Swift 之基础知识、汇编

1、基础知识

1、API & ABI

API（Application Programming Interface）：应用程序编程接口。源代码和库之间的接口。
ABI（Application Binary Interface）：应用程序二进制接口。应用程序与操作系统之间的底层接口，涉及的内容有：目标文件格式、数据类型的大小\布局\对齐、函数调用约定等等。

2、LLVM 编译器

作用：编译器分为前端和后端。
前端：词法分析等。
后端：生成对应平台的二进制代码及二进制代码的优化。

编译流程

常见编译器编译流程

Swift 编译流程

Swiftc 操作
生成语法树：swiftc -dump-ast main.swift
生成最简洁的 SIL 代码：swiftc -emit-sil main.swift
生成 LLVM IR 代码：swiftc -emit-ir main.swift-omain.ll
生成汇编代码：swiftc -emit-assembly main.swift-omain.s

2、汇编

1、程序的本质

程序执行过程

通常，CPU 会先将内存中的数据存储到寄存器中，然后再对寄存器中的数据进行运算。

2、寄存器与内存

操作实例一：
假设内存中 i 内存空间的值是 3，现在想把它的值加 1，并将结果存储到 j 内存空间。
1、CPU 首先会将 i 内存空间的值放到 rax 寄存器中：movq i内存空间, %rax
2、让 rax 寄存器与 1 相加：addq $0x1, %rax
3、将值赋值给 j 内存空间：movq %rax, j内存空间

操作示例二：
将寄存器 BX 的内容送入寄存器 AX
机器语言：1000100111011000
汇编语言：movw %bx, %ax
高级语言：ax = bx;

3、编程语言发展过程

高级语言 --> 汇编语言 --> 机器语言 --> 计算机
1、汇编语言与机器语言一一对应，每一条机器指令都有与之对应的汇编指令。
2、汇编语言可以通过编译得到机器语言，机器语言可以通过反汇编得到汇编语言。
3、高级语言可以通过编译得到汇编语言\机器语言，但汇编语言\机器语言几乎不可能还原成高级语言。

4、汇编语言种类

8086汇编(16bit)、x86汇编(32bit)、x64汇编(64bit)、ARM汇编(嵌入式、移动设备)。
iOS 模拟器使用的是AT&T汇编，iOS 真机使用的是ARM汇编。

5、常见汇编指令

常见汇编指令

6、寄存器

常用16寄存器
rax、rbx、rcx 、rdx、rsi、rdi、rbp、rsp、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15

经验
1、rax、rdx 常作为函数返回值使用。
2、rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9 等寄存器常用于存放函数参数。
3、rsp、rbp 用于栈操作。
4、rip 作为指令指针：存储着 CPU 下一条要执行的指令的地址，一旦 CPU 读取一条指令，rip 会自动指向下一条指令（存储下一条指令的地址）。

寄存器示意图

7、LLDB 常用指令

读取寄存器的值： register read/格式 （例：register read/x）
修改寄存器的值： register write 寄存器名称 数值 （例：register write rax 0）
读取内存中的值： x/数量-格式-字节大小 内存地址 （例：x/3xw 0x0000010）
修改内存中的值： memory write 内存地址 数值 （例：memory write 0x0000010 10）
格式： x是16进制，f是浮点，d是十进制

字节大小
b – byte - 1字节
h – half word - 2字节
w – word - 4字节
g – giant word - 8字节

expression 表达式： 可以简写为 expr 表达式
例：(注：此处的 \ 为转义字符，实际中不带 \ 符号)
expression $rax
expression $rax = 1

po 表达式： po/x $rax

thread step-over、next、n：单步运⾏，把子函数当做整体⼀步执⾏（源码级别）
thread step-in、step、s：单步运⾏，遇到子函数会进⼊子函数（源码级别）
thread step-inst-over、nexti、ni：单步运⾏，把子函数当做整体⼀步执⾏（汇编级别）
thread step-inst、stepi、si：单步运⾏，遇到子函数会进⼊子函数（汇编级别）
thread step-out、finish：直接执⾏完当前函数的所有代码，返回到上一个函数（遇到断点会卡住）

规律
内存地址格式为：0x4bdc(%rip)，一般是全局变量，全局区（数据段）
内存地址格式为：-0x78(%rbp)，一般是局部变量，栈空间
内存地址格式为：0x10(%rax)，一般是堆空间