深入理解计算机系统 第3章 程序的机器级表示

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第3章 程序的机器级表示

数据格式

操作数指示符

练习题

数据传送指令

习题3.4

访问信息

压入和弹出栈数据

算数和逻辑操作

移位操作

讨论

特殊的算数操作

问题

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第3章 程序的机器级表示

数据格式

操作数指示符

操作数的三种类型：

• 立即数（immediate）

在ATT格式的汇编代码中，立即数的书写方式是‘$’后面跟一个用标准C表示法表示的整数，如：$-577或$0x1F

• 寄存器（register）

用符号ra来表示任意寄存器a，用引用R[ra]来表示它的值，这是将寄存器集合看成一个数组R，用寄存器标识符作为索引。

• 内存应用

内存引用会根据计算出来的地址（通常称为有效地址）访问某个内存位置。因为将内存看成一个很大的字节数组，我们用符号Mb[Addr]表示对存储在内存中从地址Addr开始的b个字节值的引用。为了简便，通常省去下标b。

 

 

练习题

假设下面的值存放在指明的内存地址和寄存器中：

填写下表，给出所示操作数的值：

解：

 

 

 

 

 

 

数据传送指令

MOV类：movb、movw、movl、movq，分别对应操作的数据大小为：1、2、4、8字节。

 

习题3.4

此题转载自：https://blog.csdn.net/anlian523/article/details/83997464

有以下的c语言程序：

src_t *sp;

dest_t *dp;

*dp = (dest_t) *sp;

假设转换成汇编语言后， sp 的值存在寄存 %rdi, dp 的值存在 %rsi。而第一个指令都是将sp的值先导入到 %rax寄存器的相应字节中的。

注意第一条指令就得选择好是零拓展还是符合拓展（当从小的到大的时，关心的是源操作数的有无符号），当从大到小时，就不需要选择了，毕竟直接截断就好了。

第一条指令，也得先拓展到目标类型的大小。

第二条指令，只需要关心目的类型的大小以此来决定后缀。

 

 

总结：从小到大或一样大，两条指令的寄存器名字相同（这里指不带括号的，因为带括号的叫内存引用），但除了上表第4行，原因不明。猜想原因可能是：“常规的movq指令只能以表示为32补码数字的立即数作为操作数，然后把这个值符号拓展得到64位的值，放到目的位置”。

 

疑问？？？第2行为什么加括号？

movl %edx,%eax

两行可以合并成一行吗？

movl 8(%ebp),%eax

 

 

访问信息

压入和弹出栈数据

栈向下增长，这样一来，栈顶元素的地址是所有栈中元素地址中最低的。

栈指针%rsp保存着栈顶元素的地址。

 

算数和逻辑操作

大多数操作都分成了指令类，这些指令类有各种带不同大小操作数的变种，只有leaq没有其他大小变种

指令类A DD的四条加法指令：addb（字节加法）、addw（字加法）、addl（双子加法）、addq（四字加法）

 

leaq指令可以简洁地描述普通的算数操作。leaq指令使用如下：（3rd P129）

long scale(long x,long y,long z)

{

       long t=x+4*y+12*z;

       return t;

}

对应的3条leaq指令如下：

long scale(long x,long y,long z)

x in %rdi, y in %rsi, z in %rdx

scale:

  leaq    (%rdi,%rsi,4),%rax     x+4*y

  leaq    (%rdx,%rdx,2),%rdx  z+2*z=3*z

  leaq    (%rax,%rdx,4),%rax   (x+4*y)+4*(3*z)=x+4*y+12*z

  ret     

 

移位操作

疑问？？？高位会被忽略是什么意思？导致的结果就是w-1吗？

 

讨论

疑问？？？第5行没看懂

 

 

练习题3.11 常常可以看到以下形式的汇编代码行：

xorq %rdx,%rdx

但是在产生这段汇编代码的C代码中，并没有出现EXCLUSIVE-OR操作。

1. 解释这条特殊的EXCLUSIVE-OR指令的效果，它实现了什么有用的操作。
2. 更直接地表达这个操作的汇编代码是什么？
3. 比较同样一个操作的两种不同实现的编码字节长度。

疑问？？？C这里的字节解释没看懂xorq的版本为什么只需要3个字节，而movq的需要7个字节又是为什么，不应该是8个字节吗？

 

特殊的算数操作

Intel把16字节的数称为八字（oct word）。

下面的C函数说明x86-64如何实现除法，它计算了两个64位有符号数的商和余数：

void remdiv(long x,long y,long *qp,long *rp)
{
       long q=x/y;
       long r=x%y;
       *qp=q;
       *rp=r;
}

该函数编译得到如下汇编代码：

void remdiv(long x,long y,long *qp,long *rp)
x in %rdi, y in %rsi, qp in %rdx, rp in %rcx

1 remdiv:
2     movq     %rdx,%r8     copy qp
3     movq     %rdi,%rax    Move x to lower 8 bytes of dividend(被除数)
4     cqto                     Sign-extend to upper 8 bytes of dividend
5     idivq      %rsi              Divide by y
6     movq    %rax,(%r8)   Store quotient at qp
7     movq     %rdx,(%rcx) Store remainder at rp
8     ret

 

上述代码中，必须首先把参数qp保存到另一个寄存器中（第2行），因为除法操作需要使用参数寄存器%rdx。接下来，第3~4行准备“被除数”，复制并符号扩展x。除法之后，寄存器%rax中的商被保存在qp（第6行），而寄存器%rdx中的余数被保存在rp（第7行）中。

 

练习题3.12 3th P135

考虑如下函数，它计算两个无符号64位数的商和余数：

void uremdiv(unsigned long x,unsigned long y,unsigned long *qp,unsigned long *rp)
{
       unsigned long q=x/y;
       unsigned long r=x%y;
       *qp=q;
       *rp=r;
}

修改有符号数除法的汇编代码来实现这个函数。

汇编代码的第4行按照答案解释和书上示例替换为cqto，隐式将符号位（由于是无符号符号位是0）扩展到%rdx的所有位为0。

疑问？？？汇编代码的第4行的指令为什么不是movq $0,%rdx，为什么用双字的32位指令movl（对应的寄存器为%edx）？

 

控制

条件码

除了整数寄存器，CPU还维护着一组单个位的条件码（condition code）寄存器，它们描述了最近的算术或逻辑操作的属性。

最常用的条件码有：

CF：进位标志。最近的操作使最高位产生了进位。可用来检查无符号操作的溢出。

ZF：零标志。最近的操作得出的结果为0。

SF：符号标志。最近的操作得出的结果为负数。

OF：溢出标志。最近的操作数导致一个补码溢出——正溢出或负溢出。

 

 

问题

1、为什么需要3个字节，其他的只需要2个  PPT P25

 

2、练习题3.2 完全不懂 3thP124

3、练习题3.4的unsigned char到long的转换不太懂原因 3rd P126

4、3.5.1加载有效地址疑问？？？long t = x+4*y+12*z;编译时，该算数运算一定是需要3条leaq指令实现吗？ 3rd P129

5、3.5.4讨论的汇编代码第5行没看懂（往上翻有截图）

6、习题3.11C问的字节解释没看懂