MOV / MOVN / MOVZ / MOVK 명령어 (Move 계열)

Summary

정의: 레지스터에 즉치값(immediate) 또는 다른 레지스터 값을 이동(설정)하는 명령어군. MOV는 여러 하위 명령어의 별칭(alias) 역할을 하며, 실제로는 MOVZ/MOVN/MOVK가 하드웨어 레벨의 진짜 명령어임.

핵심 배경 — 왜 4개나 필요한가

근본 문제: ARM64 명령어는 고정 32비트 길이이므로, 하나의 명령어 안에 64비트 임의 값을 통째로 담을 공간이 없음. 이 때문에 큰 즉치값을 레지스터에 로드하려면 값을 16비트씩 나누어 여러 명령어로 조합해야 함.

분할 단위: 64비트 레지스터를 16비트씩 4개 구간(chunk)으로 나눔:

비트: 63-48 | 47-32 | 31-16 | 15-0
구간:  #3    |  #2   |  #1   |  #0

MOVZ

Move Wide with Zero

정의: 지정한 16비트 구간에 즉치값을 넣고, 나머지 모든 비트는 0으로 클리어하는 명령어.

문법:

MOVZ Xd, #imm16, LSL #shift    // shift: 0, 16, 32, 48 중 하나

예시:

movz x0, #0x1234                 // x0 = 0x0000000000001234
movz x0, #0x1234, lsl #16        // x0 = 0x0000000012340000
movz x0, #0x1234, lsl #32        // x0 = 0x0000123400000000

핵심: MOVZ는 항상 나머지 비트를 0으로 밀어버리므로, 여러 구간을 조합하려는 시작점으로 사용됨.

MOVK

Move Wide with Keep

정의: 지정한 16비트 구간만 값을 갱신하고, 나머지 비트는 기존 값을 그대로 유지하는 명령어.

문법:

MOVK Xd, #imm16, LSL #shift

MOVZ와의 결정적 차이: MOVZ는 “덮어쓰기+나머지 클리어”, MOVK는 “덮어쓰기+나머지 유지”. 그래서 첫 구간은 MOVZ, 이후 구간들은 MOVK로 조합하는 것이 표준 패턴임.

64비트 임의 값 로드 예시:

// 목표: x0 = 0x123456789ABCDEF0

movz x0, #0xDEF0                    // x0 = 0x000000000000DEF0
movk x0, #0x9ABC, lsl #16            // x0 = 0x000000009ABCDEF0 (기존 유지+갱신)
movk x0, #0x5678, lsl #32            // x0 = 0x0000567890ABCDEF0... 아래 정정
movk x0, #0x1234, lsl #48            // x0 = 0x123456789ABCDEF0

만약 MOVK 대신 MOVZ를 반복 사용하면: 매번 나머지 비트가 0으로 클리어되어 이전 단계 값이 모두 사라짐 — 잘못된 결과가 나옴. 이것이 MOVZ와 MOVK를 반드시 구분해서 써야 하는 이유임.

MOVN

Move Wide with NOT

정의: 지정한 16비트 값을 비트 반전(NOT) 시킨 후, 나머지 비트는 1로 채워서 레지스터에 로드하는 명령어.

문법:

MOVN Xd, #imm16, LSL #shift

동작: Xd = ~(imm16 << shift) — 결과적으로 imm16 이외의 모든 비트가 1로 채워짐.

존재 이유: 음수(negative) 값을 효율적으로 로드하기 위함. 64비트 음수는 상위 비트가 대부분 1로 채워지는 2의 보수 구조이므로, MOVZ(나머지 0으로 채움)보다 MOVN(나머지 1로 채움)이 훨씬 적은 명령어로 표현 가능한 경우가 많음.

예시:

movn x0, #0                    // x0 = ~0x0000000000000000 = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF = -1
movn x0, #5                    // x0 = ~5 = 0xFFFFFFFFFFFFFFFA = -6

실전 활용: 컴파일러가 -1, -6 같은 작은 음수 상수를 로드할 때, MOVZ + 여러 MOVK 조합보다 MOVN 한 줄로 끝나는 경우가 많아 최적화 목적으로 자주 선택됨.

MOV

별칭(Alias)으로서의 정체

핵심: 사실 MOV라는 이름의 진짜 하드웨어 명령어는 레지스터-레지스터 이동의 경우만 존재하고, 즉치값 이동의 경우 MOV는 어셈블러가 상황에 맞는 실제 명령어로 자동 변환해주는 편의 표기(pseudo-instruction alias)임.

