c语言位运算 汇编代码分析 - 详解

文章目录

• • 位运算代码
  • 汇编代码
  • 分析
• 基础背景
• ⚙️ 分析逐步讲解
• • 1️⃣ 定义变量 a、b
  • 2️⃣ 按位与（AND）
  • • ➤ 执行过程：
    • ➤ 结果：
    • ➤ 汇编解释：
  • 3️⃣ 按位或（OR）
  • • ➤ 执行过程：
    • ➤ 结果：
    • ➤ 汇编解释：
  • 4️⃣ 按位异或（XOR）
  • • ➤ 执行过程：
    • ➤ 结果：
    • ➤ 汇编解释：
  • 5️⃣ 按位取反（NOT）
  • • ➤ 执行过程：
    • ➤ 结果：
    • ➤ 汇编解释：
  • 6️⃣ 左移（SHL）
  • • ➤ 执行过程：
    • ➤ 结果：
    • ➤ 汇编解释：
  • 7️⃣ 右移（SHR）
  • • ➤ 执行过程：
    • ➤ 结果：
    • ➤ 汇编解释：
• 汇总表
• 编译器生成逻辑分析
• ✅ 总结要点

位运算代码

#include <iostream>
  #include <bitset>
    void basicBitOperations() {
    unsigned int a = 0b11001100; // 204
    unsigned int b = 0b10101010; // 170
    //std::cout << "a = " << std::bitset<8>(a) << " (" << a << ")" << std::endl;
    //std::cout << "b = " << std::bitset<8>(b) << " (" << b << ")" << std::endl;
    // 位与运算
    unsigned int andResult = a & b;
    //std::cout << "a & b = " << std::bitset<8>(andResult) << " (" << andResult << ")" << std::endl;
    // 位或运算
    unsigned int orResult = a | b;
    //std::cout << "a | b = " << std::bitset<8>(orResult) << " (" << orResult << ")" << std::endl;
    // 位异或运算
    unsigned int xorResult = a ^ b;
    //std::cout << "a ^ b = " << std::bitset<8>(xorResult) << " (" << xorResult << ")" << std::endl;
    // 位非运算
    unsigned int notResult = ~a;
    //std::cout << "~a = " << std::bitset<8>(notResult) << " (" << notResult << ")" << std::endl;
    // 左移运算
    unsigned int leftShift = a << 2;
    //std::cout << "a << 2 = " << std::bitset<8>(leftShift) << " (" << leftShift << ")" << std::endl;
    // 右移运算
    unsigned int rightShift = a >> 2;
    //std::cout << "a >> 2 = " << std::bitset<8>(rightShift) << " (" << rightShift << ")" << std::endl;
      }
      int main()
      {
      basicBitOperations();
      }

