速通汇编（六）认识栈，SS、SP寄存器，push和pop指令的作用

一，栈

（一）栈的特点

栈是一种具有特殊访问方式的存储空间，特殊在于，进出这块存储空间的数据，“先进后出，后进先出”

由于栈的这个“先进后出”的特点，我们可以利用其来很好的操作内存

在《王爽汇编》中，作者用三本书十分形象地来描述了入栈和出栈的操作，对栈比较陌生的同学可以仔细理解，很理解的同学则可跳过

入栈的方式

出栈的方式

入栈：将数据放在栈的顶部

出栈：将栈顶部的数据取出

也就是说，无论是入栈和出栈，当前操作的数据一定是当前栈中最顶部的数据，我们假想有一个指针，它会一直指着栈顶数据，帮助我们定位

（二）CPU中的栈机制

栈先进后出的这个特点对于我们操作数据是十分方便的一个机制，因此CPU中设计好了提供给我们相关的指令用这种机制来访问内存

简而言之，我们可以主观地将某块内存视作栈（实际上它在内存中是没变的，只是我们主观去刻意认为），然后用相关指令来操作它

最基本的两个入栈和出栈命令是：push（入栈），pop（出栈）

注意，入栈和出栈的操作都是以字（一个字等于两个字节，1 word == 2 byte）为单位的，这意味着任何一次出入栈操作的数据一定是十六位的

例：

push ax        （√）

push bh        （×）bh是bx的高八位寄存器

pop cx          （√）

pop dl           （×）dl是dx的低八位寄存器

①初始空栈

规定为，如果将一块内存视作栈，那么这块内存最小的地址处（低地址）为栈顶，反之（高地址）为栈底，例如下图，[10000]为栈顶，[1000F]为栈底，你可以认为只不过是把从左到右（由低地址到高地址）的一块内存顺时针旋转了90度立起来方便我们看而已

此时栈指针指向[10010]处，即栈最底部[1000F]的再下一处，因为是空栈

下面将10000~1000F这段内存视作栈，并用相关指令来操作它

②【mov ax,0123】【push ax】

将0123赋值给ax，然后把ax的值压入栈中

这里再次涉及到小端存储数据的方式（现有的机器基本都是小端存储），ax分为ah高位的01和al低位的23

因此高位的01应该放在[1000F]处，低位的23放在[1000E]处，因此执行完这两条汇编之后，栈中的数据应如下图所示

此时栈指针指向[1000E]处，栈顶数据是23

③【mov bx,2266】【push bx】

这一步和②同理，高位的22被压入相对高位的[1000D]处，低位的66被压入相对低位的[1000C]处

此时栈指针指向[1000C]处，栈顶数据是66

 ④【mov cx,1122】【push cx】

这一步和②③同理，高位的11被压入相对高位的[1000B]处，低位的22被压入相对低位的[1000A]处

此时栈指针指向[1000C]处，栈顶数据是22

（接下来3步我们整合在一起）

形如【pop 寄存器】指令的作用：将当前栈指针指向的数据放入寄存器中

⑤【pop ax】，栈指针指向[1000A]处，因此将66放入al，22放入ah（别忘了push和pop一定是以字为单位操作数据的，而不是字节），因此执行完后，ax==1122

⑥【pop bx】，同理，栈指针指向的是[1000C]，将66放入bl，22放入bh，bx==2266

⑦【pop cx】，同理，栈指针指向的是[1000E]，将23放入cl，01放入ch，cx==0123

最后，栈指针再次归位到[10010]处，因为栈空

总结：

①内存中地址从左到右由低到高，栈中地址从上到下由低到高，可以认为栈不过是一块内存顺时针旋转了90度立起来方便我们看而已

②假想一个栈指针，它会时刻指向栈中目前最顶部的数据

③push、pop指令操作的是至少是一个字（不能单独操作一个字节），一个字（word）==两个字节（byte）

④每使用push指令压入一个字，栈指针会向栈顶（低地址）处移动一个字的大小（相当于-2）；每使用pop指令弹出一个字，栈指针会向栈底（高地址）处移动一个字的大小（相当于+2）

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二，SS、SP寄存器和push、pop的作用

（一）SS、SP寄存器

在前文中，我们反复提到以下两点：

①栈是我们主观假想出来的具有特殊存储方式的内存，与普通内存别无二致

②假想一个栈指针，它会时刻指向栈中目前最顶部的数据

怎么让cpu知道我们把哪块内存视作栈了呢？这个假想出来的栈指针要如何表现呢？cpu提供给我们两个寄存器解决了这两个问题

回想一下，其实就像学习CS、IP寄存器时一样，我们当时解决的问题是“汇编指令和普通数据在内存中存储起来后没有差别（都是二进制数），但是cpu会将[CS:IP]指向的地址视作汇编来执行”；

