对我来说,这就像一部时髦的电影。它的用途是什么?我应该什么时候使用它?


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似乎很多答案都已经完成了,我想再添加一个示例代码,说明当lea和move指令具有相同的表达式格式时,它们的工作方式是如何不同的。

长话短说,lea指令和mov指令都可以用括号括住指令的src操作数。当它们用()括起来时,()中的表达式的计算方法相同;但是,两条指令将以不同的方式解释src操作数中的计算值。

无论表达式与lea还是mov一起使用,src值的计算如下。

D(Rb,Ri,S)=>(Reg[Rb]+S*Reg[Ri]+D)

但是,当它与mov指令一起使用时,它会尝试访问由上述表达式生成的地址所指向的值,并将其存储到目标。

与此相反,当lea指令使用上述表达式执行时,它会将生成的值原样加载到目标。

下面的代码使用相同的参数执行lea指令和mov指令。然而,为了捕捉差异,我添加了一个用户级信号处理程序,以捕捉由于mov指令访问错误地址而导致的分段错误。

示例代码

#define _GNU_SOURCE 1 /* To pick up REG_RIP */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <signal.h>

uint32_t
register_handler(uint32_t event, void (*handler)(int, siginfo_t *, void *))
{
    uint32_t ret = 0;
    struct sigaction act;

    memset(&act, 0, sizeof(act));
    act.sa_sigaction = handler;
    act.sa_flags = SA_SIGINFO;
    ret = sigaction(event, &act, NULL);
    return ret;
}

void segfault_handler(int signum, siginfo_t *info, void *priv)
{
    ucontext_t *context = (ucontext_t *)(priv);
    uint64_t rip = (uint64_t)(context->uc_mcontext.gregs[REG_RIP]);
    uint64_t faulty_addr = (uint64_t)(info->si_addr);

    printf("inst at 0x%lx tries to access memory at %ld, but failed\n",
           rip, faulty_addr);
    exit(1);
}

int main(void)
{
    int result_of_lea = 0;

    register_handler(SIGSEGV, segfault_handler);

    // initialize registers %eax = 1, %ebx = 2

    // the compiler will emit something like
    // mov $1, %eax
    // mov $2, %ebx
    // because of the input operands
    asm("lea 4(%%rbx, %%rax, 8), %%edx \t\n"
        : "=d"(result_of_lea) // output in EDX
        : "a"(1), "b"(2)      // inputs in EAX and EBX
        :                     // no clobbers
    );

    // lea 4(rbx, rax, 8),%edx == lea (rbx + 8*rax + 4),%edx == lea(14),%edx
    printf("Result of lea instruction: %d\n", result_of_lea);

    asm volatile("mov 4(%%rbx, %%rax, 8), %%edx"
                 :
                 : "a"(1), "b"(2)
                 : "edx" // if it didn't segfault, it would write EDX
    );
}

执行结果

Result of lea instruction: 14
inst at 0x4007b5 tries to access memory at 14, but failed

其他回答

正如前面提到的现有答案,LEA具有执行内存寻址运算而不访问内存的优点,将运算结果保存到不同的寄存器,而不是简单形式的加法指令。真正的潜在性能优势是现代处理器有一个单独的LEA ALU单元和端口,用于有效的地址生成(包括LEA和其他内存参考地址),这意味着LEA中的算术运算和ALU中的其他正常算术运算可以在一个核中并行完成。

查看Haswell架构的这篇文章,了解LEA单元的一些详细信息:http://www.realworldtech.com/haswell-cpu/4/

其他答案中未提及的另一个重要点是LEA REG,[MemoryAddress]指令是PIC(位置无关代码),它将此指令中的PC相对地址编码为参考MemoryAddress。这不同于MOV REG,MemoryAddress编码相对虚拟地址,需要在现代操作系统中重新定位/修补(如ASLR是常见功能)。因此,LEA可用于将非PIC转换为PIC。

如果有人已经提到了,请原谅我,但如果有人想知道x86糟糕的旧时代,内存分割仍然是相关的:您将始终从以下两条指令中得到相同的结果:

LEA AX, DS:[0x1234]

and

LEA AX, CS:[0x1234]

“有效地址”只是seg:off逻辑地址的偏移部分。在本例中,0x1234。

LEA不添加段基础。这将击败最初的一个用例,即进行地址计算以获得指针(偏移量),实际上可以取消引用。例如lea bx,[array+si]。如果添加了DS基以给出线性地址,则稍后的mov ax,[bx]将再次添加DS基。此外,20位结果通常不适合16位寄存器。

看见https://www.stevemorse.org/8086/index.html8086的建筑师写了一本关于指令集的书,现在在他的网站上免费。关于LEA的部分提到了他的一些设计意图。

LEA指令可用于避免CPU对有效地址进行耗时的计算。如果地址被重复使用,则将其存储在寄存器中而不是每次使用时计算有效地址更有效。

8086有一大系列指令,它们接受寄存器操作数和有效地址,执行一些计算以计算该有效地址的偏移部分,并执行一些涉及寄存器和由计算地址引用的存储器的操作。除了跳过实际的内存操作之外,让该家族中的一个指令的行为与上面一样非常简单。因此,说明:

mov ax,[bx+si+5]
lea ax,[bx+si+5]

在内部实现几乎相同。区别在于跳过了一步。这两个指令的作用类似于:

temp = fetched immediate operand (5)
temp += bx
temp += si
address_out = temp  (skipped for LEA)
trigger 16-bit read  (skipped for LEA)
temp = data_in  (skipped for LEA)
ax = temp

至于英特尔为什么认为这条指令值得包括在内,我并不完全确定,但它的实现成本低是一个重要因素。另一个因素是Intel的汇编器允许相对于BP寄存器定义符号。如果fnord被定义为BP相对符号(例如BP+8),可以说:

mov ax,fnord  ; Equivalent to "mov ax,[BP+8]"

如果想使用stosw之类的东西将数据存储到BP的相对地址

mov ax,0 ; Data to store
mov cx,16 ; Number of words
lea di,fnord
rep movs fnord  ; Address is ignored EXCEPT to note that it's an SS-relative word ptr

比:

mov ax,0 ; Data to store
mov cx,16 ; Number of words
mov di,bp
add di,offset fnord (i.e. 8)
rep movs fnord  ; Address is ignored EXCEPT to note that it's an SS-relative word ptr

注意,忘记世界“偏移”将导致位置[BP+8]的内容而不是值8被添加到DI中。哎呀。

正如其他人所指出的,LEA(负载有效地址)经常被用作进行某些计算的“技巧”,但这并不是它的主要目的。x86指令集是为支持Pascal和C等高级语言而设计的,在这些语言中,数组特别是int数组或小型结构是常见的。例如,考虑表示(x,y)坐标的结构:

struct Point
{
     int xcoord;
     int ycoord;
};

现在想象一下这样的陈述:

int y = points[i].ycoord;

其中points[]是Point的数组。假设数组的基已经在EBX中,变量i在EAX中,xcoord和ycoord各为32位(因此ycoord在结构中的偏移量为4字节),则该语句可以编译为:

MOV EDX, [EBX + 8*EAX + 4]    ; right side is "effective address"

其将在EDX中降落y。比例因子为8是因为每个点的大小为8字节。现在考虑与“address of”运算符使用的相同表达式&:

int *p = &points[i].ycoord;

在这种情况下,您不需要ycoord的值,而是需要它的地址。这就是LEA(加载有效地址)的作用

LEA ESI, [EBX + 8*EAX + 4]

这将在ESI中加载地址。