第三章 程序的机器级表示
程序的机器级表示
3.1历史观点
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3.2程序编码
1.gcc -01 –o p p1.c p2.c 使用第一级优化
2.程序计数器（%eip）指示将要执行的下一条指令在存储器中的地址。
3.寄存器文件
4.-S：C语言编译器产生的汇编代码
例：gcc -01 –S code.c 会产生一个汇编文件code.c
3.3数据格式
|
char |
字节 |
b |
1 |
|
short |
字 |
w |
2 |
|
int |
双字 |
1 |
4 |
|
long int |
双字 |
1 |
4 |
|
long long int |
— |
— |
4 |
|
char* |
双字 |
1 |
4 |
|
float |
单精度 |
s |
4 |
|
Double |
双精度 |
l |
8 |
|
long double |
扩展精度 |
t |
10/12 |
3.4访问信息
1.操作数指示符类型：立即数、寄存器、寄存器
2.数据传送指令
|
指令 |
效果 |
描述 |
|
MOV S,D |
S<-D |
传送 |
|
movb movw movl |
传送字节 传送字 传送双字 |
|
|
MOVS S,D |
D<-符号扩展（S） |
传送符号扩展的字节 |
|
MOVZ S,D |
D<-零扩展（S） |
传送零扩展的字节 |
3.5算术和逻辑操作（20135315韩玉琪的博客）
1.加载有效地址：leal实际上是movl的变形，为存储器引用产生指针
2.一元操作和二院操作：1）++，- -；2）+=
- 一元操作
- - INC 加1
- - DEC 减1
- - NEG 取负
- NOT 取补
- 只有一个操作数，既是源又是目的，可以是一个寄存器，或者存储器位置。
- 二元操作
- - ADD 加
- - SUB 减
- - IMUL 乘
- - XOR 异或
- - OR 或
- AND 与
- 第一个操作数可以是立即数、寄存器或者存储器位置
- 第二个操作数既是源也是又是目的。可以是寄存器或者存储器位置，但是不能同时是存储器位置。
- 注意操作的顺序：
第二个操作数 操作符 第一个操作数
3.移位操作：>>,<<
- 先给出移位量，第二项给出要移位的数值。
- - SAL 左移
- - SHL 左移（等同于SAL）
- - SAR 算术右移
- SHR 逻辑右移
- 源操作数（移位量）：立即数或者放在单字节寄存器元素%cl中。
- 目的操作数：一个寄存器或是一个存储器位置。
4.特殊算术操作
- 乘法
- 乘积截断
- imull 双操作数
- 从两个32位操作数产生一个32位的乘积。
- 乘积不截断
- mull 无符号数乘法
- imull 有符号数乘法
- - 要求一个参数必须在寄存器%eax中，另一个作为指令的源操作数给出。
- 乘积的高32位在%edx中，低32位在%eax中。
- 除法
- 有符号除法
- idivl 操作数
- - 将DX:AX中的64位数作为被除数，操作数中为除数
- 结果：商在AX中，余数在DX中。
- 无符号除法
- divl指令
- 通常会事先设定寄存器%edx为0.
3.6控制
1.条件码：
CF:进位标志 ZF：零标志 SF：符号标志 OF：溢出标志
2.访问条件码
- SET指令：执行比较指令，根据计算t=a-b的结果设置条件码
3.跳转指令及其编码：jmp *%eax
- 无条件跳转
- 直接跳转：跳转目标是作为指令的一部分编码的。
- 间接跳转：跳转目标是从寄存器或存储器位置中读出的。
4.条件传送指令（参考资料20135202闫佳歆博客）
- 将条件表达式和语句从c语言翻译成机器语言，最常用的方式就是结合有条件和无条件跳转。
- if-else 的汇编结构
- 通用形式模板
- if（test-expr）
- then-statement
- else
- else-statement
（注：test-expr 整数表达式[假/真]）
- 汇编实现形式
- t = test-expr;
- if (!t)
- goto false;
- then-statement
- goto done;
- false:
- else-statement
done:
5.switch语句
3.7过程
1.栈帧结构：机器用栈帧来传递过程参数、存储返回信息、保存寄存器用于以后的回复以及本地存储。为单个过程分配的那部分栈称为栈帧
2.帧指针：%ebp,栈指针：%%esp
3.转移控制
call Label 过程调用
call *Operand 过程调用
leave 为返回准备栈
ret 从过程调用中返回
4.寄存器使用惯例
1）.%eax、%edx、%ecx 调用者保存
2）.%ebx、%esi、%edi 被调用者保存
5.递归过程：递归调用一个函数本身与调用其他函数是一样的。相互调用更为复杂
问题：
1.比较指令cmp和减法指令sub有何不同？
sub d，s 是d-s，结果送回d中，即送回目的操作数中。
cmp d，s 也是d-s，但结果不送回目的操作数中，是利用减法进行两个数值的比较。
作业
- main.c：
- 汇编代码：
- 用vi查看编译器指令：
- 删除gcc产生代码中以"."开头的编译器指令后:
- 分析：
-
main函数保存%ebp，并设置新的帧指针。
pushl %ebp movl %esp，%ebp -
分配4字节的栈空间
subl $4,%esp -
设置 arg1=8
movl $8,(%esp) - call调用fh
- fh被调用，初始化帧指针，分配栈空间。
-
将（%esp）中的8给 %eax，即存入栈中
movl %eax，（%esp） - call调用gh
- gh被调用，初始化栈指针，分配栈空间
-
将 %eax 与立即数 3 相加
add $3,%eax -
在gh结束前弹栈
popl %ebp - ret返回fh中call的调用位置
- fh也结束，return返回main中call调用的位置
-
main继续 %eax 加1的操作
addl $1，%eax -
leave为返回准备栈，相当于%ebp出栈,最后ret结束。
