暫存器扮演的角色

資料儲存於主記憶體（RAM）內，處理器 CPU 在計算時，若每次都要從 RAM 拿取資料，速度會非常慢，而暫存器就是 RAM 的 propropromax 版，它位於處理器核心裡，速度比 RAM 快好幾十到上百倍，存取延遲極低，但數量非常有限（一個處理器通常只有幾個到十幾個通用暫存器）。

暫存器的用途

不同的暫存器有不同用途，例如：

• 算術運算（加減乘除的運算元與結果）
• 位址存放（指向記憶體的指標）
• 函數呼叫控制（保存返回位址、函數參數、暫存資料）
• 堆疊控制（push/pop 的位置追蹤）
• 暫存中間計算結果（避免反覆存取記憶體）

暫存器在組合語言裡的應用

在組合語言中，幾乎所有指令都是「暫存器之間」或「暫存器與記憶體之間」的操作，例如：

• 計算：add rax, rbx（把 rbx 的值加到 rax）
• 資料搬移：mov rax, [rbp-0x8]（從記憶體搬一筆資料到 rax）
• 條件判斷：比較兩個暫存器的值後，決定是否跳轉
• 函數呼叫：
  • 將參數放到暫存器（例如 rdi, rsi, rdx…）
  • 將返回值放到 rax
  • 使用 rsp / rbp 管理堆疊框架 stack frame

因此沒有暫存器，CPU 幾乎什麼事都做不了。因為必須先把資料放進暫存器才能進行大多數運算，CPU 無法直接對記憶體進行複雜運算，因此我們可以把暫存器看成組合語言的主角。

常見暫存器介紹

在 x86-64 架構（64 位元）裡，暫存器的名字通常以 r 開頭：

• 主要運算暫存器：rax（accumulator register）
  用於儲存算術、邏輯操作

• 通用暫存器：rbx、rcx、rdx

  • rbx（base register）
    基址暫存器

  • rcx（counter register）
    記數暫存器，例如for迴圈的 i

  • rdx（data register）
    用於儲存運算中的額外資料，或與 rax 搭配處理乘法、除法運算的高位部分

• 堆疊暫存器：

  • rsp（stack pointer）堆疊指標
    • 永遠指向堆疊最上方（最近存入）（最低位址）
    • 由於 stack 是「先進後出」結構（LIFO），因此：
      • 進行 push：將暫存器的資料放入 stack ，rsp 的值減少
      • 進行 pop：將資料從 stack 取出至暫存器，rsp 的值增加
  • rbp（base pointer）基底指標
    • 在函數開始時，會被設定為當前 rsp 的值
    • 固定指向函數 堆疊框架（stack frame）的位置（位址通常高於 rsp）
    • 常使用設定 rbp 的位址

      push rbp        ; 保存舊的 rbp
      mov  rbp, rsp   ; 設定新的基底位置