3.9 跳转指令

跳转指令使程序能够改变指令的执行顺序，是实现分支和循环的基础。跳转指令分为无条件跳转和条件跳转。

无条件跳转：jmp

jmp 指令总是执行跳转，不受任何条件限制。

直接跳转

跳转目标由标号（label）指定，在汇编代码中以 .L 开头命名。

jmp     .Ldone              # 跳转到 .Ldone 标号处继续执行
 
.Ldone:
    # 跳转到这里继续执行
    ret

间接跳转

跳转目标从寄存器或内存中读取，实现动态跳转。详见 。

jmp     *%rax               # 以 %rax 中的值作为目标地址跳转
jmp     *(%rdi)             # 从内存中读取目标地址并跳转
jmp     *12(%rbp, %rdi, 8)  # 从计算出的内存地址读取目标

间接跳转的语法特征：* 前缀表示间接跳转。

条件跳转指令

条件跳转根据 的组合决定是否改变控制流。

有符号数条件跳转

指令	含义	条件	C 比较
je (或 jz)	相等时跳转	ZF = 1	a == b
jne (或 jnz)	不等时跳转	ZF = 0	a != b
js	负数时跳转	SF = 1	a < 0
jns	非负时跳转	SF = 0	a >= 0
jl (或 jnge)	小于时跳转 (less)	SF ≠ OF	a < b
jge (或 jnl)	大于等于时跳转	SF = OF	a >= b
jle (或 jng)	小于等于时跳转	(SF ≠ OF) | ZF	a <= b
jg (或 jnle)	大于时跳转 (greater)	(SF = OF) & ZF = 0	a > b

无符号数条件跳转

指令	含义	条件
jb (或 jnae, jc)	低于时跳转 (below)	CF = 1
jae (或 jnb, jnc)	高于等于时跳转	CF = 0
jbe (或 jna)	低于等于时跳转	CF = 1 | ZF = 1
ja (或 jnbe)	高于时跳转 (above)	CF = 0 & ZF = 0

条件跳转操作示例

# C 代码: if (a >= b) goto true_branch;
 
# 假设 %rdi = a, %rsi = b
cmpq    %rsi, %rdi          # 计算 a - b
jge     .L_true             # 如果 a >= b，跳转
 
# a < b 的情况继续执行
# ...
 
.L_true:
# a >= b 的情况
# ...

条件跳转不能作为间接跳转

条件跳转不支持间接跳转（即不能 je *%rax），只有无条件跳转 jmp 支持间接跳转。

跳转指令的编码

大多数跳转指令使用 PC 相对寻址（PC-relative addressing），即目标地址编码为当前指令地址的偏移量。

# 汇编代码
je      .Ltarget
 
# 机器码示例 (假设 Ltarget 在当前指令后 0x42 字节处)
# 0x7E 0x42
# 其中 0x7E = je 的 opcode，0x42 = 相对于下一条指令的偏移

短跳转 vs 近跳转

• 短跳转（short jump）：偏移在一个字节内（-128~127），2 字节指令
• 近跳转（near jump）：偏移在四个字节内，6 字节指令
• 汇编器自动选择合适的编码格式

分支的基本模式

if-else 模式

# C 代码
# if (a >= b) {
#     result = a - b;
# } else {
#     result = a + b;
# }
 
# 汇编
    cmpq    %rsi, %rdi      # 比较 a (%rdi) 和 b (%rsi)
    jl      .Lelse          # 如果 a < b，跳转到 else
    subq    %rsi, %rdi      # a >= b: result = a - b
    movq    %rdi, %rax
    jmp     .Ldone
.Lelse:
    addq    %rsi, %rdi      # a < b: result = a + b
    movq    %rdi, %rax
.Ldone:
    ret

条件表达式模式

C 语言的三目运算符 ?: 通常编译为条件传送或条件跳转：

# C 代码: long abs = (x >= 0) ? x : -x;
 
# 使用条件跳转的实现
    testq   %rdi, %rdi
    jge     .Lpos
    negq    %rdi
.Lpos:
    movq    %rdi, %rax
    ret

goto 模式

C 语言的 goto 对应汇编中的无条件跳转：

// C 代码（使用 goto 辅助翻译）
long fact_goto(long n) {
    long result = 1;
    if (n <= 1) goto done;
loop:
    result *= n;
    n--;
    if (n != 1) goto loop;
done:
    return result;
}

# 对应的汇编
fact_goto:
    movq    $1, %rax        # result = 1
    cmpq    $1, %rdi        # 比较 n 和 1
    jle     .Ldone          # 如果 n <= 1，跳转到 done
.Lloop:
    imulq   %rdi, %rax      # result *= n
    subq    $1, %rdi        # n--
    cmpq    $1, %rdi        # 比较 n 和 1
    jne     .Lloop          # 如果 n != 1，继续循环
.Ldone:
    ret

条件跳转的性能考虑

现代 CPU 使用分支预测（branch prediction）来推测执行。预测错误会导致流水线冲刷（pipeline flush），造成性能损失。

• 预测正确：约 0-2 个周期损失
• 预测错误：约 15-20 个周期损失

为减少分支预测失败，编译器会尝试将简单分支转换为 。

跳转指令总结

类型	指令	格式	用途
无条件跳转	jmp	jmp .Ltarget 或 jmp *%reg	循环/switch/goto
条件跳转	je/jne/jl/jge/...	je .Ltarget	if-else/循环条件
条件跳转（无符号）	jb/jae/jbe/ja	ja .Ltarget	无符号比较

相关笔记

• • 跳转指令的判断依据
• • 分支的完整实现
• • 循环中跳转的模式
• • 间接跳转的应用

链接到

• 上一个知识点：3.8 条件码
• 下一个知识点：3.10 条件分支
• 相关知识点：4.7 SEQ处理器、4.8 SEQ各阶段分析