【汇编语言与计算机系统结构笔记05】汇编的系统结构，从C代码生产汇编代码，一个具体的、经典的数据传送指令（mov）实例与分析
本次笔记内容：
06.寻址模式与数据传输指令等
文章目录
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- 汇编程序员眼中的系统结构
- 如何从C代码生产汇编代码
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- 如何装gcc？
- 汇编语言数据格式
- 第一条汇编指令实例
- 数据传送指令（mov）
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- 语法与操作数类型
- 不同的操作数类型组合
- 简单的寻址模式
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- 间接寻址
- 基址+偏移量寻址
- 寻址模式使用实例
- 变址寻址
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本次笔记从C语言的经典代码出发，学习汇编语言的接口作业。
汇编程序员眼中的系统结构
在用户层编写程序（不涉及kernel，因此也不涉及保护模式等），x86系统看起来是下述结构：
- CPU是由PC、Registers、Condition Codes构成：
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- 指令集存器（PC Program Counter），存储下一条指令的地址，在x86-32中用EIP表示，在x86-64中用RIP表示；
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- 寄存器堆；
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- 条件码，用于存储最近执行指令的结果状态信息，用于条件跳转指令的判断。
- 存储器（Memory），即存储器，包括Object Code、Program Data、OS Data、Stack：
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- 以字节编码的连续存储空间；
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- 存放程序代码、数据、运行栈以及操作系统数据。
CPU为Memory提供指令，Memory将Data和Instructions传输给CPU。
如何从C代码生产汇编代码
C代码
int sum(int x, int y)
{
int t = x + y;
return t;
}
命令行输入：
gcc -O2 -S code.c
- -O2表示优化，等级为2（-O3太激进）；
- -S表示生产汇编文件；
- 生产汇编文件code.s。
对应的x86-32汇编，AT&T汇编格式（与Intel Microsoft汇编格式不同）：
sum:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl 12(%ebp), %eax
addl 8(%ebp), %eax
movl %ebp, %esp
popl %ebp
ret
如何装gcc？
- linux自带；
- Windows可以去下载Cygwin（Get that Linux feeling on Windows）。
汇编语言数据格式
| C声明 | Intel数据类型 | 汇编代码后缀 | 大小（字节） |
|---|---|---|---|
| char | 字节 | b | 1 |
| short | 字 | w | 2 |
| int | 双字 | l | 4 |
| long int | 双字 | l | 4 |
| long long int | - | - | 4 |
| char * | 双字 | l | 4 |
| float | 单精度 | s | 4 |
| double | 双精度 | l | 8 |
| long double | 扩展精度 | t | 10/12 |
b即byte，w即word；因为是32位机型，long int与int同，long long int没有。
在x86-32中，使用“字（word）”来表示16位整数类型，“双字”表示32位。汇编语言中没有数据类型，一般采用汇编指令的后缀来进行区分。
第一条汇编指令实例
C代码：
int t = x + y;
为两个整数（32位）相加。
汇编代码：
addl 8(%ebp), %eax
- 两个32位整数相加：
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- “l”后缀表示是双字运算；
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- 无符号/带符号整数加法运算的指令是一样的。
类似于表达式 x += y或者：
int eax;
int *ebp;
eax += ebp[2];
操作数：
- x：Register eax
- y：Memory M[ebp+8]；
- t：Register eax
把x与y加起来，放在t中（结果存于eax中）。
机器码：
0x401046: 03 45 08
3-字节指令。
数据传送指令（mov）
语法与操作数类型
数据传送（AT&T语法）
movl Source, Dest:
- 将一个“双字”从Source移到Dest；
- 常见指令。
要注意，对于很多指令，在MIPS或Intel Microsoft中Soure, Dest位置是相反的。
允许的操作数类型
- 立即数：常整数
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- 如：$0x400, $-533
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- 应注意一定要有$符号
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- 可以被1，2或4个字节来表示
- 寄存器：8个通用寄存器之一
- 存储器：四个连续字节，支持多种访存寻址模式
不同的操作数类型组合
Source Dest 例子 类似的C语言表示
movl {
Imm {
Reg movl $0x4, %eax temp = 0x4;
Mem movl $-147, (%eax) *p = -147;
}
Reg {
Reg movl %eax, %edx temp2 = temp1;
Mem movl %eax, (%edx) *p = temp;
}
Mem {
Reg movl (%eax), %edx temp = *p;
}
}
注意：
- 带不带括号意思不同；
- movl $-147, (%eax)表示eax中的值作为地址，把-147这个值放到eax的值所代表的地址的地址空间中去；
- 如果没有美元符号，则把数字当成地址；
- 不能两个操作数都为内存地址！
简单的寻址模式
间接寻址
(R) : Mem[Reg[R]]
表示寄存器R指定内存地址。
movl (%ecx), %eax
基址+偏移量寻址
D(R) : Mem[Reg[R] + D]
- 寄存器R指定内存起始地址；
- 常数D给出偏移量。
movl 8 (%ebp), %edx
表示，取ebp的值，加上8，作为地址，取出连续4个byte来（因为mov后缀为l），放在edx中。
寻址模式使用实例
void swap (int *xp, int *yp)
{
int t0 = *xp;
int t1 = *yp;
*xp = t1;
*yp = t0;
}
swap:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
pushl %ebx
// 以上为Set Up
movl 12(%ebp), %ecx
movl 8(%ebp), %edx
movl (%ecx), %eax
movl (%edx), %ebx
movl %eax, (%edx)
movl %ebx, (%ecx)
// 以上为Body
movl -4(%ebp), %ebx
movl %ebp, %esp
popl %ebp
ret
// Finsih
如上图，以ebp作为基准。
如上图，假设现在已知ebp存储0x104：
- 第一条，ebp作为基址（0x104），加12偏移量，即0x110（注意是16进制）的值0x120取出来，并将0x120值赋给exc；
- 第二条，将ebp作为基址，加8偏移量，即0x10c的值0x120取出来，并将其赋给edx；
- 第三条，即将exc的值作为地址，将地址对应的值取出来，赋给%eax；
- 之后同理。
心得：movl (%ecx), %eax表示将ecx的值作为地址，并将其地址对应的值取出来，赋给eax；即，movl其实是对两个地址对应的数值（可是立即数、可是地址）进行操作。
变址寻址
常见形式：
D(Rb, Ri, S) : Mem[Reg[Rb] + S * Reg[Ri]]
- D为常量（地址偏移量）；
- Rb为基址寄存器：8个通用寄存器其之一；
- Ri为索引寄存器：%esp不作为索引寄存器，一般%ebp也不做这个用途；
- S为比较因子1,2，3或8.
其他变形还有：
(Rb, Ri) : Mem[Reg[Rb] + Reg[Ri]]
D(Rb, Ri) : Mem[Reg[Rb] + Reg[Ri] + D]
(Rb, Ri, S) : Mem[Reg[Rb] + S * Reg[Ri]]