HuRan's Blog程序的机器级表示 | CSAPP笔记
程序的机器级表示
数据格式
| C声明 | Intel数据类型 | 汇编代码后缀 | 大小（字节） |
|---|---|---|---|
| char | 字节 | b | 1 |
| short | 字 | w | 2 |
| int | 双字 | l | 4 |
| long | 四字 | q | 8 |
| char*(地址,指针) | 四字 | q | 8 |
| float | 单精度 | s | 4 |
| double | 双精度 | l | 8 |
- 八字>四字>双字>字>字节
+++
访问信息（通用寄存器）
-
返回值寄存器： %rax
-
参数寄存器
-
第一个参数： %rdi
-
第二个参数：%rsi
-
第三个参数：%rdx
-
第四个参数：%rcx
-
第五个参数：%r8
-
第六个参数：%r9
-
-
栈指针：%rsp
+++
操作数指示符
-
立即数
-
格式：$Imm
-
操作数值：Imm
-
表示常数值
-
-
寄存器
- 格式：r
- 操作数值：R[r]
- 表示某个寄存器的内容——数值或者一个指向内存位置的地址数
-
内存引用
-
引用组成部分：
- 立即数偏移：Imm
- 基址寄存器：r
b - 变址寄存器：r
i - 比例因子 ：s
-
操作数值：
-
表达式
$$ Imm(r_b,r_i,s) $$
$$ =M[Imm+R[r_b]+R[r_i]*s] $$
-
-
***M[ ]***即是在内存中寻找相对应的地址内的值
-
单独%~~ 寄存器则是在R[%~~]中获取对应的值。
-
+++
数据传送指令
-
MOV类
-
MOVZ类
-
无符号扩展数据传送指令，将剩余字节填充为0
-
指令 效果 描述 MOVZ （S ,R) R←符号扩展（S） 以符号扩展进行传送 movzbw 将做了符号扩展的字节传送到字 movzbl 将做了符号扩展的字节传送到双字 movzwl 将做了符号扩展的字传送到双字 movzbq 将做了符号扩展的字节传送到四字 movzwq 将做了符号扩展的字传送到四字 -
对无符号数使用
-
-
MOVS类
-
符号扩展数据传送指令
-
指令 效果 描述 MOVS （S ,R) R←符号扩展（S） 传送符号扩展的字节 movzbw 将做了符号扩展的字节传送到字 movzbl 将做了符号扩展的字节传送到双字 movzwl 将做了符号扩展的字传送到双字 movzbq 将做了符号扩展的字节传送到四字 movzwq 将做了符号扩展的字传送到四字 cltq4 %rax←符号扩展（%eax） 把%eax符号扩展到%rax -
对有符号数使用
-
-
MOVS/MOVZ 类后跟 源数据大小（b、w、l） 和 目标数据大小（w、l、q） 一般都是从小的到大的
+++
压入和弹出栈数据
-
栈：一种数据结构。遵循后进先出原则。
-
push：将数据压入栈中
-
pop ：删除栈顶数据,弹出到数据目的
-
栈的形式：栈是向下增长的，栈顶元素的地址是所有栈中元素地址最低的 。压栈时,栈顶指针会减少$8，而新栈顶指针会从下到上填满$8的空间。
-
用栈指针%rsp保存着栈顶元素的地址。
指令 效果 描述 pushq S R[%rsp]←R[%rsp]-85
M[R[%rsp]]←S将四字压入栈 popq D D←M[R[%rsp]];
R[%rsp]←R[%rsp]+8将四字弹出栈 -
pushq %rbp 等价于 subq $8,%rsp //栈顶指针往下移动（减$8） movq %rbp,(%rsp) //将栈顶元素指针填入$8个字节
-
popq %rax 等价于 movq (%rsp),%rax //将栈顶元素指针传送到数据目的 addq $8, %rsp //栈顶指针往上移动（加$8）
+++
算术和逻辑操作
-
加载有效地址
-
指令 效果 描述 leaq S,D D←&S 加载有效地址 -
*加载有效地址（load effective address)*指令 leaq是 movq的变形。但它没有引用内存 ，而是将有效地址写入到目标操作数（&s) 为后面的内存引用 产生指针。
-
leaq的特殊用法： 若%rdx的值为 X，那么指令 **leaq 7(%rdx,%rdx,4),%rax ** 等同于将%rax的值设为 5X+7。
