C语言与x86汇编

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寄存器

数据格式

操作数的寻址模式

 常见指令

控制

过程

结构体

指令周期

GDB调试器

《深入理解计算机系统》第三章笔记

寄存器

• 程序计数器（PC，下一条待处理的指令的地址）
• 条件码寄存器（比如CF、ZF、SF、OF）
• 整数寄存器（16个）

数据格式

C声明	占用字节	汇编代码后缀
char	1	b (byte)
short	2	w (word)
int	4	l (long word)
long	8	q (quad word)
char*	8	q (quad word)

操作数的寻址模式

• 操作数的三种类型--立即数($开头) 寄存器 内存引用

 常见指令

• 数据传送指令 mov movz movs
• 入栈出栈 push pop
• 算术和逻辑操作
  • 加载有效地址 leaq
  • 一元操作 inc dec neg not
  • 二元操作 add sub imul and or xor
  • 移位操作 sal sar shl shr

控制

• 修改条件码寄存器的方式
  • 算术和逻辑操作
  • cmp和test指令
• 条件码的使用方法 
  1. 根据条件码的某种组合，将一个字节置零或置一 set指令 
  2. 条件跳转到程序某个地方 jump指令
  3. 有条件地传送数据 cmov指令
• 条件分支
  • 用条件控制jump实现条件分支
  • 用条件传送comv实现条件分支
• 循环
  • do-while
  • while
  • for --> while

过程

• 运行时栈

• 转移控制
  • call        下面一条指令的地址入栈，PC修改为跳转的地址
  • ret         刚才入栈的指令的地址出栈，PC修改为那个地址
• 数据传递
  • 参数传递      
    • 6个参数以内通过寄存器传递 %rdi %rsi %dx %cx %r8 %r9
    • 超出6个的部分通过栈传递，入栈顺序从右向左，所有参数的地址向8的倍数对齐
  • 返回值
    • %rax传递返回值
• 栈上的局部存储(有时局部数据必须放在内存中，情况如下)
  • 寄存器不足以存放所有数据
  • 对一个局部变量使用地址运算符&（因为寄存器不能产生地址）
  • 局部变量是数组或结构体（类似情况2，数组名或结构体名即代表数组起始地址）
• 寄存器中的局部存储
  • 一个函数调用另一个函数，通过寄存器传递参数，有时希望寄存器中的值被保存下来
  • 如果需要保存的值在6个以内，通过寄存器保存 %rbx %r15 %r14 %r13 %r12 %rbp
  • 超出6个的部分存储在栈上

结构体

• 结构体内部需要注意数据对齐--任何K字节的基本数据类型的地址必须是K的倍数

• 结构体本身也要注意数据对齐--结构体本身的起始地址必须是内部最长字段的倍数

指令周期

1. 取指令(fetch)     
   • 从内存取出指令字节，按顺序计算下一个指令的地址
2. 译码(decode) 
   • 从寄存器文件或其他阶段的数据获取最多两个操作数
3. 执行(execute)
   1. 执行算术或逻辑操作，并更新条件码寄存器
   2. 为访存阶段计算内存引用的有效地址 mov指令
   3. 增加或减少栈指针 push/pop, call/ret
4. 访存(memory)
   1. 读内存或写内存
5. 写回(write back)
   • 最多写两个结果到寄存器文件
6. 更新PC(PC update)
   • 将PC设置为下一条指令的地址(下面的一条指令，或者跳转的指令)

GDB调试器

• 通过gcc生成.out文件，并启用gdb

1. gcc -g -o test.out test.c
2. gdb test.out

• 常用命令

1. 在第i行设置断点 break i
2. 删除第一个断点 break 1
3. 从断点处继续执行 continue
4. 查看所有断点 info break
5. 查看变量x print x