xffb1，它是带符号整数格式 -79。当 CX 寄存器被传送给 EBX 寄存器时，EBX 寄存器包含的值是 0x0000ffb1，它是带符号整数格式 65457 ，这不是我们所期望的。

在使用 MOVSX 把 CX 寄存器传给 EAX 寄存器之后，EAX 寄存器包含的值是 0xFFFFFFB1，它是带符号整数格式的 -79。MOVSX 指令正确地为这个值添加了高位部分的 1 。