所以现在举一反三，又需要两个这样的寄存器，一个用来标识段地址，一个用来标识偏移地址，它们共同指向我们主观视作栈的一块内存的栈顶数据，它的地址则是[SS:SP]

因此，[SS:SP]就是实际cpu中的栈指针

（二）push指令

 push指令主要有两种用法：

①push 寄存器，例如：【push ax】

此处必须是十六位寄存器（前文已经阐述过）

当本条指令被执行之后，cpu会将指定寄存器ax的数据赋值给[SS:SP]处（即栈顶）

执行完后，SP寄存器的值会-2，因为新压入了两个字节的数据成为了新的栈顶数据，栈指针会向低地址偏移两个字节

②push [偏移地址]，例如：【push [0011]】

当本条指令被执行之后，cpu会将指定物理地址[DS:0011]处（不明白为什么是DS的，请仔细复习上一篇<速通汇编（五）>）的数据（同样是十六位数据，如FFFF）赋值给[SS:SP]处（即栈顶）

执行完后，SP寄存器的值会-2，因为新压入了两个字节的数据成为了新的栈顶数据，栈指针会向低地址偏移两个字节

实例：

①先用r命令查看寄存器，观察到SS和SP的值，然后用d命令查询[SS:SP]处内存的值

②在[0000:0000]处提前写入数据12ab34cd，修改DS的值为0000（这样待会push [0]时，[0]就代表[0000:0000]）

④a命令在[CS:IP]即[073f:0100]处写入汇编

【mov ax,1234】【push ax】

【push [0]】

⑤执行前两条汇编【mov ax,1234】【push ax】，执行完后查看栈的变化

观察到，ax中的1234被压入栈中，ah的12在高地址，al的34在低地址，且SP==00FD-2==00FB，符合预期

（注：观察到此处栈顶数据左边的内存数据发生变化，这是正常现象，无需关心）

⑥执行第3条汇编【push [0]】，执行完后查看栈的变化

观察到，[0000:0000]处的两个字节12和AB，分别被压入栈的低和高地址处，且SP==00FB-2==00F9，符合预期

（三）pop指令

（pop指令用来弹出栈顶数据，弹出后不是说消失了，你要找个其它位置存放的）

pop指令主要有两种用法：

①pop 寄存器，例如：【pop ax】

此处必须是十六位寄存器（前文已经阐述过）

当本条指令被执行之后，cpu会将[SS:SP]处（即栈顶）的数据弹出，赋值给指定寄存器ax

执行完后，SP寄存器的值会+2，因为弹出了栈顶数据，栈指针会向高地址处偏移2个字节

②pop [偏移地址]，例如：【pop [0011]】

当本条指令被执行之后，cpu会将[SS:SP]处（即栈顶）的数据弹出，赋值给指定物理地址[DS:0011]处

执行完后，SP寄存器的值会+2，因为弹出了栈顶数据，栈指针会向高地址处偏移2个字节

实例：

①a命令在在[CS:IP]处写入汇编

【pop ax】【pop [0011]】

②执行第一条汇编【pop ax】，执行完后查看栈与ax的变化

观察到，栈顶数据12AB被弹出，低位的12放入al中，高位的AB放入ah中，ax==AB12

且SP==00F9+2==00FB，符合预期

③执行第二条汇编【pop [0011]】，执行完后查看栈与[0000:0011]处的变化

观察到，栈顶数据3412被弹出，低位的34放入低位的[0000:0011]处，高位的12放入高位的[0000:0012]处

且SP==00FB+2==00FD，符合预期

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三，栈越界相关问题

（以下是《王爽汇编》原文节选，提到的CPU通指8086CPU）

上文已经完全说明，CPU由SS和SP来指向栈顶地址，并提供push和pop指令来出入栈

有个问题是，CPU不会保证我们对栈的操作不超界

也就是说，CPU只知道栈顶在何处（由[SS:SP]指示），而不知道我们安排的栈空间有多大。这点就好像 CPU 只知道当前要执行的指令在何处（由CS:IP指示），而不知道要执行的指令有多少从这两点上我们可以看出CPU的工作机理，它只考虑当前的情况：当前的顶在何处、当前要执行的指令是哪一条

我们在编程的时候要自己操心栈顶超界的问题，要根据可能用到的最大栈空间，来安排栈的大小，防止入栈的数据太多而导致的超界；执行出栈操作的时候也要注意，以防栈空的时候继续出栈而导致的超界