计算机组成原理

要查看目标代码(.o文件)，最常用的使用反汇编器。在Linux中是命令objdump -d file.o可以调用程序OBJDUMP充当这个角色。但是它产生的类似汇编代码格式的文本和由gcc生产的汇编代码的字节序列有细微差别，比如前者省略了表示大小的后缀。

数据格式

Intel通常用”字“来表示16位的数据类型，因此，32位数为”双字"。注意：虽然汇编代码中，都是使用后缀“l"表示4字节的整数和8字节的双精度浮点数，但是不存在歧义，因为浮点数使用的是完全不同的指令的寄存器。

在IA32的CPU中有8个32位的寄存器。大多数指令不以固定的寄存器作为源/目标寄存器。不过，%ebp(Extended Base Pointer)和%esp(Extended Stack Pointer，栈顶指针)保存着指向程序栈(在IA32中，程序栈被放在存储器的某一个区域中并向下增长)的重要位置的指针，按照惯例，%eax(Extended Accumulator Register)通常用来存储函数返回值和累加器。此外，我们还可以单独地读取某些寄存器的低位字节。比如字操作指令可以只读写寄存器的低16位，其余的字节不会改变。

简单介绍MOV类指令

movl	传送双字
movwl	将做了符号扩展的字传送到双字
movwl	将做了零扩展的字传送到双字
pushl S	R[%esp] <--- R[%esp] + 4 M[R[%esp] <---  S
popl D	D <--- M[R[%esp]]; R[%esp] <--- R[%esp] + 4

 

 

 

 

 

 

 

 

算术和逻辑操作

leal(load effective address)最后的”l"比较迷惑人，看起来像是处理双字大小的，然而实际上leal指令没有大小变种，不像add类，mov类指令。leal实际上是movl的变种，指令形式是从存储器读数据到寄存器，如，但是并没有真正引用存储器，它只是计算了一下地址，如"leal 7(%edx,%edx,4), %eax"，若%edx存储的是x，则就将寄存器%eax设置为x+4x+7=5x+7。形式化可以写作：leal S, D意为D<---&S，加载有效地址。

SAL　　k, D	左移
SHL　　k, D	左移（等价于SAL）
SAR　　k, D	算术右移
SHR　　k, D	逻辑右移

 

 

 

 

控制

条件码

除了整数寄存器，CPU还维护了一组单个位的条件码寄存器，他们描述了最近的算术或逻辑运算操作的属性。我们可以通过检测这些寄存器的值来执行条件分支指令。

CF：进位标志。最近的操作使最高位产生了进位。可以用来检查无符号操作数的溢出。

ZF：零标志。最近的操作得出的结果为0。

SF：符号标志。最近的操作得到的结果为负数。

OF：溢出标志。最近的操作导致一个补码的溢出——正溢出或负溢出。

假设执行了一个加法运算t=a+b（t,a,b都是整型），可以根据如下表达式来设置条件码：

CF	(unsigned) t < (unsigned) a	无符号溢出
ZF	(t == 0)	零
SF	(t < 0)	负数
OF	(a < 0 == b < 0) && (t < 0 != a < 0)	有符号溢出

 

 

 

 

注意：leal不改变任何条件码。对于XOR，进位标志和溢出标志会设置为0。对于移位操作，进位操作会被设置为最后一个被移出的位，溢出标志设置为0。这里强调一下CMP和TEST指令。CMP和SUB指令的行为是一样的(CMP S2, S1: S1 - S2)，而CMP只改变条件码，不更新目标寄存器。当两个操作数相等时，ZF会被设置为0，其他标志则可以用来判断两个数的大小。TEST和AND（按位与&）指令的行为是一样的，而TEST只改变条件码。当两个操作数是一样的，如指令testl &eax, %eax通常被用来检查%eax是正数、负数还是零。然而条件码通常不会直接读取。我们通过SET类指令针对条件码的不同组合而设置值。SET类指令的操作数只能是单字节寄存器或一个字节的存储器位置。

