2.2 使用寄存器
在前一節中的x86基本寄存器的介紹，對於一個匯編語言編程人員來說是不可或缺的。現在你知道，寄存器是處理器內部的一些保存數據的存儲單元。僅僅了解這些是不足以寫出一個可用的匯編語言程序的，但你已經可以大致讀懂一般匯編語言程序了（不必驚訝，因為匯編語言的祝記符和英文單詞非常接近），因為你已經了解了關於基本寄存器的絕大多數知識。
在正式引入第一個匯編語言程序之前，我粗略地介紹一下匯編語言中不同進制整數的表示方法。如果你不了解十進制以外的其他進制，請把鼠標移動到這裡。
數字計算機內部只支持二進制數，因為這樣計算機只需要表示兩種(某些情況是3種，這一內容超過了這份教程的范圍，如果您感興趣，可以參考數字邏輯電路的相關書籍)狀態. 對於電路而言，這表現為高、低電平，或者開、關，分別非常明顯，因而工作比較穩定；另一方面，由於只有兩種狀態，設計起來也比較簡單。這樣，使用二進制意味著低成本、穩定，多數情況下，這也意味著快速。
與十進制類似，我們可以用下面的式子來換算出一個任意形如am-1……a3a2a1a0 的m位r進制數對應的數值n：
程序設計中常用十六進制和八進制數字代替二進制數，其原因在於，16和8是2的整次方冪，這樣，一位十六或八進制數可以表示整數個二進制位。十六進制中，使用字母A、B、C、D、E、F表示10-15，而十六進制或八進制數制表示的的數字比二進制數更短一些。
EAX的內容為000A3412h.
匯編語言中的整數常量表示
十進制整數
這是匯編器默認的數制。直接用我們熟悉的表示方式表示即可。例如，1234表示十進制的1234。不過，如果你指定了使用其他數制，或者有凡事都進行完整定義的小愛好，也可以寫成[十進制數]d或[十進制數]D的形式。
十六進制數
這是匯編程序中最常用的數制，我個人比較偏愛使用十六進制表示數據，至於為什麼，以後我會作說明。十六進制數表示為0[十六進制數]h或0[十六進制數]H，其中，如果十六進制數的第一位是數字，則開頭的0可以省略。例如，7fffh, 0ffffh，等等。
二進制數
這也是一種常用的數制。二進制數表示為[二進制數]b或[二進制數]B。一般程序中用二進制數表示掩碼（mask code）等數據非常的直觀，但需要些很長的數據（4位二進制數相當於一位十六進制數）。例如，1010110b。
八進制數
八進制數現在已經不是很常用了（確實還在用，一個典型的例子是Unix的文件屬性）。八進制數的形式是[八進制數]q、[八進制數]Q、[八進制數]o、[八進制數]O。例如，777Q。
需要說明的是，這些方法是針對宏匯編器（例如，MASM、TASM、NASM）說的，調試器默認使用十六進制表示整數，並且不需要特別的聲明（例如，在調試器中直接用FFFF表示十進制的65535，用10表示十進制的16）。
現在我們來寫一小段匯編程序，修改EAX、EBX、ECX、EDX的數值。
我們假定程序執行之前，寄存器中的數值是全0：
? X H L EAX 0000 00 00 EBX 0000 00 00 ECX 0000 00 00 EDX 0000 00 00正如前面提到的，EAX的高16bit是沒有辦法直接訪問的，而AX對應它的低16bit，AH、AL分別對應AX的高、低8bit。
mov eax, 012345678h則執行上述程序段之後，寄存器的內容變為：
? X H L EAX 1234 56 78 EBX abcd ef fe ECX 0000 00 01 EDX 0000 00 02那麼，你已經了解了mov這個指令（mov是move的縮寫）的一種用法。它可以將數送到寄存器中。我們來看看下面的代碼：
mov eax, ebx則寄存器內容變為：
? X H L EAX abcd ef fe EBX abcd ef fe ECX 0000 00 02 EDX 0000 00 02我們可以看到，“move”之後，數據依然保存在原來的寄存器中。不妨把mov指令理解為“送入”，或“裝入”。
練習題
把寄存器恢復成都為全0的狀態，然後執行下面的代碼：
mov eax, 0a1234h思考：此時，EAX的內容將是多少？[答案]
下面我們將介紹一些指令。在介紹指令之前，我們約定：
使用Intel文檔中的寄存器表示方式
reg32 32-bit寄存器（表示EAX、EBX等） reg16 16-bit寄存器（在32位處理器中，這AX、BX等） reg8 8-bit寄存器（表示AL、BH等） imm32 32-bit立即數（可以理解為常數） imm16 16-bit立即數 imm8 8-bit立即數在寄存器中載入另一寄存器，或立即數的值：
