【汇编】C++ 循环语句分析
测试环境Visual Studio Ultimate
2012 (v110)
statements;
}
有如下测试代码段:
Debug运行查看反汇编码大致如下：
statements;
}
有如下测试代码:
对应的汇编码如下：
{statements;}
while (condition);
为了和解决刚才遗留的一个问题，我特意写成--n。
对应的汇编代码如下：
结果是打印100-0，多打印了一个0
再看看汇编如何实现？
这里jne检查由cmp指令影响的标志位，是检查的临时变量而不是已经被减去1的n.
C++有三种循环控制语句：
一.for循环
for(initialization;condition;increase){
statements;
}
二.while循环
while (expression){
statements;
}
三.do-while循环
do
{statements;}
while (condition);
本文将分别利用反汇编分析上述三种循环的底层实现，帮助我们更好的了解循环机制。
一.for循环
for(initialization;condition;increase){statements;
}
有如下测试代码段:
#include <iostream>
int main(int argc,char *argv[])
{
for (int i=0;i<100;++i)
{
std::cout<<i<<"\n";
}
return 0;
}
该代码将在控制台输出0-99。
Debug运行查看反汇编码大致如下：
for (int i=0;i<100;++i)
//容易看到内存单元[ebp-8]就是循环变量i的位置，首先将它初始化清0
00B54F2E mov dword ptr [ebp-8],0
//这里跳转至下面cmp指令
00B54F35 jmp main+30h (0B54F40h)
//将i放入eax暂存，然后自加1，然后再放回i里面，就是实现i++
//内存单元不能直接进行这样的操作：add dword ptr [ebp-8],1
00B54F37 mov eax,dword ptr [ebp-8]
00B54F3A add eax,1
00B54F3D mov dword ptr [ebp-8],eax
//验证i是不是==64h(100)了
00B54F40 cmp dword ptr [ebp-8],64h
//条件一旦成立，也就是i==100的时候，结束循环
00B54F44 jge main+5Fh (0B54F6Fh)
{
std::cout<<i<<"\n";
//打印的实现不是本文的主题，所以略去
00B54F46 push 0B5CC74h
00B54F4B mov esi,esp
00B54F4D mov eax,dword ptr [ebp-8]
00B54F50 push eax
00B54F51 mov ecx,dword ptr ds:[0B60310h]
00B54F57 call dword ptr ds:[0B60318h]
00B54F5D cmp esi,esp
00B54F5F call __RTC_CheckEsp (0B51325h)
00B54F64 push eax
00B54F65 call std::operator<<<std::char_traits<char> > (0B512A3h)
00B54F6A add esp,8
}
//这里的}是for的结束位置，编译为一个jmp无条件跳转指令，跳到i++那里，
//这样就实现了循环
00B54F6D jmp main+27h (0B54F37h)
return 0;
00B54F6F xor eax,eax
经过上面的分析，可以知道，C++在实现for循环的时候，先后依次进行下面的操作：
1.执行initialization，初始化循环变量
2.执行condition，检查条件表达式成立与否
3.成立则进行循环，执行statements
4.循环返回
5.执行increase
6.转到第2步，直到condition不再成立
设想：如果将i++生成的三条指令放到 } jmp main+27h (0B54F37h) 之前，是不是也可以顺利执行呢？
二.while循环
while (expression){statements;
}
有如下测试代码:
#include <iostream>
int main(int argc,char *argv[])
{
int n=100;
while(n--)
std::cout<<n<<"\n";
return 0;
}
这段代码将打印99-0
对应的汇编码如下：
