程序编码

在编译时指定'-Og'选项让GCC产生符合原始程序结构的机器代码

机器级代码

对C语言隐藏， 但对汇编代码可见的：

• 程序计数器
• 整数寄存器文件
• 条件码寄存器
• 向量寄存器

输出c源码的机器表示

gcc -Og -S mstore.c

机器代码与反汇编的特性：

• x86-64的指令长度从1-15字节不等

• 指令设计的格式， 从某个给定位置， 能将字节唯一解码成机器指令

  哈夫曼编码

• 反汇编无需访问源代码

• 反汇编与gcc的命名规则有些许差别

  比如movq的q在反汇编中会被省略

关于格式的注解

.file    "mstore.c"
    .text
    .globl    mulstore
    .type    mulstore, @function
mulstore:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq    %rbx
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 3, -16
    movq    %rdx, %rbx
    call    mult2
    movq    %rax, (%rbx)
    popq    %rbx
    .cfi_def_cfa_offset 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size    mulstore, .-mulstore
    .ident    "GCC: (GNU) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-36)"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

以上是gcc完整生成的.s文件

所有. 开头的是伪指令， 可以忽略

ATT汇编代码格式

.file    "mstore.c"
    .text
    .globl    mulstore
    .type    mulstore, @function
mulstore:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq    %rbx
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 3, -16
    movq    %rdx, %rbx
    call    mult2
    movq    %rax, (%rbx)
    popq    %rbx
    .cfi_def_cfa_offset 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size    mulstore, .-mulstore
    .ident    "GCC: (GNU) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-36)"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

数据格式

• 16位： 字(w)

• 32位： 双字(l)

• 64位： 四字(q)

• moveb： 传送字节

• movew： 传送字

• movel： 传送双字

• moveq： 传送四字

访问信息

x86-64的CPU包含一组16个存储64位的通用目的寄存器

• 16位操作可以访问2位字节
• 32位操作可以访问4位字节

...

栈指针（%rsp）

操作数指示符

• 立即数： 代表常数

  $后面接c语言表示法的整数

• 寄存器： 表示寄存器里的内容

  r

  _a

  用来表示寄存器a 用R[r

  _a

  ]表示里面的内容

• 内存引用： 指定内存地址里的内容 M[地址]

数据传送指令

压入栈和弹出栈数据

. 将四字压入栈
pushq S 

. 将四字弹出栈
popq D

%rsp 是栈指针 %rax是返回值

算术和逻辑操作

加载有效地址

. x= y+x*4
leaq    (%rdi,%rsi,4), %rax

一元和二元操作

. 从%edi中减去%esi
subl    %esi, %edi

移位操作

. 将x左移四位
salq    $4, %rax

特殊的算术操作

控制

条件码

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

读取条件码

跳转指令

用条件控制实现分支控制

cmpq    %rsi, %rdi
        jg      .L4
        movq    %rdi, %rax
        subq    %rsi, %rax
        ret
.L4:
        leaq    (%rdi,%rsi), %rax
        ret

对应的c代码：

if (x > y){
    return x+y;
}else{
    return x-y;
}

用条件传送实现条件分支

分支预测

循环

• do-while

• while

  • guarded-do

• for

switch语句

跳转表

过程

• 传递控制
• 传递数据
• 分配和释放内存

运行时栈

转移控制

保存当前程序地址，将程序计数器设置为新过程地址 返回时读取保存的地址，继续执行

数据传送

• 传递函数参数的寄存器

栈上的局部存储

寄存器中的局部存储空间

• 被调用者保存寄存器
• 调用者保存寄存器

递归过程

数组的分配和访问

基本原则

T A[N]

指针运算

&D [ i ] [ j ] = X

_D

L(Ci+j)

定长数组

变长数组

异质的数据结构

都是对地址进行偏移得到的

• 结构
• 联合
• 数据对齐

在机器级程序中将控制与数据结合起来

理解指针

在计算机科学中，指针（Pointer）是编程语言中的一个对象，利用地址，它的值直接指向（points to）存在电脑存储器中另一个地方的值

GDB调试器

UNIX及UNIX-like下的调试工具

内存越界引用和缓冲区溢出

对抗缓冲区溢出攻击

• 栈随机化
• 栈破坏检测
• 限制可执行代码区域

变长帧

浮点代码

%ymm0 ~ %ymm15

浮点传送和转换操作

指令	源	目的	描述
vmovss	$M_{32}$	X	传送单精度数
vmovss	X	$M_{32}$	传送单精度数
vmovsd	$M_{64}$	X	传送双精度数
vmovsd	X	$M_{64}$	传送双精度数
vmovaps	X	X	传送对齐的封装好的单精度数
vmovapd	X	X	传送对齐的封装好的双精度数

指令	源	目的	描述
vcvttss2si	$X/M_{32}$	$R_{32}$	用截断的方法把单精度数转换成整数
vevttsd2si	$X/M_{64}$	$R_{32}$	用截断的方法把双精度数转换成整数
vcvttss2siq	$X/M_{32}$	$R_{64}$	用截断的方法把单精度数转换成四字整数
vcvttsd2siq	$X/M_{64}$	$R_{64}$	用截断的方法把双精度数转换成四字整数

指令	源1	源2	目的	描述
vcvtsi2ss	$M_{32}/R_{32}$	X	X	把整数转换成单精度数
vcvtsi2sd	$M_{32}/R_{32}$	X	X	把整数转换成双精度数
vcvtsi2ssq	$M_{64}/R_{64}$	X	X	把四字整数转换成单精度数
vcvtsi2sdq	$M_{64}/R_{64}$	X	X	把四字整数转换成双精度数

过程中的浮点代码

使用XMM寄存器来传递浮点参数

浮点运算操作

单精度	双精度	效果	描述
vaddss	vaddsd	D←S2+S1	浮点数加
vsubss	vsubsd	D←S2-S1	浮点数减
vmulss	vmulsd	D←S2XS1	浮点数乘
vdivss	vdivsd	D←S2/S1	浮点数除
vmaxss	vmaxsd	D←max(S2,S1)	浮点数最大值
vminss	vminsd	D←min(S2,S1)	浮点数最小值
sgrtss	sqrtsd	$D←\sqrt{S1}$	浮点数平方根

定义和使用浮点常数

浮点操作不能把立即数作为操作数

编译器必须为所有浮点常量初始化存储空间

在浮点代码中使用位级操作

单精度	双精度	效果	描述
vxorps	vorpd	D←S2·S1	位级异或(EXCLUSIVE-OR)
vandps	andpd	D←S2&S1	位级与(AND)

浮点比较操作