레지스터 간 이동 (진짜 MOV, 실제로는 ORR의 별칭)

MOV Xd, Xn

내부 진실: 이것도 사실 ORR Xd, XZR, Xn (제로 레지스터와의 OR 연산)의 별칭임. ARM64 설계상 “값 복사” 전용 명령어를 따로 만들지 않고 기존 논리연산을 재활용함.

즉치값 이동 (어셈블러가 자동 선택)

mov x0, #0x1234              // 어셈블러가 자동으로 movz x0, #0x1234 로 변환
mov x0, #0xFFFFFFFFFFFFFFF0    // 어셈블러가 자동으로 movn x0, #0xF 로 변환 (더 효율적이므로)

어셈블러의 판단 기준: 값이 16비트 한 구간에 들어가면 MOVZ, 음수 패턴에 최적화되면 MOVN, 여러 구간이 필요하면 MOVZ+MOVK 조합으로 자동 확장함. 개발자는 대부분 MOV만 쓰고, 실제 어떤 명령어로 바뀌었는지는 디스어셈블(objdump 등)로 확인 가능함.

MVN

Move NOT, 별개 명령어

주의: MOVN과 이름이 비슷해 혼동하기 쉬우나 완전히 다른 명령어임.

MVN (Move Not, 레지스터 버전):

MVN Xd, Xn {, shift #amount}

동작: Xd = NOT(Xn) — 즉치값이 아니라 레지스터 값 전체를 비트 반전함.

mov x0, #0x0F
mvn x1, x0                    // x1 = ~0x0F = 0xFFFFFFFFFFFFFFF0

MOVN과의 차이:

명령어	오퍼랜드	대상
`MOVN`	16비트 즉치값	즉치값을 반전 후 나머지 1로 채워 로드
`MVN`	레지스터	이미 레지스터에 있는 값 전체를 반전

MVN의 실체: 이것도 사실 ORN Xd, XZR, Xn (제로 레지스터와의 OR-NOT)의 별칭임 — MOV가 ORR의 별칭인 것과 같은 설계 철학.

예제 코드 — 전체 조합 실습

.global _start
.align 2

.text
_start:
    // 1. 작은 양수 값 (MOVZ 자동 선택)
    mov x0, #100                    // → movz x0, #100

    // 2. 작은 음수 값 (MOVN 자동 선택, 어셈블러 최적화)
    mov x1, #-1                       // → movn x1, #0

    // 3. 64비트 임의 값 (MOVZ+MOVK 조합, 수동 구성 필요 시)
    movz x2, #0xDEF0
    movk x2, #0x9ABC, lsl #16
    movk x2, #0x5678, lsl #32
    movk x2, #0x1234, lsl #48
    // x2 = 0x123456789ABCDEF0

    // 4. 레지스터 간 이동
    mov x3, x2                        // x3 = x2 (실제로는 orr x3, xzr, x2)

    // 5. 레지스터 비트 반전
    mvn x4, x3                        // x4 = ~x3

    mov x0, #0
    mov x16, #1
    svc #0x80

종합 비교표

명령어	오퍼랜드 종류	동작	나머지 비트 처리	실체(별칭 관계)
`MOVZ`	16비트 즉치값	지정 구간 설정	0으로 클리어	독립 명령어
`MOVK`	16비트 즉치값	지정 구간만 갱신	기존값 유지	독립 명령어
`MOVN`	16비트 즉치값	반전 후 로드	1로 채움	독립 명령어
`MOV` (즉치)	즉치값	상황별 자동 변환	-	MOVZ/MOVN/MOVK 조합의 별칭
`MOV` (레지스터)	레지스터	값 복사	-	ORR의 별칭
`MVN`	레지스터	비트 반전	-	ORN의 별칭

ADRP+ADD 문서와의 연결 — 실전에서 함께 등장하는 패턴

이전에 다룬 문자열/전역 데이터 주소 로드 패턴(ADRP+ADD)과 달리, 컴파일 시점에 알 수 없는 임의의 64비트 상수값(암호화 키, 매직 넘버, 큰 정수 리터럴 등)을 레지스터에 직접 로드해야 할 때 바로 이 MOVZ+MOVK 4단계 조합이 사용됨. 실제 macOS 바이너리 디스어셈블 시, 함수 프롤로그 근처에서 MOVZ+MOVK 3~4줄이 연속으로 나오면 대부분 이런 상수 로딩 패턴이라고 판단하면 됨.