【汇编语言】标志寄存器（一） —— 标志寄存器中的标志位：ZF、PF、SF、CF、OF 一网打尽

前言

📌 汇编语言是很多相关课程（如数据结构、操作系统、微机原理）的重要基础。但仅仅从课程的角度出发就太片面了，其实学习汇编语言可以深入理解计算机底层工作原理，提升代码效率，尤其在嵌入式系统和性能优化方面有重要作用。此外，它在逆向工程和安全领域不可或缺，帮助分析软件运行机制并增强漏洞修复能力。 本专栏的汇编语言学习章节主要是依据王爽老师的《汇编语言》来写的，和书中一样为了使学习的过程容易展开，我们采用以8086CPU为中央处理器的PC机来进行学习。

1. 标志寄存器

1.1 功能概述

CPU 内部的寄存器中，有一种特殊的寄存器（对于不同的处理机，个数和结构都可能不同）具有以下3种作用： （1）用来存储相关指令的某些执行结果。 （2）用来为 CPU 执行相关指令提供行为依据。 （3）用来控制 CPU的相关工作方式。

1.2 8086CPU中的标志寄存器

这种特殊的寄存器在8086CPU中，被称为标志寄存器。8086CPU的标志寄存器有16位，其中存储的信息通常被称为程序状态字(PSW)。我们已经使用过8086CPU的ax、bx、cx、dx、si、di、bp、sp、IP、cs、ss、ds、es等13 个寄存器了，本章中的标志寄存器（以下简称为 fag）是我们要学习的最后一个寄存器（✌✌✌太开心了）。

flag 和其他寄存器不一样，其他寄存器是用来存放数据的，都是整个寄存器具有一个含义。而flag寄存器是按位起作用的，也就是说，它的每一位都有专门的含义，记录特定的信息。

8086CPU的flag寄存器的结构，如下图所示。

flag的1、3、5、12、13、14、15位在8086CPU中没有使用，不具有任何含义。而0、2、4、6、7、8、9、10、11位都具有特殊的含义。

在这一章中，我们学习标志寄存器中的CF、PF、ZF、SF、OF、DF 标志位，以及一些与其相关的典型指令。

2. ZF 标志

2.1 功能介绍

flag的第6位是ZF，零标志位。

它记录相关指令执行后，

• 结果为0，ZF = 1
• 结果不为0，ZF = 0

2.2 举例说明

例如：

（1）

mov ax,1     
sub ax,1    

指令执行后，结果为0，则ZF = 1。

（2）

mov ax,2	     
sub ax,1    

指令执行后，结果为1，则ZF = 0。

对于zf的值，我们可以这样来看，zf标记相关指令的计算结果是否为0。

• 如果为0，则zf要记录下“是0”这样的肯定信息。在计算机中1表示逻辑真，表示肯定，所以当结果为0的时候 zf=1，表示“结果是0”。
• 如果结果不为0，则zf要记录下“不是0”这样的否定信息。在计算机中0表示逻辑假，表示否定，所以当结果不为0的时候 zf=0，表示“结果不是0”。