int n=100; //显而易见[ebp-8]是n的位置 00EC4F2E mov dword ptr [ebp-8],64h while(n--) //将n暂时放入eax 00EC4F35 mov eax,dword ptr [ebp-8] //然后再将eax放入栈内[ebp-208] 00EC4F38 mov dword ptr [ebp+FFFFFF30h],eax //然后把n放进ecx，自减1之后再放回来，类似上面的i++，这里实现的是n-- 00EC4F3E mov ecx,dword ptr [ebp-8] 00EC4F41 sub ecx,1 00EC4F44 mov dword ptr [ebp-8],ecx //判断刚才放进n的临时变量是不是0,是的话结束整个while 00EC4F47 cmp dword ptr [ebp+FFFFFF30h],0 00EC4F4E je 00EC4F79 //打印略去 std::cout<<n<<"\n"; 00EC4F50 push 0ECCC74h 00EC4F55 mov esi,esp 00EC4F57 mov eax,dword ptr [ebp-8] 00EC4F5A push eax 00EC4F5B mov ecx,dword ptr ds:[00ED0310h] 00EC4F61 call dword ptr ds:[00ED0318h] 00EC4F67 cmp esi,esp 00EC4F69 call 00EC1325 00EC4F6E push eax 00EC4F6F call 00EC12A3 00EC4F74 add esp,8 00EC4F77 jmp 00EC4F35 return 0; 00EC4F79 xor eax,eax相比for循环，while循环看起来很紧凑，本身也比for简单，由于涉及到一个条件表达式n--，这里判断的时候，要将表达式的返回值放进一个临时变量里面，这里变量是编译器规定的：
dword ptr [ebp+FFFFFF30h]同时这里也很明显的看到表达式n--其实返回的是n，因为cmp的是sub ecx,1之前的值，但是此时n已经被减去1了。
如果改为: --n呢？
暂时不纠结这个前减后减的问题，我们来看看do-while循环怎么样？
三.do-while循环
do{statements;}
while (condition);
同样，有如下测试代码：
#include <iostream>
int main(int argc,char *argv[])
{
int n=100;
do
{
std::cout<<n<<"\n";
} while (--n);
return 0;
}
这段代码将打印100-1
为了和解决刚才遗留的一个问题，我特意写成--n。
对应的汇编代码如下：
int n=100;
00FD4F2E mov dword ptr [ebp-8],64h
do
{
//打印实现略去
std::cout<<n<<"\n";
00FD4F35 push 0FDCC74h
00FD4F3A mov esi,esp
00FD4F3C mov eax,dword ptr [ebp-8]
00FD4F3F push eax
00FD4F40 mov ecx,dword ptr ds:[00FE0310h]
00FD4F46 call dword ptr ds:[00FE0318h]
00FD4F4C cmp esi,esp
00FD4F4E call 00FD1325
00FD4F53 push eax
00FD4F54 call 00FD12A3
00FD4F59 add esp,8
} while (--n);
//这里只有4条指令，前三条十分熟悉，实现n自减1
00FD4F5C mov eax,dword ptr [ebp-8]
00FD4F5F sub eax,1
00FD4F62 mov dword ptr [ebp-8],eax
//如果标志位ZF=0则跳转，这个ZF是由sub的运算结果影响的，
//当sub的运算结果变成0，则退出循环了。
//也就是说这里其实是在看 n减少1之后的结果是不是0，而不是减少前
00FD4F65 jne 00FD4F35
return 0;
00FD4F67 xor eax,eax
现在将--n改成n-- 看看：
结果是打印100-0，多打印了一个0
再看看汇编如何实现？
} while (n--); 00CC4F5C mov eax,dword ptr [ebp-8] 00CC4F5F mov dword ptr [ebp+FFFFFF30h],eax 00CC4F65 mov ecx,dword ptr [ebp-8] 00CC4F68 sub ecx,1 00CC4F6B mov dword ptr [ebp-8],ecx 00CC4F6E cmp dword ptr [ebp+FFFFFF30h],0 00CC4F75 jne 00CC4F35同样产生一个临时变量，这和刚才while循环的情形十分相似。
这里jne检查由cmp指令影响的标志位，是检查的临时变量而不是已经被减去1的n.
经过上面的验证，可以看到：
C++是通过变量的增加或减少，判断条件或者标志位，运用跳转指令来实现循环控制结构的。
相比之下，while 和 do while比for更简洁，实际上书写高级语言也是如此。
此外，这里讨论了前减和后减的区别:
后减会产生一个临时变量，并对这个临时变量进行条件判断。
前减不会产生临时变量，是对变量本身进行条件判断。
好了，本文到此结束，如有任何疑惑或者说的不恰当的地方还请大家批评指正。