3.1-程序的机器级表示

发布日期: 2021-11-20

3.1 程序的机器级表示

编写main.c和mstore.c

#include <stdio.h>

void mulstore(long, long, long*);

int main() {
    long d;
    mulstore(2, 3, &d);
    printf("2 * 3 --> %ld\n", d);
    return 0;
}

long mult2(long a, long b) {
    long s = a * b;
    return s;
}

long mul2(long, long);

void mulstore(long x, long y, long *dest) {
    long t = mul2(x, y);
    *dest = t;
}
x -> rdi
y -> rsi
dest -> rdx

两个文件一起编译生成可执行文件prog

gcc -Og -o prog main.c mstore.c

汇编

也可以编译单个文件，生成汇编文件mstore.s

gcc -Og -S mstore.c

删除部分无关代码

mulstore:
    pushq   %rbx
    movq    %rdx, %rbx
    call    mul2@PLT
    movq    %rax, (%rbx)
    popq    %rbx
    ret

pushq意思是将寄存器rbx的值压如程序栈进行保存

补充寄存器的知识：
在Intel x86-64的处理器中包含16个通用目的寄存器，这些寄存器用来存放整数数据和指针，都是以%r开头

为什么需要对寄存器进行压栈保存，因为在函数中修改了全局的东西，当函数调用完成之后要恢复原样

调用者保存寄存器和被调用者保存寄存器

函数A称为调用者(caller)，函数B称为被调用者(callee)，寄存器rbx在函数B中被修改了，逻辑上rbx的内容在调用函数B前后应该保持一致，解决这个问题有2个策略

一个是函数A在调用函数B之前，提前保存寄存器rbx的内容，执行完函数B之后，再恢复rbx的内容，这个策略就称为调用者保存

一个是函数B在使用寄存器rbx之前，先保存寄存器的内容，在函数B返回之前，先恢复rbx原来的内容，称之为被调用者保存

不同的寄存器采取不同的策略，具体如图所示

寄存器rbx被定义为被调用者保存寄存器，pushq就是用来保存rbx的内容，在函数返回之前，使用了pop指令，恢复rbx的内容

movq    %rdx, %rbx

第二行汇编的含义是将寄存器rdx的内容复制到寄存器rbx

根据寄存器用法的定义，函数mulstore的三个参数分别保存在rdi, rsi, rdx中，这条指令执行完，寄存器rbx的内容与寄存器rdx一致，都是dest指针所指向的内存的地址

movq指令的后缀q表示数据的大小，由于早期的机器是16位，后来才扩展到32位，因此，用字word表示16位的数据类型，32位称为双字，64位称为四字

图中给出了C语言的基本数据类型对应的汇编后缀表示

大多数GCC生成的汇编指令都有一个字符后缀来表示操作数的大小，例如，数据传送指令就有4个变种

movb: Move byte，传送8位

movw: Move word，传送16位

movl: Move double word，传送32位

movq: Move quad word，传送64位

call    mul2@PLT

call指令表示函数调用，返回值会保存在寄存器rax中，因此，寄存器rax中保存了x和y的乘积结果

movq    %rax, (%rbx)

这条指令将寄存器rax的值送到内存中，内存的地址就存放在寄存器rbx中

popq    %rbx

恢复寄存器rbx的值

反汇编

将编译选项-S替换为-c，就可以生成对应的机器码目标文件mstore.o

gcc -Og -c mstore.c

该文件是二进制文件无法直接查看，要用到反汇编工具objdump，将机器代码反汇编成汇编代码

objdump -d mstore.o

mstore.o:     file format elf64-x86-64

Disassembly of section .text:

0000000000000000 <mulstore>:
   0:   53                      push   %rbx
   1:   48 89 d3                mov    %rdx,%rbx
   4:   e8 00 00 00 00          callq  9 <mulstore+0x9>
   9:   48 89 03                mov    %rax,(%rbx)
   c:   5b                      pop    %rbx
   d:   c3                      retq