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2.1 机器级编程：基础

一、汇编 / 机器语言📌

1、基本概念📌

  • 指令集架构（ISA）：Instruction Set Architecture
  • 微结构：架构的具体实现

05-machine-basics_12.jpg

2、将C代码转换成汇编📌

05-machine-basics_13.jpg

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gcc -Og -S sum.c
# -S:生成 sum.s 文件
# -Og: 优化
gcc -Og sum.c -o sum
# 生成可执行文件
Info

※ 汇编中的数据类型

  • 整数：

    • 可以是1、2、4或8字节
    • 用于存储数据值。
    • 也用于存储地址（无类型指针）

  • 浮点：

    • 可以是4、8或10字节

  • 代码：

    • 是一系列指令的字节序列

  • 没有聚合类型：

    • 如数组或结构体
    • 内存中只有连续分配的字节
  • 对比
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*dest = t;

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movq %rax, (%rbx)

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0x40059e: 48 89 03

Tip

  • 反编译器：把机器码转换成汇编语言
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objdump -d .\sum.exe >sum.d
  • GDB

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gdb sum 
disassemble sumstore
GDB.jpg

二、汇编基础📌

1、×86-64 寄存器📌

05-machine-basics_23.jpg

2、移动数据📌

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movq Source,Dest

  • 立即数（Immediate）

    • 类似于 C 语言中的常量，但前面加上 $ 符号，e.g.$0x400

  • 寄存器（Register）

    • 注：%rsp保留做特殊用处

  • 内存（Memory）

    • 由寄存器给出地址的连续 8 字节的内存，e.g.(%rax)

05-machine-basics_26.jpg

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swap:
    movq    (%rdi), %rax    # t0 = *xp
    movq    (%rsi), %rdx    # t1 = *yp
    movq    %rdx, (%rdi)    # *xp = t1
    movq    %rax, (%rsi)    # *yp = t0
    ret

Note

寄存器寄存地址，(%rax)相当于解指针操作

三、数学 / 逻辑运算📌

1、地址运算📌

Expression Address Computation Address
0x8(%rdx) 0xf000 + 0x8 0xf008
(%rdx, %rcx) 0xf000 + 0x100 0xf100
(%rdx, %rcx, 4) 0xf000 + 4*0x100 0xf400
0x80(, %rdx, 2) 2*0xf000 + 0x80 0x1e080

2、指令📌

Example

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leaq Src,Dst

类似movq，但是专门用于地址计算，不涉及数据移动，结果储存在寄存器中

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long m12(long x){
    return x * 12;
}

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leaq (%rdi,%rdi,2), %rax  # %rdi + %rdi *2 -> %rax
salq $2, %rax             # 左移两位 ×4

（1）双目运算📌

指令 计算
addq Dest = Dest + Src
subq Dest = Dest - Src
imulq Dest = Dest * Src
salq Dest = Dest << Src
sarq Dest = Dest >> Src
shrq Dest = Dest >> Src
xorq Dest = Dest ^ Src
andq Dest = Dest & Src
orq Dest = Dest | Src

（2）单目运算📌

指令 计算
incq Dest = Dest + 1
decq Dest = Dest - 1
negq Dest = - Dest
notq Dest = ~Dest