mov reg32, (reg32 | imm8 | imm16 | imm32)
mov reg32, (reg16 | imm8 | imm16)
mov reg8, (reg8 | imm8)
例如，mov eax, 010h表示，在eax中載入00000010h。需要注意的是，如果你希望在寄存器中裝入0，則有一種更快的方法，在後面我們將提到。
交換寄存器的內容：
xchg reg32, reg32例如，xchg ebx, ecx，則ebx與ecx的數值將被交換。由於系統提供了這個指令，因此，采用其他方法交換時，速度將會較慢，並需要占用更多的存儲空間，編程時要避免這種情況，即，盡量利用系統提供的指令，因為多數情況下，這意味著更小、更快的代碼，同時也杜絕了錯誤（如果說Intel的CPU在交換寄存器內容的時候也會出錯，那麼它就不用賣CPU了。而對於你來說，檢查一行代碼的正確性也顯然比檢查更多代碼的正確性要容易）剛才的習題的程序用下面的代碼將更有效：
mov eax, 0a1234h
遞增或遞減寄存器的值：
inc reg(8,16,32)這兩個指令往往用於循環中對指針的操作。需要說明的是，某些時候我們有更好的方法來處理循環，例如使用loop指令，或rep前綴。這些將在後面的章節中介紹。
將寄存器的數值與另一寄存器，或立即數的值相加，並存回此寄存器：
add reg32, reg32 / imm(8,16,32)
add reg16, reg16 / imm(8,16)
add reg8, reg8 / imm(8)
例如，add eax, edx，將eax+edx的值存入eax。減法指令和加法類似，只是將add換成sub。
需要說明的是，與高級語言不同，匯編語言中，如果要計算兩數之和（差、積、商，或一般地說，運算結果），那麼必然有一個寄存器被用來保存結果。在PASCAL中，我們可以用nA := nB + nC來讓nA保存nB+nC的結果，然而，匯編語言並不提供這種方法。如果你希望保持寄存器中的結果，需要用另外的指令。這也從另一個側面反映了“寄存器”這個名字的意義。數據只是“寄存”在那裡。如果你需要保存數據，那麼需要將它放到內存或其他地方。
類似的指令還有and、or、xor（與，或，異或）等等。它們進行的是邏輯運算。
我們稱add、mov、sub、and等稱為為指令助記符（這麼叫是因為它比機器語言容易記憶，而起作用就是方便人記憶，某些資料中也稱為指令、操作碼、opcode[operation code]等）；後面的參數成為操作數，一個指令可以沒有操作數，也可以有一兩個操作數，通常有一個操作數的指令，這個操作數就是它的操作對象；而兩個參數的指令，前一個操作數一般是保存操作結果的地方，而後一個是附加的參數。
我不打算在這份教程中用大量的篇幅介紹指令——很多人做得比我更好，而且指令本身並不是重點，如果你學會了如何組織語句，那麼只要稍加學習就能輕易掌握其他指令。更多的指令可以參考Intel提供的資料。編寫程序的時候，也可以參考一些在線參考手冊。Tech!Help和HelpPC 2.10盡管已經很舊，但足以應付絕大多數需要。
聰明的讀者也許已經發現，使用sub eax, eax，或者xor eax, eax，可以得到與mov eax, 0類似的效果。在高級語言中，你大概不會選擇用a=a-a來給a賦值，因為測試會告訴你這麼做更慢，簡直就是在自找麻煩，然而在匯編語言中，你會得到相反的結論，多數情況下，以由快到慢的速度排列，這三條指令將是xor eax, eax、sub eax, eax和mov eax, 0。
為什麼呢？處理器在執行指令時，需要經過幾個不同的階段：取指、譯碼、取數、執行。
我們反復強調，寄存器是CPU的一部分。從寄存器取數，其速度很顯然要比從內存中取數快。那麼，不難理解，xor eax, eax要比mov eax, 0更快一些。
那麼，為什麼a=a-a通常要比a=0慢一些呢？這和編譯器的優化有一定關系。多數編譯器會把a=a-a翻譯成類似下面的代碼(通常，高級語言通過ebp和偏移量來訪問局部變量；程序中，x為a相對於本地堆的偏移量，在只包含一個32-bit整形變量的程序中，這個值通常是4)：
mov eax, dword ptr [ebp-x]
sub eax, dword ptr [ebp-x]
mov dword ptr [ebp-x],eax
而把a=0翻譯成
mov dword ptr [ebp-x], 0