- 因为寄存器%rdx存储的是立即数X，但**M[R[%rdx]]本质是用寄存器%rdx内的值 X 作为地址引用 ** 到内存M[X],而内存 **M[X]**的地址就是 X本身，所以可以用此作为一种简洁的算术操作。
-
-
一元操作
-
只有一个操作数
-
指令 效果 描述 INC D D←D+1 加1 DEC D D←D-1 减1 NEG D D← -D 取负 NOT D D←~D 取补
-
-
二元操作
-
有两个操作数
-
指令 效果 描述 ADD S,D D←D+S 加 SUB S,D D←D-S 减 IMUL S,D D←D*S 乘 XOR S,D D←D^S 异或 OR S,D D←D|S 或 AND S,D D←D&S 与
-
-
移位操作
-
指令 效果 描述 SAL k,D D←D«k 左移 SHL k,D D←D«k 左移（等同于SAL） SAR k,D D←D» Ak算术右移 SHR k,D D←D» Lk逻辑右移 -
k是移位量，D是要移位的数。
-
移位量可以是 立即数 也可以是 放在单字节寄存器%cl6中,不管放在寄存器哪个字节，只有最低的m位才会起作用。一个字节（2bits）位移量能达到2^8^ -1=255。对w位长的数据操作，位移量由%cl寄存器的低m位决定，2^m^ = w 。高位会被忽略。
-
每个移位指令都有相对应的 b\w\l\q 后缀，对应不同的要移位的数的大小。
-
+++
特殊的算数操作
-
两个64位有无符号的整数相乘，得到的乘积需要128位来表示。x86-64对 128位（16bits）数提供支持。 将一对寄存器 %rdx , %rax 组成一个128位 的八字。
-
R[%rdx]:R[%rax] 储存八字，包括乘积的结果和 被除数。
-
特别的，在除法中，**R[%rax]储存除法的结果R[%rdx]**储存除法的余数。
-
指令 效果 描述 imulq S
mulq SR[%rdx]:R[%rax]←S×R[%rax] 有符号全乘法
无符号全乘法cqto R[%rdx]:R[%rax]←符号扩展（R[%rax]) 转换为八字7 idivq S
divq SR[%rdx]←R[%rdx]:R[%rax] mod S
R[%rax]←R[%rdx]:R[%rax] ÷ S有符号除法
无符号除法 -
对于 unsigned __int128类型储存乘积。
1 2 3void store_uprod(uint128_t *dest,uint64_t x,uint64_t y){ *dest=x*(uint128_t)y; }- 汇编代码是
1 2 3 4 5 6//dest in %rdi, x in %rsi, y in %rdx movq %rsi,%rax //乘数放入%rax mulq %rdx //y与%rax的数相乘，放入R[%rdx]:R[%rax] movq %rax,(%rdi) //（小端法）低位放在小地址上 movq %rdx,8(%rdi)//（小端法）高位放大地址上- 存储乘积需要两个movq指令。
-
对于除法
- 通常来说被除数是64位的值。所以%rdx中的位应该是全0（无符号运算） 或者是 %rax的符号位（有符号元素）。%rdx的值会默认设置为0，当进行有符号运算时，需要用cqto7 符号扩展%rax的数。**R[%rax]储存除法的结果R[%rdx]**储存除法的余数。
+++
控制
-
条件码
-
等价于t=a+b 用ADD指令
条件码 表达式示例 效果 描述 标志 CF (unsigned)t <(unsigned)a 无符号溢出 最近的操作最高位产生了进位，
可用来检测无符号溢出进位标志 ZF t==0 零 最近操作的结果为0 零标志 SF t<0 负数 最近的操作得到的结果为负数 符号标志 OF (a<0==b<0)&&(t<0!=a<0) 有符号溢出 最近的操作导致补码溢出(正/负 溢出标志 -
条件码寄存器是在CPU中维护的一组但各位寄存器。
-
可以描述最近的算术或逻辑操作的属性。可以用来检测这些寄存器来执行条件分支指令。
-
除了leaq指令不会改变任何条件码，因为只进行地址计算。除此之外其他指令都会设置条件码。
-