汇编语言

目录

1.汇编指令的构成

2.X86架构CPU中包含的寄存器

3.常见的x86汇编指令

（1）算数运算

（2）逻辑运算

（3）其他

4.AT&T格式

5.选择语句（分支结构）

6.循环语句

（1）条件转移指令实现循环

（2）loop指令实现循环

7.函数调用的机器级指令

如何访问栈帧中的数据

函数调用栈在内存的位置：

访问栈帧数据：push、pop指令：

函数调用时切换栈帧：

恢复esp与ebp的值：

执行ret：

栈帧内可能包含哪些内容

如何传递返回值

高级语言--->汇编语言---->机器语言

一条高级语言可能对应多条汇编语言，但是汇编语言指令与机器语言是一一对应的关系

机器语言与汇编语言合称为机器级代码

汇编指令用来改变程序执行流以及处理数据，汇编指令的格式为

操作码+地址码

操作码：告诉机器如何处理

地址码：则告诉机器数据的位置（寄存器：在寄存器中给出"寄存器名"，主存：在指令中给出"主存地址"，指令：直接在指令中给出操作数，即立即寻址）

以mov指令为例：

 其中的内存地址[af996h]（h表示16进制）前面的符号：dword ptr,byte ptr，是用来指明内存的读写长度

EAX,EBX,ECX,EDX:通用寄存器

mov eax ebx   #寄存器-->寄存器

mov eax dword ptr [af996h]   #主存-->寄存器

mov eax,5    #立即数-->寄存器

若想只使用低16bit

mov ax bx   #寄存器-->寄存器

mov ax dword ptr [af996h]   #主存-->寄存器

mov ax,5    #立即数-->寄存器

也可以使用高低8bit

mov ah bl   #寄存器-->寄存器

mov ah dword ptr [af996h]   #主存-->寄存器

mov ah,5    #立即数-->寄存器

ESI,EDI：变址寄存器

变址寄存器可用于线性表，字符串的处理

EBP,ESP：堆栈基指针

堆栈寄存器用于实现函数调用

注：只有通用寄存器能使用低16bit或8bit,变址寄存器以及堆栈寄存器只能固定使用32bit 

举例：

mov eax,dword ptr [ebx+8]   

#将ebx所指的地址偏移8个单位，从这个地址当中复制低32bit到eax寄存器中

mov eax,dword ptr [af996-12h]

#将af996-12所指的贮存地址的低32bit复制到eax寄存器中  

机器识别汇编语言的原理：

CU控制单元会发送控制信号，例如告诉ALU进行算数运算或逻辑运算，ALU就会将输入的数（d，s）进行相应的运算

destination:目的地(d 目的操作数)：目的操作数不能为常量

source:来源地 (s 源操作数)：可以为一个常量

注：两个操作数不能同时来自于主存，可以同时来自于寄存器

对于除法中的被除数edx：eax表示存放64位的被除数，高32位存放在edx，低32位存放在eax中

用于实现分支结构、循环结构的指令:cmp、test、jmp、jxxx

用于实现函数调用的指令: push、pop、call、ret

用于实现数据转移的指令: mov

AT&T格式与intel格式的区别

AT&T格式是Unix，Linux常用的格式，intel格式是windows常用格式

对于[ebx+ecx*32+4]的使用情景:

