05 · 条件码、分支、循环与 switch

来源：第 5 讲 pp.9～64；小班第 5 讲；教材 §3.6；2025 阶段卷第 10～14 题。

四个主要条件码#

CF：最高位的进位或减法借位，用于无符号判断。ZF：结果为零。SF：结果最高位为 1。OF：有符号溢出。PF 表示低字节中 1 的个数为偶数，浮点比较还会用它表达无序结果。

8 位加法：0x7F+1=0x80，CF=0、OF=1、SF=1、ZF=0；0xFF+1=0，CF=1、OF=0、SF=0、ZF=1。CF 不能替代 OF，SF 也不能单独判断带溢出的有符号大小。

cmp b,a 计算 a-b 的标志而不保存差值；test b,a 计算 a&b 的标志而不保存结果。test x,x 判断零/负；test mask,x 检查特定位。

条件选择表#

下表假设前一条设置标志的是 cmp b,a，要判断 a 与 b。后缀可用于 jcc、setcc、cmovcc（具体操作宽度限制不同）。

为什么 l 是 SF xor OF？若 a-b 不溢出，差值符号就是真实大小关系；若溢出，截断后的符号翻转，OF=1 正好把 SF 反过来。例如 8 位 -128-1 得到 127，SF=0、OF=1，但 -128<1 仍为真。

set、jump 与 cmov#

setle %al 只写一个字节，要返回完整 int 布尔值常接 movzbl %al,%eax。不能把 setle %rax 当作合法的 64 位 set 指令。

条件跳转根据标志修改控制流；无条件跳转 jmp label 是直接跳转，jmp *%rax 或 jmp *table(,%rdi,8) 是间接跳转。相对跳转目标是下一条指令地址 + 带符号位移。例如 0x100: eb fe 长 2 字节，目标 0x102-2=0x100。

cmov 根据条件把源值复制到目标寄存器；目标不能是内存，没有普通 8 位 cmov 形式。它通常先计算候选值，再选择结果，减少错误分支预测带来的代价。代价是候选表达式都可能执行：昂贵函数、不安全解引用、可见副作用不能随便提前执行。内存源 cmov 不保证在条件不满足时避免访存异常。

# 返回 x<=y 的布尔值，x、y 是 long
cmpq %rsi, %rdi
setle %al
movzbl %al, %eax
ret

读分支时检查最后一次修改标志的指令，不能无视中间的 add/sub/test；mov 和 lea 则通常保留原标志。

if 与条件表达式#

先画控制流图：比较块 → 真分支/假分支 → 汇合。编译器可能让真分支顺序执行、假分支跳转，也可能相反；不要按标签位置猜真假。

if (test) A else B
    ↓
if (!test) goto else_part;
A; goto done;
else_part: B;
done:

条件传送示例：先算 r=x-y、t=y-x，再以 x>y 选择 t；得到的是 x<=y ? x-y : y-x，是非正的差值，不能只看函数名 absdiff 就认定为绝对值。2025 阶段卷中的同名函数正是一个提醒。

三种循环与边界#

• do-while：先执行 Body，再 Test，至少执行一次。
• while 跳到中间版本：入口先跳 Test，条件成立转 Body，Body 后回 Test。
• while guarded-do 版本：入口先否定条件检查，失败直接结束；成功后采用 do-while。
• for：Init → Test → Body → Update → Test；continue 应进入 Update，不能把它错误地直连 Test。

还原汇编时依次找初始化、循环体、测试、更新、出口、返回值。循环不一定有单独的“索引 i”，可能通过指针推进或移位掩码控制。

/* unsigned 版本明确位级行为；限制 1<=n<=63 才保证推进 */
unsigned long pick(unsigned long x, unsigned n) {
    unsigned long result = 0;
    for (unsigned long mask=1; mask!=0; mask<<=n)
        result |= x & mask;
    return result;
}

n=0 会使 mask 不变化；n≥位宽的 C 移位不合法，硬件低位掩码也不等于修复了源代码。Popcount 可逐位累加 (x&1) 再右移，也可反复 x&=x-1；x86 的 POPCNT 是专门指令，但编译器是否采用取决于目标 ISA、选项和识别能力。

switch 与跳转表#

稠密 case 常用跳转表，稀疏 case 可能采用比较树。流程通常为：索引归一化 → 范围检查 → 间接跳转 → 各 case 代码。

subq $3, %rdi             # 原 case 从 3 开始
cmpq $4, %rdi
ja .Ldefault              # 无符号检查同时排除原值<3 或 >7
jmp *.Ltable(,%rdi,8)     # 每项是 8 字节代码地址

表中的第 0 项对应原值 3，不一定对应 case 0。多个 case 可共享同一地址；缺失值可指向 default；fall-through 表现为执行一个代码块后直接接另一个块，不意味着两个标签必须相同。

位置无关代码可能用 4 字节相对偏移表：先读有符号表项，再加表基址得到目标，因此“所有跳转表表项必为 8 字节”错误。一定看 .quad/.long 和加载指令。

调试时 x/8xg 地址 可显示 8 个 8 字节十六进制单元；这是显示内存表项，不自动执行跳转。反汇编区分机器码、表中数据与真实指令边界。

自检#

给任意 cmp 顺序，能选择正确的 signed/unsigned 条件；能解释 set 后为什么需要零扩展；能给出不适合 cmov 的具体例子；能从循环还原初值、终止条件和更新；能处理 switch 的默认分支、重复标签和穿透。教材作业 3.60、3.63。