JMP类指令当执行于PC(programming counter)寻址时，程序计数器的值是跳转指令后面的那条指令的地址，而不是跳转指令本身的地址。比如

jb指令的跳转目标是0x8048340，其对应的目标编码为72 0xe7(72是jb指令的表示，0xe7是-25的补码表示)。因此0x8048359-25=0x8048340。

条件分支

C语言中的if-else语句的通用形式模板：

if(test-expr)

　　then-statement

else

　　else-statement

 对于这种通用形式，汇编实现通常会使用下面这种形式

t = test-expr

if(!t)

　　goto false;

then-statement

goto done;

false:
　　else-statement

done:

举例说明，以下是一段C语言对应的反汇编代码

x at %ebp+8, y at %ebp+12
1　　 movl　　8(%ebp), %eax	将地址为%ebp+8的值转移到%eax(x)中
2　　 movl　　12(%ebp), %edx	将地址为%ebp+12的值转移到%edx(y)中
3　　 cmpl　　$-3, %eax	将x与-3进行比较
4　　 jge　　 .L2	若x大于或等于-3，则跳转到L2
5　　 cmpl　　%edx, %eax	将x与y进行比较
6　　 jle　　 .L3	若x小于或等于y，则跳转到L3
7　　 imull　　%edx, %eax	%eax = %eax * % edx (x * y)
8　　 jmp　　 .L4	无条件跳转到L4
9　.L3:
10　  leal　　(%edx, %eax), %eax	%eax = %eax + %edx (x + y)
11　  jmp　　.L4	无条件跳转到L4
12 .L2:
13　  cmpl　　$2, %eax	将x与2进行比较
14　　jg　　  .L5	若x大于2，则跳转到L5
15　　xorl　　 %edx, %eax	%eax = %eax ^ %edx (x ^ y)
16　　jmp　　 .L4	无条件跳转到L4
17 .L5
18   subl　　%edx, %eax	%eax = %eax - %edx (x - y)
19 .L4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 通过分析汇编代码，我们可以很容易完成C代码的填空。C代码的第一个if对应于汇编语言的第3行，并注意将条件取反，因此为x<-3，此外，易得汇编语言的L2对应于C代码的8、9行。因此C语言的第8行应填写x<=2，第9行填写x^y，第2行填写x-y。同理，C代码的第4行应该填写y<x，第5行填写x*y，第7行填写x+y。注意：这里的初始化表达式（C代码的第2行）向下移了（移到了汇编代码15行），这样一来，只有当确定它就是返回值的时候，才会计算它。

循环

C语言提供的多种循环结构，即do-while、while和for循环。因为汇编没有相应的指令存在，但是可以使用条件测试和跳转组合结合起来实现循环的效果。大多数的编译器根据一个循环的do-while形式来产生循环代码。其他的循环会首先被转换成do-while形式，然后再翻译成机器代码。do-while循环的通用形式如下：

do

　　body-statement

　　while(test-expr);

可以看到，body-statement至少会被执行一次。上述的do-while的通用形式可以翻译为如下的条件和goto语句

loop:

　　body-statement

　　t = test-expr;

　　if(t)

　　　　goto loop;

 

while语句的通用形式如下

while(test-expr)

　　body-statement

将while循环翻译成机器代码有很多方法，采用gcc的策略，使用条件分支，将其转换为do-while循环，如下

t = test-expr;

if(!t)

　　goto done;

loop:

　　body-statement

　　t = test-expr;

　　if(t)

　　　　goto loop;

done:

for循环的通用形式如下

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

　　body-statement

把它翻译为goto代码为

　　init-expr;

　　t = test-expr;

　　if(!t)

　　　　goto done;

loop:

　　body-statement

　　update-expr;

　　t = test-expr;

　　if(t)

　　　　goto loop;

done: