5.9 汇编语言：浮点数操作指令

汇编语言是一种面向机器的低级语言，用于编写计算机程序。汇编语言与计算机机器语言非常接近，汇编语言程序可以使用符号、助记符等来代替机器语言的二进制码，但最终会被汇编器编译成计算机可执行的机器码。

浮点运算单元是从80486处理器开始才被集成到CPU中的，该运算单元被称为FPU浮点运算模块，FPU不使用CPU中的通用寄存器，其有自己的一套寄存器，被称为浮点数寄存器栈，FPU将浮点数从内存中加载到寄存器栈中，完成计算后在回写到内存中。

FPU有8个可独立寻址的80位寄存器，分别名为R0-R7他们以堆栈的形式组织在一起，栈顶由FPU状态字中的一个名为TOP的域组成，对寄存器的引用都是相对于栈顶而言的，栈顶通常也被叫做ST(0)最后一个栈底则被记作ST(7)其使用方式与堆栈一致。

浮点数运算通常会使用一些更长的数据类型,如下就是MASM汇编器定义的常用数据类型.

此外浮点数对于指令的命名规范也遵循一定的格式,浮点数指令总是以F开头,而指令的第二个字母则表示操作位数,例如:B表示二十进制操作数,I表示二进制整数操作,如果没有指定则默认则是针对实数的操作fld等.

FLD 和 FSTP 是x86架构处理器中的浮点操作指令，FLD指令用于将浮点数从内存装载进浮点寄存器，或者FSTP指令从浮点寄存器存储到内存中。

FLD 指令用于从内存中读取单精度浮点数（32位）或双精度浮点数（64位），并将其存储到浮点栈中。FLD 指令的语法如下：

其中，source 可以是内存地址、寄存器或立即数。例如，要将双精度浮点数3.14159存储到浮点栈中，可以使用以下指令：

其中，xmm0 是双精度浮点寄存器，pi 是一个双精度浮点常量的地址，esp 是堆栈指针寄存器，qword ptr标记用于指示要读取的内存单元的数据大小。

FSTP 指令用于将浮点栈顶的值弹出，并将其存储到内存中。FSTP指令的语法如下：

其中，destination 可以是内存地址、寄存器或立即数。例如，将浮点栈顶的值存储到内存单元 x 中，可以使用以下指令：

需要注意，FSTP 指令会将浮点栈顶部的值弹出，在栈顶的值被存储到目标地址之后，浮点栈顶部的指针将自动下移。

压栈指令同样支持变址寻址的方式，如下代码案例中我们可以通过循环将一个数组压入浮点数寄存器，其中使用FLD指令时压入一个浮点实数，而FILD则是将实数转换为双精度浮点数后压入堆栈。

FCHS 指令是x86架构处理器中的浮点数操作指令，该指令可用于把ST(0)中值的符号变反，FABS 指令用于将浮点数的值取绝对值。这两条指令的操作对象是浮点寄存器，而不是浮点栈。因此，它并未涉及堆栈操作或操作数的传递。在使用 FCHS 和 FABS 指令时，需要使用浮点操作指令前缀 F 来标识它们是浮点数操作指令。

浮点数加法系列指令，该系列可分为FADD/FADDP/FIADD，这些指令分别针对不同的场景使用，此外还会区分无操作数模式，寄存器操作数，内存操作数，整数相加等。这些指令用于不同的场景下进行操作，如下所述：

FADD 指令用于将两个浮点数相加，并将结果存储到浮点寄存器中。FADD指令支持多种操作数类型，包括无操作数模式、寄存器操作数和内存操作数等。例如，将一个双精度浮点数和一个32位整数相加，可以使用以下指令：

FADDP 指令也是用于将两个浮点数相加，但是会将结果弹出并存储到目标寄存器或内存中。FADDP指令与FADD指令最大的区别在于它弹出了浮点栈顶的值。例如，将两个单精度浮点数相加并将结果存储到内存中，可以使用以下指令：

