【Linux阅读笔记】LinuxC一站式编程2-数据类型、运算符与汇编基本

数据类型分析

浮点型

浮点数在不同平台上实现不同
有的处理器有浮点运算单元（Floating Point Unit，FPU），称为硬浮点（Hard-float）实现
有的处理器没有浮点运算单元，只能做整数运算，需要用整数运算来模拟浮点运算，称为软浮点（Soft-float）实现

在 x86 平台上，大多数编译器实现的 long double 型是 80 位
gcc 实现的 long double 型是 12 字节（96 位）

类型转换

C 中有转换级别机制，以下类型转换级别（Rank）越来越高：char、short、int、long、long long

运算符分析

移位问题

避免不同类型数值赋值操作；
因为 C 语言中不存在 8 位整数的二进制位运算，所有位运算执行之前都被提升为 int 类型

在一定的取值范围内
左移 1 位=乘以 2
右移 1 位=除以 2

异或运算特性

一个数和自己做异或的结果是 0

和 0 做异或保持原值不变，和 1 做异或得到原值的相反值

可用于奇偶校验：例如 a1 ^ a2 ^ a3 ^ … ^ an 的结果是 1，则表示 a1、a2、a3…an 之中 1 的个数为奇数个，否则为偶数个

x ^ x ^ y == y

计算机体系结构

CPU 的核心功能包括这部分

1. 寄存器：特殊寄存器、通用寄存器
2. 程序计数器 PC：特殊寄存器，保存着 CPU 取下一条指令的地址
3. 指令译码器：负责解释从 CPU 中取出的指令对应段的含义（比如内存地址、寄存器编号等等）
4. 算术逻辑单元 ALU：译码器转换的运算指令给 ALU 进行运算
5. 地址与数据总线 Bus

内存映射 LO 定义
无论是在 CPU 外部接总线的设备还是在 CPU 内部接总线的设备都有各自的地址范围，都可以像访问内存一样访问

MMU 内存管理单元

MMU 工作原理
CPU 发出获取内存地址请求，此时传递虚拟地址 VA 给 MMU，MMU 将 VA 转换成物理地址 PA 给 CPU 外部的指定芯片引脚

如果 MMU 不工作，那么 CPU 发出的内存地址请求均为 PA，直接对应外部芯片引脚

MMU 管理一张虚拟页表，一一对应物理内存上的物理页表内容
每次 CPU 访问内存时，都会触发 MMU 的查表和地址转换操作

MMU 存在的意义

• 内存保护机制。MMU 可以拦截不同用户组的请求，根据其拥有的权限选择是否拦截（不转换地址）或者放行（转换地址）
• 有效避免内核空间和用户空间地址污染，使二者独立

汇编基本

最简汇编程序

汇编程序根据编译器的不同，使用 asm 或者 s 作为后缀；
首先要将汇编源文件使用汇编器翻译成机器指令，生成后缀为 o 的文件，然后再通过链接器编译成可执行文件

.section .data
.section .text
.globl _start

_start:
movl $1,%eax #this is the Linux kerneL command

movl $4,%ebx #this is the status number we wiLL

int $0x80   #this wakes up the kerneL to run

# 汇编中表示单行注释

汇编程序中以.开头的名称并不是指令的助记符，不会被翻译成机器指令，而是给汇编器一些特殊指示，称为汇编指示（Assembler Directive）或伪操作（Pseudo-operation）

.section .text section 表示开始划分段的标志，text 表示后续的代码都属于 text 段

.globl 可理解为设置全局变量

_start 汇编程序入口点，必须被设置为全局变量
_start: 在这里开始写主入口程序

movl $1,%eax
movl 其实是 mov+l 的结合，l 表示该变量类型为 long
$1表示立即数1（$加任意数字都可以表示一个立即数）
%eax 表示寄存器 eax（所有寄存器都必须加%）

不难得出移位的格式为 movl [立即数],[欲保存到的寄存器]

int $0x80 软中断指令，可使程序故意产生一个异常导致程序终止运行；可以将其视为程序出口点

汇编语法分异

x86 汇编存在两种主流语法：

1. AT&T 派：数据传送指令 mov 这样写 movl $1,%eax
2. Lntel 派：数据传输指令这样写 mov eax,edx（寄存器不加%且存取位置互换）
3. UNLX 平台一般采用 AT&T 语法

x86 寄存器

x86 通用寄存器：eax、ebx、ecx、edx、edi、esi

某些特殊场景下，他们会变得不那么“通用”，此时寄存器会有一个或者多个限制
（比如进行除法运算时）

x86 特殊寄存器：ebp、esp、eip、efLags
efLags 保存着计算过程中产生的标志位
ebp 和 esp 用于维护函数调用的栈帧

求最值汇编

# 定义数据存储段data
.section .data
# 类似于数组名
data_items:
# 定义数组类型，.long表示32位，.byte表示8位
.long 3,67,34,222,45,75,54,34,44,33,22,11,66,0

# 主程序段text
.section .text
# 程序入口点与全局变量
.globl _start
_start:
movl $0,%edi    #move 0 into the index register
movl data_items(,%edi,4), %eax # Load the first byte of data
movl %eax,%ebx   #since this is the first item,%eax is

# 循环开始，开头定义一个start_loop
start_loop:
cmpl $0,%eax  # 比较寄存器eax是否等于0，如果为0表示已到末尾，需要跳出循环
je loop_exit  # je即比较，如果上方代码相等，那么跳转到对应标志位

incl %edi   # edi寄存器移到下一位（即加载下一个数据）
movl data_items(,%edi,4), %eax
cmpl %ebx,%eax
jle start_loop # jle(jump if less than or equal)

movl %eax,%ebx
jmp start_loop # jmp是一个无条件跳转指令，类似c语言中的default

# 循环结束，结尾定义一个loop_exit
loop_exit:

movl$1,%eax
int $0x80

寻址方式

访问内存的三个方式：数组基地址、元素长度和下标

内存寻址指令的通用格式：ADDRESS_OR_OFFSET(%BASE_OR_OFFSET,%INDEX,MULTIPLIER)

几种主要的寻址方式

• 直接寻址：只能用 ADDRESS_OR_OFFSET 寻址
• 变址寻址：如 movI data_items (,%edi,4)中的%eax
• 间接寻址：只使用 BASE_OR_OFFSET 寻址
• 基址寻址：只使用 ADDRESS_OR_OFFSET 和 BASE_OR_OFFSET 寻址，便于访问结构体成员
• 立即数寻址
• 寄存器寻址

ELF 文件

UNIX 可执行文件均采用 ELF 格式，它包含以下三种类型

• 可重定位的目标文件（Relocatable，或者 Object File）
• 可执行文件（Executable）
• 共享库（Shared Object，或者 Shared Library）

程序简易的汇编、链接、运行流程

1. 编写汇编程序保存为 demo.s 文件
2. 汇编器读取 demo.s，将源码中的.section 编译为目标文件的 Section
3. 链接器将目标文件的 Section 汇总为 Segment，生成可执行文件 demo
4. 加载器根据 Segment 信息加载运行程序！