CSAPP要点总结 第3章 程序的机器级表示 part2 汇编寻址与运算指令

ATT和Intel汇编代码格式

ATT是根据AT&T命名的代码格式，是GCC、OBJDUMP等工具的默认格式， 而Microsoft工具以及来自Intel的文档采用Intel格式。 王爽的《汇编语言》就是Intel格式

GCC也可以通过命令行选项，生成Intel格式汇编：

~ $ gcc -O1 -S -masm=intel code.c

虽然格式不同，但内容一样，CSAPP以ATT格式来讲解内容。

以下将总结ATT的汇编语法：

数据格式

以下表格给出C语言基本数据类型对应的IA32格式：

之所以32位后缀用l是因为对于早期16位CPU，例如8086,32位就是long了， 所以这一习惯沿用至今。

注意char*是双字哦

访问信息

如下图为IA32的整数寄存器，共8个：

对比给出x86-64的寄存器：

在平坦寻址中，对于%ax，&al这样的特殊寄存器的需求已经极大降低了。主要为了向后兼容。

他们都是通用寄存器，但功能上有些区别：

其中%eax、%ecx、%edx一组

%ebx、%edi、&esi一组，

%esp栈指针和%ebp帧指针保存程序栈的重要位置指针， 要用栈管理的标准惯例使用。

操作数

指令的操作数（operand）有三类,IA32格式如下：

立即数Immediate

例如 $-577、$0x1F

寄存器Register

例如 %eax, %ax

存储器Memory

例如 4(%eax)、9(%eax, edx)、0xF9(%eax, edx, 4) 含寄存器就带括号的。 还有绝对地址的写法，例如 0x104

其中0xF9(%eax, edx, 4)中的 4 是变址的比例因子，必须是1、2、4或者8。 通常引用中有两个寄存器适合于二维的数组或者表。

操作数格式汇总如下：

数据传送指令

需要注意的是零扩展和符号扩展，类似于右移中的逻辑扩展和算术扩展。

跟8086一样，IA32也不支持内存到内存，还是要内存到寄存器再到内存。

关于pushl，popl中数据与指针执行顺序可以参考汇编语言第三单元 寄存器中关于弹夹的比喻。

此外，对于IA32，入栈、出栈猜测似乎只能用于双字， 那么访问栈元素是4的倍数，例如4(%esp), 同时，指令似乎只有pushl和popl一种写法，而没有pushb、popw之类的。

对于一个实际的C函数，指针实际就是将地址保持到寄存器，调用指针就是操作寄存器值对应的内存地址。 函数中的某个局部变量通常保存在寄存器中，因为寄存器较快。

算术与逻辑操作

基本的算术与逻辑操作汇总如下图：

上图中 S代表Source，D代表Destination，k代表一个数或者%cl

可见基本的算术逻辑操作分为四类：加载有效地址，一元操作，二元操作和移位

加载有效地址

leal是加载有效地址（load effective address）实际上是movl的变形 类似于C语言中的取地址，为内存引用产生指针。

关于leal，还有特殊用法跟取地址无关。 例如：

leal 7(%edx, %edx, 4), %eax

这条指令中，7(%edx, %edx, 4) = (%edx + 4%edx + 7) = (5 * %edx + 7) 再取其地址，则实际上是将5 * %edx + 7赋值给%eax。 所以leal在此处实际上用作计算。 编译器中经常能看到leal的灵活用法。

一元操作和二元操作

需要注意的是二元操作的两个操作数与mov一样不能都是存储器位置， 对于两个存储器的数据交换必须通过寄存器。

这从CPU执行指令的过程很好理解， 总线可以是外部数据总线到寄存器 或者 寄存器到外部总线， 而外部内存空间数据之间没有直接数据线相连（不知道其他计算机构架有没有直连的，猜测计算显卡可能会有吧）。

移位操作

移位量用单个byte也只考虑byte内的低5位（IA-32）。

还记得第二章第一小节说到的，当移位的位数大于数的宽度的情况么？对移位数取余。 这里取低5位实际上就是对32位取余。 可以想到，对于64位数，取低6位； 16位数，取低4位

移位量k可以是立即数，或者cl寄存器(正好是1个byte)。这跟8086的机制很相似。 被执行移位的可以是寄存器，或者虚拟内存地址（指向的虚拟内存）。

注意SHR和SAR（shift algorithm right）的区别。 SHR逻辑右移，右补0，用在无符号 SAR算术右移，正数右补0，负数右补1，用在补码。

讨论

上述运算中，除了位移运算需要区分无符号数和补码数外， 其他运算对两者运算都没区别，这也正是补码的优点！

特殊的算术操作

在基本的算术与逻辑操作汇总图中的乘法imul有两个操作数， 而实际上，还有一个操作数的乘除法， 乘法扩展到64位，而除法，可得到商和余数， 这与古老的8086的乘除法方式一致。具体如下：

其中cltd即convert long to double，用来辅助补码除法计算的。 （Intel汇编格式对应命令为cdq convert double to quard）

对于除法，为何要区分补码和无符号呢？ 一个原因是，对于64位被除数是先由32位扩展而来， 那么，就有逻辑扩展（对应无符号）和算术扩展（对应补码）

所以要区分div（无符号除法）和idiv（补码除法）

对于乘法为何区分补码和无符号还没想清楚，感觉一样啊。