FIADD 指令用于将一个整数加到浮点寄存器的值中。与FADD指令不同，其支持的数据类型只有整数类型，而没有浮点数类型。使用FIADD指令时，要将操作数用一个寄存器或内存地址表示。例如，将一个16位有符号整数加到浮点数中，可以使用以下指令：

如下汇编代码将分别总结四种不同的浮点数计算方式，读者可自行根据提示信息理解这其中的含义。

x86架构处理器的浮点数减法指令有FSUB/FSUBP/FISUB该系列指令从目的操作数中减去原操作数，把差存储在目的操作数中，目的操作数必须是ST寄存器，源操作数可以是寄存器或内存，运算的过程与加法指令完全一致。

FSUB指令从浮点数寄存器或内存中减去一个浮点数，并将结果存储到浮点寄存器中。语法如下：

其中， destination 表示目的寄存器或内存地址，source 表示源寄存器或内存地址。例如，要将浮点寄存器ST(0)中的值减去双精度浮点数 x ，并将结果存储回ST(0)，则可以使用以下指令：

FSUBP指令也是减法指令，但不同于FSUB，它不需要第一个操作数，而是将栈顶的两个浮点数相减。将栈顶的两个浮点数相减后，FSUBP指令将弹出栈顶部的浮点数，将结果存储在次栈顶的浮点寄存器中。语法如下：

其中，destination可以是寄存器或内存地址。例如，要将浮点寄存器ST(0)中的值减去双精度浮点数 x ，并将结果存储到内存地址 z 中，则可以使用以下指令：

FISUB指令用于将有符号整数从浮点数中减去。它从存储有符号整数的内存地址或寄存器中装载整数值，并将其作为源操作数，从浮点寄存器中的另一个浮点数中减去。FISUB指令的语法类似于FSUB指令，如下所示：

其中， destination 表示目的寄存器或内存地址，source 表示有符号整数存储的寄存器或内存地址。例如，要将浮点寄存器 ST(0) 中的值减去 16位来源于内存中的有符号整数 y ，并将结果存储回 ST(0) 中，则可以使用以下指令：

接着读者看如下案例，这里准备了一个简单的汇编案例，通过四种不同的方式实现了汇编语言中的浮点数减法运算，读者可自行编译并理解其中的实现原理；

针对浮点数乘法指令有三种FMUL/FMULP/FIMUL第一个指令用于将堆栈上的浮点数相乘返回值放入到堆栈上，第二个指令则是相乘后将结果从堆栈中弹出，第三个指令则是将浮点数相乘并将结果存储回堆栈中，针对浮点数乘法指令总结如下：

FMUL指令：将堆栈上的两个浮点数相乘，并将结果存储回堆栈中。它可以只在ST0和ST1之间执行乘法操作。例如，执行FMUL ST1, ST0将ST0和ST1中的两个数相乘，并将结果存储回ST1中。 FMUL指令使用栈操作数。

FMULP指令：将堆栈上的两个浮点数相乘，但是不同于FMUL，它会从栈中弹出一个浮点数。例如，执行FMULP ST1, ST0将ST0和ST1中的两个数相乘，并将结果存储回ST1中，然后将ST0从堆栈中弹出。 FMULP指令使用栈操作数。

FIMUL指令：将堆栈上的两个浮点数（或整数）相乘，并将结果存储回堆栈中。它只在ST0和ST1之间执行乘法操作，但是当它们的值为整数时，使用的密度为16位（计算2个字）。例如，执行FIMULWORD PTR [eax]通常用于使用16位整数执行浮点数乘法。 FIMUL指令使用栈操作数。

FMUL指令用于将浮点寄存器或内存中的浮点数乘以另一个浮点数，并将结果存储回寄存器中。FMUL指令支持多种操作数类型，包括寄存器、内存、以及立即值等。例如，将浮点寄存器ST(0)中的值乘以双精度浮点数x，并将结果存储回ST(0)，可以使用以下指令：