在X86寄存器中，程序计数器PC通常被称为IP，执行一条指令时，PC自动+1，指向下一条即将执行的指令 

无条件转移指令：

jmp     #pc无条件转移到

jmp 128         #可以用常数给出

jmp eax         #可以来自于寄存器

jmp [999]       #可以来自于主存

若想跳转到某一条指令，就需要知道某条指令的地址，这样是很难的，可以用"标号"瞄准位置

注：这里的NEXT,名字是可以自己取的

无条件转移指令无法实现条件转移，可以使用jxxx

对于比较a，b两个数，需要使用cmp a，b  

举个例子：

先else在if

先if后else

补充：cmp的底层原理

比较a，b的大小，本质是进行a-b减法运算

OF (Overflow Flag)溢出标志。溢出时为1,否则置0

SF(Sign Flag) 符号标志。结果为负时置1,否则置0

ZF(Zero Flag)零标志，运算结果为0时ZF位置1,否则置0

CF(Carry Flag)进位/借位标志，进位/借位时置1,否则置0

ALU每次运算的标志位都自动存入PSW程序状态字寄存器中（intel称为标志寄存器）

如下是8086CPU中的16位bit的PSW标志寄存器：

根据标志位的结果，进行判断是否满足jxxx，例如：

jne：若ZF=0,那么满足jne，进行跳转，如果ZF0，那么就不进行跳转

循环语句由4个部分构成：

1.循环前的初始化：

2.是否直接跳过循环：

3.循环主体

4.是否继续循环

这里的loop Looptop等价于

dec ecx

cmp ecx,0

jne Looptop 

所以使用loop指令实现的功能一定能用条件转移指令实现

补充：loopx指令--如loopnz，loopz

函数调用指令：call

函数返回指令：ret

例如：

对应的X86指令如下图所示：

call指令的作用：

①将IP寄存器（PC）的IP旧值压栈保存（保存在函数的栈帧顶部）

②设置IP新值，无条件转移到被调用函数的第一条指令

ret指令的作用：

从函数的栈帧顶部找到IP旧值，将其出栈并恢复IP寄存器

在32位系统中，进程虚拟地址空间为4GB，栈低在上，栈顶在下

在常用寄存器中，我们可以看到两个关于栈的寄存器EBP,ESP

EBP与ESP代表的含义如下：EBP指向栈帧的底部，ESP指向栈帧的顶部

当add栈帧执行完后，会退到caller栈帧继续执行，esp与ebp指向的地址也会随之改变

push、pop 指令实现入栈、出栈操作，x86 默认以4字节为单位。指令格式如下:

push x:先让esp减4，再将x压入

x可以为立即数，寄存器，主存地址

pop  x：栈顶元素出栈写入x，再让esp加4

x可以为寄存器，主存地址

push和pop只能对esp进行访问，但是不能访问栈中其他值，可以使用mov：

•可以用mov 指令，结合 esp、ebp 指针访问栈帧数据 •可以用减法/加法指令，即 sub/add 修改栈顶指针esp 的值

call指令的作用：

①将IP寄存器（PC）的IP旧值压栈保存（保存在函数的栈帧顶部）：效果相当于push ip

②设置IP新值，无条件转移到被调用函数的第一条指令：效果相当于jmp add(add表示标号，程序的执行流会转移到标号位置)

流程如下:

1.push ip，先减4，再将IP旧址压入

2.jmp add，转到add的第一条指令

3.push ebp，先减4，再将ebp指向的值放到栈顶

这里的作用是将ebp指向的地址保存下来，也就是上一层函数的栈帧基址，当执行完当前函数时，可以根据这一地址返回上一层函数

4.mov ebp，esp：让ebp寄存器指向esp所指的地址

让ebp指向当前函数的基地址，也就是设置当前函数的栈帧基址

灰色部分表示原来的ebp和esp，总之完成两件事情，记录上一层函数的基地址，以及将ebp指向当前函数的基地址：

push ebp

mov ebp，esp

这里也可以直接用enter这个指令代替，即上面两条指令等价于：enter

我们可以看到，当前函数的栈帧中的栈底总是存储了上一层函数的基地址，这样执行完当前函数后，就可以根据栈底的地址返回上一层函数

在执行完当前函数指令后

1.mov esp，ebp   #让esp指向当前栈帧底部

2.pop ebp   #将esp所指元素出栈，写入寄存器ebp，也就是让ebp重新指回上一函数的栈帧底部，同时esp+4

mov esp，ebp

pop ebp

等价于

leave

恢复esp，ebp的地址后，esp指向了IP的旧值，那么继续执行ret

ret的作用：从函数的栈帧顶部找到IP旧值，将其出栈并恢复IP寄存器，也就是让程序的执行流回到call指令的下一条指令：

总结如下： 

对于以下函数，栈帧存储的内容：

1.栈帧底部一定是上一层栈帧基地址（ebp旧值）

2.在调用下一层函数时，一定会使用到call指令，call指令会将IP寄存器的值压到栈顶保存，所以IP寄存器的值（返回地址）保存在栈帧顶部

3.将局部变量集中存储在栈帧底部区域，C语言中越靠前定义的局部变量越靠近栈顶

如何访问局部变量：

这里只需要将[ebp-4]=sum，[ebp-8]=temp2，[ebp-12]=temp3，[ebp-4]表示最后一个定义的局部变量

4.将调用参数集中存储在栈帧顶部区域，参数列表中越靠前的参数越靠近栈顶

如何访问调用参数：

这里只需要将[ebp+8]，得到第一个参数，[ebp+12]，得到第二个参数

5.栈帧中可能出现空闲未使用的区域

在gcc 编译器中，将每个栈大小设置为 16B 的整数倍(当前函数的栈除外)，因此栈帧内可能出现空闲未使用的区域。

例如add栈帧可以为4B，8B，但是只要这个函数需要调用下一层的函数就必须凑齐16B的整数倍

总结：

多个参数可以通过函数调用栈传递，但是函数的返回值只有一个，所以通常将返回值保存到eax寄存器中，所以当返回到上一层函数时，只需要到eax中取结果即可

总结：

补充：调用其他函数前，如果有必要，可将某些寄存器 (如: eax、edx、ecx）的值入栈保存，防止中间结果被破坏。

本篇总结：