前回はブロック転送命令にまつわるコマケー話。今回はPUSH／POP命令にまつわるコマケー話です。ｘ８６の場合スタックへのデータの退避や復帰にはＰＵＳＨ、ＰＯＰ命令を使います。ＰＵＳＨ、ＰＯＰ自体は分かり易い命令であるのでコマケー話など無い感じ。しかし、歴史を知らないと何でそんな命令があるの？という御供の命令もあり。
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※実機動作確認（といってもエミュレータなんだけれども）には以下を使用させていただいております。
ＰＵＳＨ、ＰＯＰ命令
今回使用してみるのは以下の命令どもです。
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- PUSH/POP 汎用レジスタ
- PUSH/POP r/m
- PUSHF
- POPF
- SAHF
- LAHF
上記以外にもセグメントレジスタのPUSH／POP命令が存在しますが、今回はパスです。
PUSH、POPは１６ビットモードのｘ８６の場合、かならず１６ビット幅の操作となります。バイト幅の操作はありません。スタックへのPUSHは、SP（スタックポインタ）を先に２減じてからSS:SPで指されるメモリに対象データを格納します。スタックからのPOPは、SS:SPで指されるメモリからデータを復帰先に読み出してから、SPに２加えます。
ファーストバイトオペコードマップ（部分）上の該当命令どもの位置を赤枠で示します。
まず、「汎用レジスタ」８本のPUSH、POPは、目抜き通りのいいところ１行まるまる使って優遇されてます。一方0x8FにもPOP、0xFFにもPUSHがありますが、これはメモリ（データセグメントなど）上におかれた変数をスタックにPUSH、POPするために主に使われるコードです。スタックもメモリ上にあるので、これらはメモリーメモリ間の転送命令ということになります。CISCだね。
真ん中の0x9C付近から４個並んでいるのがFlags関係のPUSH／POPに使われる命令どもです。16ビットモードのx86の場合フラグを集めた Flags は16ビット幅のレジスタです。その16ビットレジスタを素のままPUSH／POPするのが以下の２命令です。ここは何の不思議もありませぬ。
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- PUSHF
- POPF
しかしその後にならぶ
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- SAHF
- LAHF
命令については、その「歴史的価値」を知らないとなんだこりゃ、な命令でしょう。LAHFは、AH（AXレジスタの上位８ビット）にFlagsレジスタの下位８ビットをロードする命令です。SAHFは、その逆でAHの内容をFlagsの下位８ビットにストアする命令です。なぜこのような命令が必要になったかというと以下のような経緯です。知らんけど。
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- 最初のｘ８６である８０８６は、御先祖の８ビット、８０８０のプログラムをアセンブリ言語レベルで移植可能、という建前のもと作られた
- ８０８０で条件フラグは、スタック操作時にPSWと呼ばれる「１６ビットレジスタ」の上位８ビットに配置されていた。なおPSWの下位８ビットにはアキュムレータであるAレジスタが鎮座していた。
- ８０８０でPSWをスタックに退避、復帰するためにPUSH PSW、POP PSWという命令が存在した。スタックに退避した後でメモリ上でPSWイメージを操作するようなソフトウエアは当然のように存在した。
- これと辻褄あわせるため、８０８６の条件フラグのビット配置は８０８０の下位８ビットに合わせてあった。そして、LAHF命令により８０８０コンパチのPSWイメージをAXレジスタ上に生成できた（ここでは８０８６のALレジスタが８０８０のAレジスタに相当する。）これをPUSH AXすれば、８０８０のPUSH PSWと同じイメージをスタック上に作れる。逆の操作はPOP AXしてSAHFとなる。
PUSH／POP命令のアセンブリ言語ソース
上記で列挙したPUSH／POP命令を１づつ触ってみるだけのソースです。強力なx86用アセンブラNASM用のソースです。
segment code
..start:
mov ax, data
mov ds, ax
mov ax, stack
mov ss, ax
mov sp, stacktop
mov ax, edata
mov es, ax
test:
mov bx, 0x1234
push bx
mov bx, v0
push word [bx]
mov ax, 0x98AB
stc
lahf
push ax
mov ax, 0xCDEF
clc
pushf
stc
popf
clc
pop ax
sahf
pop word [bx + 2]
pop bx
fin:
mov ax, 0x4c00
int 0x21
resb 2048
segment data align=16
v0: dw 0x5678
v1: dw 0
resb 1024 * 63
segment edata align=16
resb 1024 * 63
segment stack class=STACK
resb 2048
work:
dw 8 dup (0)
stacktop:
PUSHしてPOPしているだけのコードですが、ちゃんと読み書きできている確認のため、PUSHした後、PUSH元を「破壊」してからPOPするような形にしてあります。
アセンブルして実行
MS-DOS互換で機能強化されたFreeDOS上、以下のステップで上記アセンブラソース push.asm から実行可能なオブジェクトファイルを得て実行することができます(nasmとwatcom Cがインストール済であること。）
nasm -f obj push.asm wlink name push.exe format dos file push.obj debug push.exe
まずは起動直後のディスアセンブル。
最初は、BXレジスタに0x1234をロードして、スタックへPUSH。SPの値が‐2されていることが分かると思います。
続いて変数v0のオフセット・アドレスをBXにロードし、DS:[BX]で指される変数v0の値0x5678をスタックへPUSH。CISCらしい荒業っす。
STCはキャリーフラグを立てる命令です。実行後、NC表示がCY表示になります。この状態でLAHFを行うとAH（AXの上位8ビット）にFlagsの下位８ビットイメージが転送されます。これをPUSH AX。
続いて、Flagsの内容を変更するために、ことさらにCLC（CYをNCに変える）を行ってPUSHFします。今度は8086の16ビットのFlagsレジスタ全体がスタックに退避されます。退避後STCしてFlagsを改変してます。
さて、今度はPOPFで、先ほどスタックにPUSHしたFlagsの値を復帰してます。POPFの後、CYがNCに戻ることで確かめられます。
つづいて、8080PSWイメージでの復帰を行います。まずPOP AXでスタックから読み出しておいて、SAHFします。するとFlagsの下８ビットにも戻ると。
その後は、スタック上に退避した変数v0を読み出す操作です。ただし、元の変数に戻すのではなくて、お隣のv1なる変数に読み込んでます。
v1へのストアが成功しているので、０番地(v0)と２番地(v1)に同じ値が入ってます。例によってx86はリトルエンディアンなので、0x5678は、メモリ上では小さいアドレスから0x78、0x56の順です。
最後に退避してあったBXレジスアの値をPOPします。
0x1234に戻ったね。