第三章 程序的机器级表示

程序的机器级表示

3.1历史观点

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3.2程序编码

   1.gcc -01 –o p p1.c p2.c      使用第一级优化

   2.程序计数器（%eip）指示将要执行的下一条指令在存储器中的地址。

   3.寄存器文件

   4.-S：C语言编译器产生的汇编代码

        例：gcc -01 –S code.c 会产生一个汇编文件code.c

3.3数据格式  

char	字节	b	1
short	字	w	2
int	双字	1	4
long int	双字	1	4
long long int	—	—	4
char*	双字	1	4
float	单精度	s	4
Double	双精度	l	8
long double	扩展精度	t	10/12

3.4访问信息

   1.操作数指示符类型：立即数、寄存器、寄存器

   2.数据传送指令

指令	效果	描述
MOV      S,D	S<-D	传送
movb movw movl	传送字节 传送字 传送双字
MOVS     S,D	D<-符号扩展（S）	传送符号扩展的字节
MOVZ     S,D	D<-零扩展（S）	传送零扩展的字节

3.5算术和逻辑操作（20135315韩玉琪的博客）

   1.加载有效地址：leal实际上是movl的变形，为存储器引用产生指针

   2.一元操作和二院操作：1）++，- -；2）+=

• 一元操作
• - INC          加1
• - DEC          减1
• - NEG          取负

- NOT          取补

• 只有一个操作数，既是源又是目的，可以是一个寄存器，或者存储器位置。
• 二元操作
• - ADD          加
• - SUB          减
• - IMUL         乘
• - XOR          异或
• - OR           或

- AND          与

• 第一个操作数可以是立即数、寄存器或者存储器位置
• 第二个操作数既是源也是又是目的。可以是寄存器或者存储器位置，但是不能同时是存储器位置。
• 注意操作的顺序：

   第二个操作数 操作符 第一个操作数

 

   3.移位操作：>>,<<

• 先给出移位量，第二项给出要移位的数值。
• - SAL          左移
• - SHL          左移（等同于SAL）
• - SAR          算术右移     

- SHR          逻辑右移     

• 源操作数（移位量）：立即数或者放在单字节寄存器元素%cl中。
• 目的操作数：一个寄存器或是一个存储器位置。

  

4.特殊算术操作

• 乘法
• 乘积截断
•    imull 双操作数

   - 从两个32位操作数产生一个32位的乘积。

• 乘积不截断
•    mull  无符号数乘法
•    imull 有符号数乘法
•    - 要求一个参数必须在寄存器%eax中，另一个作为指令的源操作数给出。

   - 乘积的高32位在%edx中，低32位在%eax中。

• 除法
• 有符号除法
•    idivl 操作数
•    - 将DX:AX中的64位数作为被除数，操作数中为除数

   - 结果：商在AX中，余数在DX中。

• 无符号除法
•    divl指令

   - 通常会事先设定寄存器%edx为0.

 

3.6控制

   1.条件码：

   CF:进位标志   ZF：零标志    SF：符号标志  OF：溢出标志

   2.访问条件码 

• SET指令：执行比较指令，根据计算t=a-b的结果设置条件码 

3.跳转指令及其编码：jmp *%eax

• 无条件跳转
• 直接跳转：跳转目标是作为指令的一部分编码的。
• 间接跳转：跳转目标是从寄存器或存储器位置中读出的。

 

   4.条件传送指令（参考资料20135202闫佳歆博客）

• 将条件表达式和语句从c语言翻译成机器语言，最常用的方式就是结合有条件和无条件跳转。
• if-else 的汇编结构
• 通用形式模板
•    if（test-expr）
•          then-statement
•    else
•          else-statement
•  

   （注：test-expr     整数表达式[假/真]）

• 汇编实现形式
•    t = test-expr;
•    if (!t)
•          goto false;
•    then-statement
•    goto done;
•    false:
•          else-statement

   done:

 

   5.switch语句

3.7过程

   1.栈帧结构：机器用栈帧来传递过程参数、存储返回信息、保存寄存器用于以后的回复以及本地存储。为单个过程分配的那部分栈称为栈帧

   2.帧指针：%ebp,栈指针：%%esp

   3.转移控制

      call  Label         过程调用

      call  *Operand      过程调用

      leave               为返回准备栈

      ret                 从过程调用中返回

   4.寄存器使用惯例

      1）.%eax、%edx、%ecx  调用者保存

      2）.%ebx、%esi、%edi  被调用者保存

   5.递归过程：递归调用一个函数本身与调用其他函数是一样的。相互调用更为复杂

问题：

1.比较指令cmp和减法指令sub有何不同？

 sub d，s   是d-s，结果送回d中，即送回目的操作数中。

 cmp d，s   也是d-s，但结果不送回目的操作数中，是利用减法进行两个数值的比较。

  作业

• main.c：

• 汇编代码：

• 用vi查看编译器指令：

• 删除gcc产生代码中以"."开头的编译器指令后:

• 分析：

• main函数保存%ebp，并设置新的帧指针。

  	pushl	%ebp
  	movl	%esp，%ebp

• 分配4字节的栈空间

  	subl	$4,%esp

• 设置 arg1=8

  	movl	$8,(%esp)

• call调用fh
• fh被调用，初始化帧指针，分配栈空间。

• 将（%esp）中的8给 %eax，即存入栈中

  	movl	%eax，（%esp）

• call调用gh
• gh被调用，初始化栈指针，分配栈空间

• 将 %eax 与立即数 3 相加

  	add		$3,%eax

• 在gh结束前弹栈

  	popl	%ebp

• ret返回fh中call的调用位置
• fh也结束，return返回main中call调用的位置

• main继续 %eax 加1的操作

  	addl	$1，%eax

• leave为返回准备栈，相当于%ebp出栈,最后ret结束。