快速识别汇编中等价的C语言语句(if, while, for, switch)

可能经常看汇编的朋友会一眼就认出跟C语言中一些语句等价的汇编代码, 经验使然也. 而不经常接触汇编的同学, 可能就对相对繁琐的寄存器操作指令有点云里雾里了.

汇编是编译器翻译中级语言(也可以把C语言称作高级语言, 呵呵)的结果, 只要是机器做的事儿,一般都有规律可循. 那我们现在就来看看一下这些基本语句的汇编规律吧.

注意:本文使用的汇编格式为GAS(Gnu ASembler GNU汇编器). 它同Intel文档中的格式以及微软编译器使用的格式差异很大,

具体请看文章AT&T汇编格式与Intel汇编格式的比较.

 

条件转移语句- if

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C语言中的if-else语句的通用形式如下

1. if(test-expr)
2.     then-statement;
3. else
4.     else-statement;

对于这种通用形式, 汇编实现通常会使用下面这种形式

1.     t= test-expr;
2.     if (t)
3.         goto true;
4.     else-statement
5.         goto done;
6. true:
7.     then-statement
8. done:

也就是汇编器为then-statement 和else-statement各自产生代码块, 并插入条件和无条件分支, 以保证正确代码块的执行.

 

下面我们来看C语言源代码, 汇编结构的C代码, 和汇编代码的比较.

Code Snippet

1. //----------Classic C code------------
2. int absdiff(int x, int y)
3. {
4.     if (x < y)
5.         return y - x;
6.     else
7.         return x - y;
8. }
9. //----------Classic C code------------

 

Code Snippet

1. //----------Equivalent Goto Version------------
2. int gotodiff(int x, int y)
3. {
4.     int rval;
5.  
6.     if (x < y)
7.         goto less;
8.     rval = x - y;
9.     goto done;
10. less:
11.     rval = y - x;
12. done:
13.     return rval;
14. }
15. //----------Equivalent Goto Version------------

 

Code Snippet

1. //----------Equivalent assembly Version------------
2.     movl 8(%ebp),%edx          ;Get x
3.     movl 12(%ebp),%eax         ;Get y
4.     cmpl %eax,%edx             ;Compare x:y
5.     jl .L3                     ;If <, goto less:
6.     subl %eax,%edx             ;Compute y-x
7.     movl %edx,%eax             ;Set as return value
8.     jmp .L5                    ;Goto done:
9. .L3:                           ;less:
10.     subl %edx,%eax             ;Compute x-y as return value
11. .L5:                           ;done:Begin completion code
12. //----------Equivalent assembly Version------------

 

do-while循环

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do-while循环的通用形式是这样的:

1. do
2. {body-statement}
3. while (test-expr);

循环的效果就是重复执行body-statement, 对test-expr求值, 如果不是0, 就继续循环. 注意, 循环体至少执行一次.

通常, do-while 的实现有下面的通用形式:

1. loop:
2.     body-statement
3.     t= test-expr;
4.     if (t)
5.         goto loop;

 

下面是一个例子, 找找感觉吧.

Code Snippet

1. //----------Original C Version------------
2. do{
3.     int t = val + nval;
4.     val = nval;
5.     nval = t;
6.     i++;
7. } while (i < n);
8. //----------Original C Version------------

 

Code Snippet

1. //----------Corresponding assembly code------------
2. .L6: loop:
3.     leal (%edx,%ebx),%eax ;Compute t = val + nval
4.     movl %edx,%ebx        ;copy nval to val
5.     movl %eax,%edx        ;Copy t to nval
6.     incl %ecx             ;Increment i
7.     cmpl %esi,%ecx        ;Compare i:n
8.     jl .L6 If less,       ;goto loop
9. //---------Corresponding assembly code------------

 

while循环

========================

while语句循环的通用形式是这样的

1. while(test-expr)
2.     body-statement

与do-while的不同之处在于对test-expr求值, 在第一次执行body-statement之前, 循环就可能终止了. 翻译成goto语句的形式就是

1. loop:
2.     t= test-expr;
3.     if (!t)
4.         goto done;
5.     body-statement
6.         goto loop;
7. done:

这种翻译需要在内循环(也就是执行次数最多的代码部分)中, 有两条goto语句. 大多数的编译器将这段代码转换成do-while循环, 把一个条件分支语句从循环体中拿到外面来.