比如，指令：

（1）

mov ax,1       
and ax,0

执行后，结果为0，则ZF=1，表示“结果是0”。

（2）

mov ax,1       
or ax,0  

执行后，结果不为0，则ZF=0，表示“结果非0”。

2.3 注意事项

在8086CPU的指令集中，

有的指令的执行是影响标志寄存器的，比如：add、sub、mul、div、inc、or、and等，它们大都是运算指令（进行逻辑或算术运算）；

有的指令的执行对标志寄存器没有影响，比如：mov、push、pop等，它们大都是传送指令。

我们在使用一条指令的时候，要注意这条指令的全部功能，其中包括，执行结果对标记寄存器的哪些标志位造成影响。

3. PF 标志

3.1 功能介绍

flag的第2位是PF，奇偶标志位。

它记录指令执行后，结果的所有二进制位中1的个数：

• 为偶数，PF = 1
• 为奇数，PF = 0

3.2 举例说明

比如，指令：

（1）

mov al,1       
add al,10 

执行后，结果为00001011B，其中有3（奇数）个1，则PF=0；

（2）

mov al,1       
or al,10

执行后，结果为00000011B，其中有2（偶数）个1，则PF=1；

（3）

sub al,al

执行后，结果为00000000B，其中有0（偶数）个1，则pf=1。

4. SF 标志

4.1 功能介绍

flag的第7位是SF，符号标志位。

它记录指令执行后，

• 结果为负，SF = 1
• 结果为正，SF = 0

SF 标志，就是CPU对有符号数运算结果的一种记录 ，它记录数据的正负。

在我们将数据当作有符号数来运算的时候，可以通过它来得知结果的正负。如果我们将数据当作无符号数来运算，SF的值则没有意义，虽然相关的指令影响了它的值。

这也就是说，CPU在执行 add 等指令时，是必然要影响到SF标志位的值的。至于我们需不需要这种影响，那就看我们如何看待指令所进行的运算了。

4.2 举例说明

比如：

（1）

mov al,10000001B	
add al,1 

执行后，结果为10000010B，SF=1，

表示：如果指令进行的是有符号数运算，那么结果为负；

（2）

mov al,10000001B    
add al,01111111B

执行后，结果为0，SF=0

表示：如果指令进行的是有符号数运算，那么结果为非负。

4.3 有/无符号数和补码

我们知道计算机中通常用补码来表示有符号数据。

计算机中的一个数据可以看作是有符号数，也可以看成是无符号数。

比如：

• 00000001B ，可以看作为无符号数 1 ，或有符号数 ＋1；
• 10000001B ，可以看作为无符号数 129，也可以看作有符号数 -127。

这也就是说，对于同一个二进制数据，计算机可以将它当作无符号数据来运算，也可以当作有符号数据来运算。

比如：

mov al,10000001B
add al,1

结果： (al)=10000010B。

• 可以将 add 指令进行的运算当作无符号数的运算，那么 add 指令相当于计算 129+1,结果为 130(10000010B)；
• 也可以将add指令进行的运算当作有符号数的运算，那么add指令相当于计算-127+1，结果为-126(10000010B)。

不管我们如何看待，CPU 在执行 add 等指令的时候，就已经包含了两种含义，也将得到用同一种信息来记录的两种结果。关键在于我们的程序需要哪一种结果。

4.4 补充说明

某些指令将影响标志寄存器中的多个标记位，这些被影响的标记位比较全面地记录了指令的执行结果，为相关的处理提供了所需的依据。

比如指令sub al,al执行后，ZF、PF、SF等标志位都要受到影响，它们分别为：1、1、0。

5. CF 标志

5.1 功能介绍

flag的第0位是CF，进位标志位。

一般情况下，在进行无符号数运算的时候，它记录了运算结果的最高有效位向更高位的进位值，或从更高位的借位值。

5.2 什么是更高位？

对于位数为N的无符号数来说，其对应的二进制信息的最高位，即第N-1位，就是它的最高有效位，而假想存在的第N位，就是相对于最高有效位的更高位。如下图所示。

5.3 举例说明

5.3.1 进位的情况

我们知道，当两个数据相加的时候，有可能产生从最高有效位向更高位的进位。比如，两个8 位数据：98H+98H，将产生进位。

由于这个进位值在8位数中无法保存，我们在前面的内容中，就只是简单地说这个进位值丢失了。

其实CPU在运算的时候，并不丢弃这个进位值，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。

8086CPU 就用flag的CF位来记录这个进位值。

比如，下面的指令：

mov al,98H
add al,al  ;执行后： (al)=30H，CF=1，CF记录了从最高有效位向更高位的进位值

add al,al  ;执行后： (al)=60H，CF=0，

5.3.2 借位的情况

另外一种情况，而当两个数据做减法的时候，有可能向更高位借位。

比如，两个 8 位数据：97H-98H，将产生借位，借位后，相当于计算197H-98H。

而flag的CF位也可以用来记录这个借位值。

比如，下面的指令：

mov al,97H
sub al,98H		;执行后：(a1)=FFH，CF=1，CF记录了向更高位的借位值
sub al,al		;执行后：(al)=0，CF=0，CF记录了向更高位的借位值

