CMP 比较指令：一场只留痕迹的减法

上一课的移位与旋转为位操作家族收了官。从这一课开始，我们向真正的"复杂指令"进发——目标是让 CPU 学会做选择（分支）。但在做选择之前，得先解决一个前置问题：CPU 怎么知道两个数谁大谁小、是否相等？

答案就是今天的主角 CMP。它是整个分支体系的侦察兵：所有"如果……就……"的判断，都要先靠它探明敌情。

1. 比较的本质：减一下就知道

想知道 R0 和 R1 谁大？小学数学就够了：做个减法，看结果的正负零。

• 差是负数 → R0 比 R1 小
• 差是正数 → R0 比 R1 大
• 差是零 → 两个数相等

CMP 干的就是这件事。cmp r0, r1 会在 CPU 内部暗中计算 R0 - R1，然后根据差值刷新 CPSR 的标志位。比较的全部信息，就藏在这几个标志里。

_{图 1 · CMP 的本质：只留痕迹、不留结果的减法}

2. 只留痕迹：结果丢弃，标志更新

注意 CMP 和第二课 SUB 的关键区别：它不保存结果。

sub r2, r0, r1 会把差值写进 R2；而 cmp r0, r1 算完就扔——没有任何寄存器被修改，R0、R1 原封不动。它唯一留下的痕迹，是 CPSR 高 4 位的标志被刷新。

注： 这就是为什么 CMP 的语法里只有两个操作数，没有目标寄存器。可以理解为：cmp r0, r1 ≡ 一条"扔掉结果的 subs r0, r1"。

为什么设计得这么"浪费"？因为做判断时我们根本不关心差值是几，只关心它是正、是负还是零。差值留着反而占寄存器，不如直接丢弃——这就是"只比较、不计算"的专用指令。

3. CPSR 高 4 位：CMP 的记分牌

第二课我们见过 CPSR 的 N、Z、C、V 四个标志位，当时它们是为 ADD/SUB 服务的。在 CMP 的语境下，这四个位有了新的读法：

_{图 2 · CPSR 高 4 位：N（**N**egative）、Z（**Z**ero）、C（**C**arry）、V（o**V**erflow）}

• N（Negative，bit 31）：差值为负时置 1——读作"R0 比 R1 小"
• Z（Zero，bit 30）：差值为零时置 1——读作"两数相等"
• C（Carry，bit 29）：减法无需借位时置 1——读作"无符号意义下 R0 ≥ R1"
• V（oVerflow，bit 28）：有符号溢出时置 1

易错点： C 标志在减法语境下的规则是反直觉的——C=1 表示"没借位"，C=0 才表示"借了位"。4 - 5 需要借位，所以 C=0；5 - 4 不需要借位，所以 C=1。别把它当成"有借位就置 1"，正好相反。

4. 三次单步实验：标志位全写着

光说不练假把式，拿调试器做单步实验（视频里的 GDB + GEF 演示）。初始时 CPSR 全零，连续做三次 CMP：

_{图 3 · 三次单步实验：谁大谁小，标志位全写着}

    mov r0, #4
    mov r1, #5
    cmp r0, r1      @ 4 - 5 = -1 → N=1（且借了位，C=0）

    mov r0, #5
    mov r1, #4
    cmp r0, r1      @ 5 - 4 = 1  → 全灭，但无借位 → C=1

    mov r0, #5
    mov r1, #5
    cmp r0, r1      @ 5 - 5 = 0  → Z=1，且无借位 → C=1

三次实验，三种标志组合。调试器里看得清清楚楚：第一次 CPSR 最高位变成 8（N 置位），第二次 C 亮，第三次 Z 和 C 同时亮。CMP 从不直接告诉你"谁大"，但标志位的组合就是答案：

• N=1 → R0 < R1（有符号）
• Z=1 → R0 = R1
• Z=0 且 N=0 → R0 > R1（有符号）
• C=0 → R0 < R1（无符号，有借位）

5. CMP 与 SUB：同一条减法，两种分工

把两条指令摆在一起对比，设计意图就一目了然了：

_{图 4 · CMP 与 SUB：同一条减法，两种分工}

指令	差值去向	标志位
sub r2, r0, r1	写回 R2	默认不动（要加 S 后缀变 subs）
cmp r0, r1	直接丢弃	必然刷新 N/Z/C/V

关键性质：要结果用 SUB，要判断用 CMP。 两者底层走的是同一个减法器，区别只在"结果存不存、标志动不动"。

6. 为什么需要 CMP：为分支铺路

CMP 自己不做任何决定——它只是把证据（标志位）留在 CPSR 里。真正拿着证据做决定的，是下一课的主角：条件分支指令。

BEQ（相等则跳）会去看 Z 标志，BLT（小于则跳）会去看 N 和 V 的组合……它们全都指望 CMP 提前把标志布置好。所以 ARM 代码里你会反复看到这个组合拳：

    cmp r0, r1      @ 侦察兵：布置标志
    beq somewhere   @ 决策者：看标志行事

小结

这一课只有一条指令，但它是整个分支体系的地基：

• CMP 语义：暗中计算 Rn - Rm，差值直接丢弃，不写回任何寄存器
• 痕迹所在：必然刷新 CPSR 的 N/Z/C/V 四个标志
• 读标志：N=1 是"小"，Z=1 是"等"，C=1 是无符号的"≥"
• 反直觉点：减法里 C=1 表示"没借位"，C=0 才是"借了位"
• 与 SUB 的分工：要结果用 SUB，要判断用 CMP；CMP ≡ 扔掉结果的 SUBS
• 存在意义：为条件分支布置证据，cmp + 条件跳转是 ARM 最高频的组合拳

侦察兵已经就位。下一课我们就请出决策者——B 指令和它的条件后缀家族（BEQ、BNE、BLT、BGT……），让程序真正学会"如果……就……"。下一课见。

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