FMULP指令也是乘法指令，它将栈顶部的两个浮点数相乘，并将结果存储在次栈顶的浮点寄存器中。与FSUBP类似，它不需要第一个操作数。例如，将栈顶的两个单精度浮点数相乘，并将结果存储到内存z中，可以使用以下指令：

FIMUL指令用于将有符号整数乘以浮点寄存器中的另一个浮点数。与FISUB类似，它加载一个有符号整数并将其作为源操作数组合浮点寄存器中另一个浮点数进行乘法运算。例如，将浮点寄存器ST(0)中的值乘以16位有符号整数 y，并将结果存储回ST(0)，可以使用以下指令：

接下来我们通过一个案例，并使用三种不同的浮点数乘法指令，分别演示四种不同的乘法计算方式，读者可自行编译学习；

对于浮点数除法运算其调用原理与乘法运算完全一致，对于浮点数除指令同样包含有FDIV/FDIVP/FIDIV这三种类型，如下则是三种类型的说明：

FDIV指令用于将浮点寄存器或内存中的浮点数除以另一个浮点数，并将结果存储回寄存器中。FDIV指令也支持多种操作数类型。例如，将浮点寄存器ST(0)中的值除以双精度浮点数 x，并将结果存储回ST(0)，可以使用以下指令：

FDIVP指令也是除法指令，它将栈顶两个浮点数相除，将次栈顶的浮点数弹出并将结果存储回次栈顶中。与FSUBP和FMULP指令类似，它不需要第一个操作数。例如，将栈顶的两个单精度浮点数相除，并将结果存储到内存z中，可以使用以下指令：

FIDIV 指令用于将浮点寄存器中的另一个浮点数除以有符号整数，与FIMUL相似，它加载有符号整数并将其作为除数进行浮点数除法运算。例如，将浮点寄存器ST(0)中的值除以16位有符号整数 y ，并将结果存储回ST(0)，可以使用以下指令：

接下来我们通过一个案例，并使用三种不同的浮点数乘法指令，分别演示四种不同的除法计算方式，读者可自行编译学习；

浮点数比较指令包括FCOM/FCOMP/FCOMPP这三个指令都是比较ST(0)和源操作数，源操作数可以是内存操作数或FPU寄存器，FCOM和FCOMP格式基本一致，唯一区别在于FCOMP在执行对比后还要从堆栈中弹出元素，而FCOMP和FCOMPP也基本一致，最后都是要从堆栈中弹出元素。

FCOM 指令用于比较浮点数寄存器ST(0)和源操作数中的浮点数，并设置状态字以指示两个数的关系。源操作数可以是内存操作数或者FPU寄存器。例如，比较浮点数寄存器ST(0)和内存中的双精度浮点数x，可以使用以下指令：

FCOMP指令与FCOM指令类似，只是在执行比较后，除了设置状态字以外，还会将栈顶元素弹出。例如，比较浮点数寄存器ST(0)和浮点数寄存器ST(1)，并将栈顶元素弹出，可以使用以下指令：

FCOMPP指令也是用于比较两个浮点数寄存器ST(0)和ST(1)的大小，并将栈顶的两个元素弹出。与FCOMP指令类似，但是可以比较两个栈顶的数值。例如，比较浮点数寄存器ST(0)和ST(1)，并将栈顶的两个元素弹出，可以使用以下指令：

比较指令的重点就是比较条件码的状态，FPU中包括三个条件状态，分别是C3(零标志),C2(奇偶标志),C0(进位标志)，我们可以使用FNSTSW指令将这些状态字送入AX寄存器中，然后通过SAHF指令把AH赋值到EFLAGS标志中，一旦标志状态被送入EFLAGS寄存器，那么就可以使用标准的标志位对跳转指令进行影响，例如以下C语言代码实现。