6. OF 标志

6.1 功能介绍

flag的第11位是OF，溢出标志位。

一般情况下，OF记录了有符号数运算的结果是否发生了溢出。

• 如果发生溢出，OF=1
• 如果没有溢出，OF=0

6.2 溢出

6.2.1 溢出的概念

在进行有符号数运算的时候，如结果超过了机器所能表示的范围称为溢出。

由于在进行有符号数运算时，可能发生溢出而造成结果的错误。

则CPU需要对指令执行后是否产生溢出进行记录。

6.2.2 机器表示的范围

那么，什么是机器所能表示的范围呢？

比如说，指令运算的结果用8位寄存器或内存单元来存放，比如，addal3，那么对于8位的有符号数据，机器所能表示的范围就是-128~127。

同理，对于16位有符号数据，机器所能表示的范围是-32768~32767。

如果运算结果超出了机器所能表达的范围，将产生溢出。

❗注意，这里所讲的溢出，只是对有符号数运算而言。（就像进位只是相对于无符号数而言！）

6.2.3 举例说明

下面我们看两个溢出的例子。

（1）

mov al,98
add al,99

执行后将产生溢出。因为add al,99进行的有符号数运算是：

(al)=(al)+99-98+99=197。

而结果197超出了机器所能表示的8位有符号数的范围：-128~127.

（2）

mov al,0FOH		;FOH，为有符号数-16的补码
add al,088H		;88H，为有符号数-120的补码

执行后，将产生溢出。因为add al,088H进行的有符号数运算是：

(al)=(al)+(-120)=(-16)+(-120)=-136

而结果-136超出了机器所能表示的8位有符号数的范围：-128~127。

6.2.4 溢出导致的后果

如果在进行有符号数运算时发生溢出，那么运算的结果将不正确。

就上面的两个例子来说：

（1）

mov al,98
add al,99

add 指令运算的结果是(al)=0C5H，因为进行的是有符号数运算，所以al中存储的是有符号数，而C5H是有符号数-59的补码。

如果我们用add指令进行的是有符号数运算，则 98+99=-59这样的结果让人无法接受。

造成这种情况的原因，就是实际的结果197，作为一个有符号数，在8位寄存器al中存放不下。

（2）

同样，对于：

mov al,0FOH		;FOH，为有符号数-16的补码
add al,088H		;88H，为有符号数-120的补码

add 指令运算的结果是(al)=78H，因为进行的是有符号数运算，所以al中存储的是有符号数，而78H表示有符号数120。

如果我们用add指令进行的是有符号数运算，则-16-120=120这样的结果显然不正确。

造成这种情况的原因，就是实际的结果-136，作为一个有符号数，在8位寄存器al中存放不下。

6.3 CF 与 OF 的区别

一定要注意CF和OF的区别：

• CF是对无符号数运算有意义的标志位，
• 而OF是对有符号数运算有意义的标志位。

6.3.1 示例1

比如：

mov al,98
add al,99

add 指令执行后：CF=0，OF=1。

前面我们讲过，CPU在执行add等指令的时候，就包含了两种含义：无符号数运算和有符号数运算。

• 对于无符号数运算，CPU用CF位来记录是否产生了进位；
• 对于有符号数运算，CPU用OF位来记录是否产生了溢出。

当然，还要用SF位来记录结果的符号。

• 对于无符号数运算，98+99没有进位，CF=0；
• 对于有符号数运算，98+99发生溢出，OF=1。

6.3.2 示例2

mov al,0F0H
add al,88H

add 指令执行后：CF=1，OF=1。

• 对于无符号数运算，0F0H+88H有进位，CF=1；
• 对于有符号数运算，0F0H+88H发生溢出，OF=1。

6.3.3 示例3

mov al,0F0H
add al,78H

add 指令执行后：CF=1，OF=0。

• 对于无符号数运算，0F0H+78H有进位，CF=1；
• 对于有符号数运算，0F0H+78H不发生溢出，OF=0。

🚀🚀🚀我们可以看出，CF和OF所表示的进位和溢出，是分别对无符号数和有符号数运算而言的，它们之间没有任何关系。