上面的翻譯只是示意性的，略去了很多必要的步驟，如保護寄存器內容、恢復等等。如果你對與編譯程序的實現過程感興趣，可以參考相應的書籍。多數編譯器（特別是C/C++編譯器，如Microsoft Visual C++）都提供了從源代碼到宏匯編語言程序的附加編譯輸出選項。這種情況下，你可以很方便地了解編譯程序執行的輸出結果；如果編譯程序沒有提供這樣的功能也沒有關系，調試器會讓你看到編譯器的編譯結果。
如果你明確地知道編譯器編譯出的結果不是最優的，那就可以著手用匯編語言來重寫那段代碼了。怎麼確認是否應該用匯編語言重寫呢？
使用匯編語言重寫代碼之前需要確認的幾件事情
首先，這種優化最好有明顯的效果。比如，一段循環中的計算，等等。一條語句的執行時間是很短的，現在新的CPU的指令周期都在0.000000001s以下，Intel甚至已經做出了4GHz主頻（主頻的倒數是時鐘周期）的CPU，如果你的代碼自始至終只執行一次，並且你只是減少了幾個時鐘周期的執行時間，那麼改變將是無法讓人察覺的；很多情況下，這種“優化”並不被提倡，盡管它確實減少了執行時間，但為此需要付出大量的時間、人力，多數情況下得不償失（極端情況，比如你的設備內存價格非常昂貴的時候，這種優化也許會有意義）。 其次，確認你已經使用了最好的算法，並且，你優化的程序的實現是正確的。匯編語言能夠提供同樣算法的最快實現，然而，它並不是萬金油，更不是解決一切的靈丹妙藥。用高級語言實現一種好的算法，不一定會比匯編語言實現一種差的算法更慢。不過需要注意的是，時間、空間復雜度最小的算法不一定就是解決某一特定問題的最佳算法。舉例說，快速排序在完全逆序的情況下等價於冒泡排序，這時其他方法就比它快。同時，用匯編語言優化一個不正確的算法實現，將給調試帶來很大的麻煩。 最後，確認你已經將高級語言編譯器的性能發揮到極致。Microsoft的編譯器在RELEASE模式和DEBUG模式會有差異相當大的輸出，而對於GNU系列的編譯器而言，不同級別的優化也會生成幾乎完全不同的代碼。此外，在編程時對於問題的嚴格定義，可以極大地幫助編譯器的優化過程。如何優化高級語言代碼，使其編譯結果最優超出了本教程的范圍，但如果你不能確認已經發揮了編譯器的最大效能，用匯編語言往往是一種更為費力的方法。 還有一點非常重要，那就是你明白自己做的是什麼。好的高級語言編譯器有時會有一些讓人難以理解的行為，比如，重新排列指令順序，等等。如果你發現這種情況，那麼優化的時候就應該小心——編譯器很可能比你擁有更多的關於處理器的知識，例如，對於一個超標量處理器，編譯器會對指令序列進行“封包”，使他們盡可能的並行執行；此外，宏匯編器有時會自動插入一些nop指令，其作用是將指令湊成整數字長（32-bit，對於16-bit處理器，是16-bit）。這些都是提高代碼性能的必要措施，如果你不了解處理器，那麼最好不要改動編譯器生成的代碼，因為這種情況下，盲目的修改往往不會得到預期的效果。
曾經在一份雜志上看到過有人用純機器語言編寫程序。不清楚到底這是不是編輯的失誤，因為一個頭腦正常的人恐怕不會這麼做程序，即使它不長、也不復雜。首先，匯編器能夠完成某些封包操作，即使不行，也可以用db偽指令來寫指令；用匯編語言寫程序可以防止很多錯誤的發生，同時，它還減輕了人的負擔，很顯然，“完全用機器語言寫程序”是完全沒有必要的，因為匯編語言可以做出完全一樣的事情，並且你可以依賴它，因為計算機不會出錯，而人總有出錯的時候。此外，如前面所言，如果用高級語言實現程序的代價不大（例如，這段代碼在程序的整個執行過程中只執行一遍，並且，這一遍的執行時間也小於一秒），那麼，為什麼不用高級語言實現呢？
一些比較狂熱的編程愛好者可能不太喜歡我的這種觀點。比方說，他們可能希望精益求精地優化每一字節的代碼。但多數情況下我們有更重要的事情，例如，你的算法是最優的嗎？你已經把程序在高級語言許可的范圍內優化到盡頭了嗎？並不是所有的人都有資格這樣說。匯編語言是這樣一件東西，它足夠的強大，能夠控制計算機，完成它能夠實現的任何功能；同時，因為它的強大，也會提高開發成本，並且，難於維護。因此，我個人的建議是，如果在軟件開發中使用匯編語言，則應在軟件接近完成的時候使用，這樣可以減少很多不必要的投入。
第二章中，我介紹了x86系列處理器的基本寄存器。這些寄存器對於x86兼容處理器仍然是有效的，如果你偏愛AMD的CPU，那麼使用這些寄存器的程序同樣也可以正常運行。
不過現在說用匯編語言進行優化還為時尚早——不可能寫程序，而只操作這些寄存器，因為這樣只能完成非常簡單的操作，既然是簡單的操作，那可能就會讓人覺得乏味，甚至找一台足夠快的機器窮舉它的所有結果（如果可以窮舉的話），並直接寫程序調用，因為這樣通常會更快。但話說回來，看完接下來的兩章——內存和堆棧操作，你就可以獨立完成幾乎所有的任務了，配合第五章中斷、第六章子程序的知識，你將知道如何駕馭處理器，並讓它為你工作。