1.     if (!test-expr)
2.         goto done;
3.     do
4.     body-statement
5.         while (test-expr);
6. done:

然后, 再把这段代码换成带goto的语句的代码, 如下

1.     t= test-expr;
2.     if (!t)
3.         goto done;
4. loop:
5.     body-statement
6.         t= test-expr;
7.     if (t)
8.         goto loop;
9. done:

 

for循环

========================

for循环的通用形式是这样的:

1. for (init-expr; test-expr; update-expr)
2.     body-statement

C语言的标准说明, 这样的一个循环的行为与下面这段使用while循环的代码的行为一样:

1. init-expr;
2. while (test-expr){
3.     body-statement
4.     update-expr;
5. }

然后再用前面讲过的从while到do-while的转换. 首先给出do-while形式

1.     init-expr;
2.     if (!test-expr)
3.         goto done;
4.     do{
5.         body-statement
6.         update-expr;
7.     }while (test-expr);
8. done:

再转换成goto代码

1.     init-expr;
2.     t= test-expr;
3.     if (!t)
4.         goto done;
5. loop:
6.     body-statement
7.         update-expr;
8.     t= test-expr;
9.     if (t)
10.         goto loop;
11. done:

 

相信现在, 你已经对汇编中的循环指令簇有点模式的感觉了吧? 呵呵. 我们再来看一个switch语句, 然后收工.

switch语句

======================

switch语句提供了一个整数索引值, 通过它来进行多重分支. 那么switch语句和一组很长的if-else语句相比, 有什么优势呢? 我先把答案说出来, 然后看看汇编, 就知道了.

优势就是: 执行开关语句的时间与开关情况的数量无关.

能做到这样的原因是跳转表. 跳转表是一个数组, 表项i是一个代码段的地址, 这个代码段实现的就是开关索引值等于i的时候应该采取的动作.

 

让我们来看一个例子, 这个例子包含一些很有意思的特征, 情况标号(case label)不连续, 比如101, 105; 一个情况有多个标号, 比如104, 106; 有些情况会落入其他情况(102), 因为该情况没有用break结尾.

1. //----------Original C code------------
2. int switch_eg(int x)
3. {
4.     int result = x;
5.  
6.     switch (x) {
7.  
8.         case 100:
9.             result *= 13;
10.             break;
11.  
12.         case 102:
13.             result += 10;
14.             /* Fall through */
15.  
16.         case 103:
17.             result += 11;
18.             break;
19.  
20.         case 104:
21.         case 106:
22.             result *= result;
23.             break;
24.  
25.         default:
26.             result = 0;
27.     }
28.  
29.     return result;
30. }
31. //----------Original C code------------

说明问题的C的伪代码

1. /* Next line is not legal C */
2. code *jt[7] = {
3.     loc_A, loc_def, loc_B, loc_C,
4.     loc_D, loc_def, loc_D
5. };
6. int switch_eg_impl(int x)
7. {
8.     unsigned xi = x - 100;
9.     int result = x;
10.     if (xi > 6)
11.         goto loc_def;
12.     /* Next goto is not legal C */
13.     goto jt[xi];
14. loc_A: /* Case 100 */
15.     result *= 13;
16.     goto done;
17. loc_B: /* Case 102 */
18.     result += 10;
19.     /* Fall through */
20. loc_C: /* Case 103 */
21.     result += 11;
22.     goto done;
23. loc_D: /* Cases 104, 106 */
24.     result *= result;
25.     goto done;
26. loc_def: /* Default case*/
27.     result = 0;
28. done:
29.     return result;
30. }

 

1. //----------Corresponding assembly code------------
2. //***********
3. // Code that Set up the jump table access
4. //***********
5.     leal -100(%edx),%eax         ;Compute xi = x-100
6.     cmpl $6,%eax                 ;Compare xi:6
7.     ja .L9                       ;if >, goto done
8.     jmp *.L10(,%eax,4)           ;Goto jt[xi]
9. //Case 100
10. L4:                              ;loc A:
11.     leal (%edx,%edx,2),%eax      ;Compute 3*x
12.     leal (%edx,%eax,4),%edx      ;Compute x+4*3*x
13.     jmp .L3                      ;Goto done
14. //Case 102
15. L5:                              ;loc B:
16.     addl $10,%edx                ;result += 10, Fall through
17. //Case 103
18. L6:                              ;loc C:
19.     addl $11,%edx                ;result += 11
20.     jmp .L3                      ;Goto done
21. //Cases 104, 106
22. L8:                              ;loc D:
23.     imull %edx,%edx              ;result *= result
24.     jmp .L3                      ;Goto done
25. //Default case
26. L9:                              ;loc def:
27.     xorl %edx,%edx               ;result = 0
28. //Return result
29. L3:                              ;done:
30.     movl %edx,%eax               ;Set result as return value
31. //----------Corresponding assembly code------------

 

参考资料<深入理解计算机系统>