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• 操作系统系列七 —— 装载
• 操作系统系列八 ——动态链接
• 操作系统系列九 ——系统调用和API
• 从编译角度看c和c++混合编译
• stripped文件描述以及gdb反汇编工具使用
• 操作系统的信号量操作以及实战中的踩坑分析

本期主题：
程序的汇编指令讲解

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1. x86-64的历史由来

1. Intel处理器系列俗称x86系列，刚开始是单芯片，16位微处理器，后面随着集成电路技术不断提高，现在都是64位的处理器，称为x86-64；
2. 由于是从16位体系结构扩展成32位的，Intel用术语 字(words) 来表示16位数据类型，因此，32位被称为双字（double words），64位称为 四字（quad words）

下图是C语言类型在 x86-64位中的大小

C语言类型	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*	四字	q	8
float	单精度	s	4
double	双精度	l	8

大多数gcc生成的汇编代码都有一个字符的后缀，表明操作数的大小。例如数据传输指令mov有四种变种：

1. movb(传送字节)
2. movw(传输字)
3. movl(传输双字)
4. movq(传输四字)

2. x86-64的寄存器信息

x86-64的机器代码和C语言代码相差非常大，C语言程序员比较关注的如下：

• 程序计数器（通常也被称为"PC"，在x86-64中用%rip来表示），表示将要执行的下一条指令在内存中的地址；
• 通用目的寄存器，一个x86-64的中央处理器包含一组16个存储64位值的通用目的寄存器；
• 栈指针寄存器，%rsp用来指明运行时栈的结束位置；
• 帧指针寄存器，%rbp所直接指向的数据是调用该函数之前的rbp值，即可以认为是被调用函数的返回值；

寄存器如下图：

3. 操作数指示符

大多数指令有一个或多个操作数（operand），指示出执行一个操作中要使用的源数据值，放置位置以及目的位置。

1. 寻址方式

根据操作数的可能性，将寻址方式分为三种类型：

1. 立即数，用来表示常数值，例如 $1234，就是代表常数1234；
2. 寄存器，表示某个寄存器的内容，我们用符号 $r_a$ 来表示任意寄存器，用符号 R[$r_a$] 来表示它的值；
3. 内存引用，根据计算出来的地址访问某个内存位置；

寻址模式综合一下：

2. 数据传输指令

将数据从一个位置复制到另一个位置的指令。
MOV 指令的简单形式如下，代表着将数据从 S移动到D这个位置：

MOV S,D 

MOV指令由四条指令组成：movb、movw、movl、movq，对应着我们前面说的汇编指令后缀名的差异，其实主要差别在于操作数的大小不同。

MOV操作指令有几个特点：

1. 源操作数指定的是一个数据，这个数据可以是 立即数，也可以存储在寄存器或者内存中；
2. 目的操作数指定的是一个位置，要么是寄存器或者是一个地址；
3. mov指令不能两个操作数都指向内存地址，如果想要实现将一个值从一个内存地址复制到另一个内存地址，需要使用两条指令——第一条指令将源值加载到寄存器中，第二条指令将寄存器值写入目的位置；

举例看下面的命令，实际上的意思就是将 0x4050这个数据，放在eax寄存器中

movl $0x4050, %eax

example 实例

看一个指针的具体例子
源码：

long exchange(long *xp, long y)
{
	long x = *xp;
	*xp = y;
	return x;
}

对应的反汇编代码，使用 objdump -d xxx 来进行反汇编：

对汇编代码进行解释：

// 前面讲过了，%rdi存的是第一个参数，%rsi 存的是第二个参数
// 在例子中具体具体就是  %rdi存的是xp这个指针，%rsi存的是y
// (%rdi)，取出xp指针的值，即*xp
mov (%rdi),%rax , 把*xp赋值给返回值x
mov %rsi,(%rdi) , 把y赋值给*xp

从上面的汇编代码中可以看出两点：

1. C语言的指针其实就是地址。间接引用指针其实就是将该指针放在一个寄存器中，然后在内存引用中使用这个寄存器。
2. 像x这样的局部变量通常保存在寄存器中，而不是内存中。由于访问寄存器比访问内存要快得多。

3. 压入和弹出栈数据

栈是一种数据结构，可以添加或者删除值，遵循后进先出的原则。通过push把数据压入栈中，通过pop操作删除数据。
栈向下增长，栈顶元素的地址是所有栈中元素地址最低的。%rsp保存着栈顶元素的地址。

指令	效果	描述
pushq S	R[%rsp] <- R[%rsp] - 8; M[R[%rsp]] <- S	将四字压入栈 1. 先是取出%rsp寄存器的值，并减8，再给回%rsp寄存器； 2. 将S的值给到新的%rsp寄存器的值所指向的内容中
popq D	D <- M[R[%rsp]] ; R[%rsp] <- R[%rsp] + 8	将四字弹出栈 1. 先是取出%rsp寄存器的值，给到8； 2. 将%rsp寄存器+8

4. 加载有效地址 lea指令

加载有效地址（load effective address）指令lea实际上是mov指令的变形，它的指令形式是从内存读数据到寄存器。
与mov指令的差别在于：写入的目的操作数一定是寄存器。

example

看一个例子，源码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

long scale(long x, long y, long z)
{
	long t = x + 4 * y + 12 * z;

	return t;
}

注意使用gcc编译的时候，需要使用-Og，这样是为了防止编译器进行优化，导致结果对不上

gcc -Og -c main.c -o main_Og.o

使用objdump看结果：