汇编代码

--- D:\ReverseEngineering\CPP_Code\位运算\位运算\位运算.cpp -----------------------------
1: #include <iostream>
  2: #include <bitset>
    3:
    4: void basicBitOperations() {
    002A1820  push        ebp
    002A1821  mov         ebp,esp
    002A1823  sub         esp,120h
    002A1829  push        ebx
    002A182A  push        esi
    002A182B  push        edi
    002A182C  lea         edi,[ebp-60h]
    002A182F  mov         ecx,18h
    002A1834  mov         eax,0CCCCCCCCh
    002A1839  rep stos    dword ptr es:[edi]
    002A183B  mov         ecx,offset _3428AB1E_位运算\位运算\位运算@cpp (02AC079h)
    002A1840  call        @__CheckForDebuggerJustMyCode@4 (02A1325h)
    002A1845  nop
    5: 	unsigned int a = 0b11001100; // 204
    002A1846  mov         dword ptr [a],0CCh
    6: 	unsigned int b = 0b10101010; // 170
    002A184D  mov         dword ptr [b],0AAh
    7:
    8: 	//std::cout << "a = " << std::bitset<8>(a) << " (" << a << ")" << std::endl;
    9: 	//std::cout << "b = " << std::bitset<8>(b) << " (" << b << ")" << std::endl;
    10:
    11: 	// 位与运算
    12: 	unsigned int andResult = a & b;
    002A1854  mov         eax,dword ptr [a]
    002A1857  and         eax,dword ptr [b]
    002A185A  mov         dword ptr [andResult],eax
    13: 	//std::cout << "a & b = " << std::bitset<8>(andResult) << " (" << andResult << ")" << std::endl;
    14:
    15: 	// 位或运算
    16: 	unsigned int orResult = a | b;
    002A185D  mov         eax,dword ptr [a]
    002A1860  or          eax,dword ptr [b]
    002A1863  mov         dword ptr [orResult],eax
    17: 	//std::cout << "a | b = " << std::bitset<8>(orResult) << " (" << orResult << ")" << std::endl;
    18:
    19: 	// 位异或运算
    20: 	unsigned int xorResult = a ^ b;
    002A1866  mov         eax,dword ptr [a]
    002A1869  xor         eax,dword ptr [b]
    002A186C  mov         dword ptr [xorResult],eax
    21: 	//std::cout << "a ^ b = " << std::bitset<8>(xorResult) << " (" << xorResult << ")" << std::endl;
    22:
    23: 	// 位非运算
    24: 	unsigned int notResult = ~a;
    002A186F  mov         eax,dword ptr [a]
    002A1872  not         eax
    002A1874  mov         dword ptr [notResult],eax
    25: 	//std::cout << "~a = " << std::bitset<8>(notResult) << " (" << notResult << ")" << std::endl;
    26:
    27: 	// 左移运算
    28: 	unsigned int leftShift = a << 2;
    002A1877  mov         eax,dword ptr [a]
    002A187A  shl         eax,2
    002A187D  mov         dword ptr [leftShift],eax
    29: 	//std::cout << "a << 2 = " << std::bitset<8>(leftShift) << " (" << leftShift << ")" << std::endl;
    30:
    31: 	// 右移运算
    32: 	unsigned int rightShift = a >> 2;
    002A1880  mov         eax,dword ptr [a]
    002A1883  shr         eax,2
    002A1886  mov         dword ptr [rightShift],eax
    33: 	//std::cout << "a >> 2 = " << std::bitset<8>(rightShift) << " (" << rightShift << ")" << std::endl;
      34: }
      002A1889  pop         edi
      002A188A  pop         esi
      002A188B  pop         ebx
      002A188C  add         esp,120h
      002A1892  cmp         ebp,esp
      002A1894  call        __RTC_CheckEsp (02A1249h)
      002A1899  mov         esp,ebp
      002A189B  pop         ebp
      002A189C  ret

分析

非常好
你这段代码展示了 C++ 编译后，编译器如何将每一种位运算（&, |, ^, ~, <<, >>）翻译为底层汇编指令。
我们来逐行剖析 C 代码 ↔ 汇编指令 ↔ 实际寄存器行为 ↔ 位级变化。

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基础背景

源代码：

unsigned int a = 0b11001100; // 204 (0xCC)
unsigned int b = 0b10101010; // 170 (0xAA)
unsigned int andResult = a & b;
unsigned int orResult = a | b;
unsigned int xorResult = a ^ b;
unsigned int notResult = ~a;
unsigned int leftShift = a << 2;
unsigned int rightShift = a >> 2;

在汇编中：

• 变量 a、b 等都分配在函数栈上。
• 每次操作都是 mov → 运算 → mov 三步。
• 寄存器使用 EAX（主运算寄存器）。

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⚙️ 分析逐步讲解

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1️⃣ 定义变量 a、b

002A1846  mov dword ptr [a],0CCh   ; a = 0xCC (204)
002A184D  mov dword ptr [b],0AAh   ; b = 0xAA (170)

变量	二进制	十进制	十六进制
a	11001100	204	0xCC
b	10101010	170	0xAA

这两行只是往栈上保存常数，没有计算。

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2️⃣ 按位与（AND）

002A1854  mov eax,dword ptr [a]
002A1857  and eax,dword ptr [b]
002A185A  mov dword ptr [andResult],eax

➤ 执行过程：

步骤	内容
1️⃣	载入 a → EAX = 11001100b
2️⃣	与 b 做 AND → EAX = 11001100 AND 10101010 = 10001000
3️⃣	保存结果到 andResult

➤ 结果：

10001000b = 0x88 = 136

➤ 汇编解释：

• and eax, [b] 是逐位逻辑与。
• 对每一位：1 & 1 → 1，否则 0。
• 常用于 屏蔽（mask）操作。

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3️⃣ 按位或（OR）

002A185D  mov eax,dword ptr [a]
002A1860  or  eax,dword ptr [b]
002A1863  mov dword ptr [orResult],eax

