for 循环和while循环区别

C语言提供了好几种循环结构,即while、for和do-while。汇编语言中并没有相应的指令存在,作为替代,将条件测试和跳转组合起来实现循环的效果。

大多数汇编器根据一个循环的do-while形式来产生循环代码,即使在实际程序中这种形式用的相对较少。

其它的循环会首先转换成do-while形式,然后再编译成机器代码。

do-while循环

其通用形式是这样的:

do

body-statement

while (test-expr);

循环的效果就是重复执行body-statement,对test-expr求值,如果求值的结果为非零,就继续循环。注意,body-statement至少执行一次。

do-while的通用形式可以翻译成如下所示的条件和goto语句:

loop:

body-statement

t = test-expr;

if(t)

goto loop;

也就是说每次循环程序会执行循环体里面的语句,然后执行测试表达式。如果测试为真,则回去再执行一次循环。

下面示例用do-while循环计算函数参数的阶乘,写作n!只计算n>0时候n阶乘的值:

int fact_do(int n)

{

int result = 1;

do {

result *= n;

n = n - 1;

}while(n > 1);

return result;

}

汇编代码是do-while循环的一个实现形式,这里用的gcc编译器

gcc version 4.8.4 (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04)

编译参数是

$ gcc -m32 -O2 -o fact

因为非常不习惯AT&T汇编形式,所以这里用IDA pro 对得到的fact文件进行反汇编分析,原文的汇编形式(用edx保存参数n)我无论怎么调节参数都无法得到。

图中是一个do-while循环的标准实现,eax初始化为1,epb+8地址处保存着参数n,0x08048404 处把参数n减一,紧接着0x08048408 处把n与1比较。如果为真则在0x0804840C处跳回循环的开始,这里是循环的关键地方由它来判断循环是继续还是退出。

综合0x080483F3,0x080483FA我们可以看到eax被初始化为1,在0x080483FD被乘法更新。如果学过x86汇编语言就知道 mul 乘法指令是离不开eax寄存器的,而且返回值通常也用eax寄存器。所以这里eax对应于结果result是无悬念的。

理解产生的汇编代码与原始代码之间的关系,关键是找到程序值和寄存器之间的映射关系。对于循环fact_do来说,这个任务非常简单,但是对于更复杂的程序来说,就可能是更具挑战性的任务。

C语言编译器常常会重组计算,因此有些C代码中的变量在机器代码中没有对应的值;而有时,机器代码中又会引入源代码中不存在的新值。此外编译器还常常试图将多个程序值映射到一个寄存器上,来最小化寄存器的使用率。

上面的fact_do的过程对于逆向工程循环来说,是一个通用的策略。看看在循环之前如何初始化寄存器,在循环中如何更新和测试寄存器,以及在循环之后又如何使用寄存器。

这些步骤中的每一步都提供了一个线索,组合起来就可以解开谜团。做好准备,你会看到令人惊奇的变换,其中有些情况很明显是编译器能够优化的代码,而有些情况很难解释编译器为什么要选用那些奇怪的策略。

while循环

while语句的通用形式如下:

while(test-expr)

body-statement

与do-while不同的是,它对test-expr求值,在第一次执行body-statement之前,循环就可能中止。将while循环翻译成机器代码有很多种方法。一种常见的方法,也就是GCC采用的方法,是使用条件分支,在需要时省略循环体的第一次执行,从而将代码转换成do-while循环,如下:

if(!test-expr)

goto done;

do

body-statement

while(test-expr);

done:

接下来这个代码可直接翻译成goto代码,如下:

if t = test-expr

if(!t)

goto done;

loop:

body-statement

t = test-expr;

if(t)

goto loop;

done:

使用这种策略,编译器常常会优化最开始的测试,比如说认为总是满足测试条件。

举个例子fact_while是使用while循环的阶乘函数的实现,这个函数能正确的计算 0!=1 。fact_while_goto是GCC产生的汇编代码的C语言翻译,比较fact_do 和fact_while 我们看到它们几乎是相同的。将while循环转换成do-while循环,以及将后者翻译成goto代码。

int fact_while(int n)

{

int result = 1;

while(n > 1){

result *= n;

n = n - 1;

}

return result;

}

int fact_while_goto(int n)

{

int result = 1;

if(n <= 1)

goto done;

loop:

result *= n;

n = n - 1;

if(n > 1)

goto loop;

done:

return result;

}

for循环

for循环的通用形式如下

for(init-expr;test-expr;update-expr)

body-statement

C语言标准说明,这样一个循环的行为与下面这段使用while循环代码的行为一样:

init-expr;

while(test-expr) {

body-statement

update-expr;

}

程序首先对初始表达式init-expr求值,然后进入循环;在循环中它先对测试条件test-expr求值,如果测试结果为“假”就会退出,否则执行循环体body-statement;最后对更新表达式update-expr求值。

这段代码编译后的形式,基于前面讲过的从while到do-while的转换,首先给出do-while的形式:

init-expr;

if(!test-expr)

goto done;

do{

body-statement

update-expr;

}while(test-expr);

done:

然后将它转换成goto代码:

init-expr;

t = test-expr

if(!t)

goto done;

loop:

body-statement

update-expr;

t = test-expr;

if(t)

goto loop;

done:

作为一个示例,考虑用for循环写的阶乘函数:

int fact_for(int n)

{

int i;

int result = 1;

for(i = 2;i <= n; i ++)

result *= i;

return result;

}

如上述代码所示,用for循环编写阶乘函数最自然的方式就是将从2一直到n的因子乘起来,因此这个函数与我们使用while或者do-while循环的代码都不一样。

这段代码中for循环的不同组成部分如下:


用这些部分带入前面给出的模板中的相应位置,得到下面goto代码的版本:

int fact_for_goto(int n)

{

int i = 2;

int result = 1;

if( !(i <=n ) )

goto done;

loop:

result *= i;

i ++;

if(i <= n)

goto loop;

done:

return result;

}

确实仔细查看GCC产生的汇编代码会发现非常接近如下形式:

综上所述,C语言中三种形式的所有循环— do-while,while和for–都可以用一种简单的策略来翻译,产生包含一个或多个条件分支的代码。控制的条件转移为循环翻译成机器代码提供了基本机制。

死循环选择for还是while

最后再说一下,看到有人在网上讨论死循环用 for(;;); 好,还是用 while(1); 好。

自己亲自测试了下,在 -O2 参数下它们生成的汇编指令是一样的(看来这应该跟优化配置和编译器选择有很大关系)。

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