➤ 执行过程：

步骤	内容
1️⃣	EAX = 11001100
2️⃣	OR b → 11001100 OR 10101010 = 11101110
3️⃣	保存结果

➤ 结果：

11101110b = 0xEE = 238

➤ 汇编解释：

• or eax, [b]：任一位为 1 → 结果为 1。
• 用于 强制开启特定位，如 “设置标志位”。

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4️⃣ 按位异或（XOR）

002A1866  mov eax,dword ptr [a]
002A1869  xor eax,dword ptr [b]
002A186C  mov dword ptr [xorResult],eax

➤ 执行过程：

步骤	内容
1️⃣	EAX = 11001100
2️⃣	XOR b → 11001100 XOR 10101010 = 01100110
3️⃣	保存结果

➤ 结果：

01100110b = 0x66 = 102

➤ 汇编解释：

• xor eax, [b]：相同为 0，不同为 1。

• 特性：

  • x ^ 0 = x
  • x ^ x = 0

• 常见技巧：

  • xor eax, eax 用来清零寄存器。

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5️⃣ 按位取反（NOT）

002A186F  mov eax,dword ptr [a]
002A1872  not eax
002A1874  mov dword ptr [notResult],eax

➤ 执行过程：

步骤	内容
1️⃣	EAX = 11001100
2️⃣	NOT → 每一位取反 → 00110011
3️⃣	保存结果

➤ 结果：

00110011b = 0x33 = 51

➤ 汇编解释：

• not eax：1 → 0，0 → 1。
• 用于 按位反转。
• 不影响标志位（ZF/SF/CF 不变）。

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6️⃣ 左移（SHL）

002A1877  mov eax,dword ptr [a]
002A187A  shl eax,2
002A187D  mov dword ptr [leftShift],eax

➤ 执行过程：

步骤	内容
1️⃣	EAX = 11001100b
2️⃣	左移 2 位 → 00110000b
3️⃣	保存结果

➤ 结果：

00110000b = 0x30 = 48

➤ 汇编解释：

• shl eax, 2：逻辑左移 2 位。
• 左移时 高位溢出 → CF，低位补 0。
• 相当于：a * 2² = a * 4。
• 常用于乘 2 的幂。

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7️⃣ 右移（SHR）

002A1880  mov eax,dword ptr [a]
002A1883  shr eax,2
002A1886  mov dword ptr [rightShift],eax

➤ 执行过程：

步骤	内容
1️⃣	EAX = 11001100b
2️⃣	右移 2 位 → 00110011b
3️⃣	保存结果

➤ 结果：

00110011b = 0x33 = 51

➤ 汇编解释：

• shr eax, 2：逻辑右移 2 位。
• 低位移出 → CF；高位补 0。
• 相当于：a / 4（对无符号数）。

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汇总表

操作	C 表达式	汇编指令	结果（二进制）	十进制	说明
AND	a & b	and eax,[b]	10001000	136	按位与，清零特定位
OR	a	b	or eax,[b]	11101110	238
XOR	a ^ b	xor eax,[b]	01100110	102	按位异或，反转不同位
NOT	~a	not eax	00110011	51	取反
SHL	a << 2	shl eax,2	00110000	48	左移（×4）
SHR	a >> 2	shr eax,2	00110011	51	右移（÷4）

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编译器生成逻辑分析

在汇编层，所有这些操作都遵循相同模板：

mov eax, [变量1]
<位运算指令> eax, [变量2或立即数]
mov [结果变量], eax

也就是三步：
1️⃣ 载入源操作数。
2️⃣ 执行位级运算。
3️⃣ 存回结果。

由于这些是 单指令逻辑操作（单周期执行），
它们在 CPU 中都由 ALU（算术逻辑单元） 直接完成。

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✅ 总结要点

类型	汇编指令	操作特性
逻辑运算	and, or, xor, not, test	不涉及进位，纯二进制位逻辑
移位运算	shl, shr, sar, rol, ror	位移动与标志控制
ALU 执行单元	硬件电路级并行完成	比加减更快
标志位变化	ZF, SF, CF, PF 更新（NOT 不影响）	用于分支和条件判断

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