x86/x64编程基础
选择编译器
nasm？fasm？yasm？还是masm、gas或其他？
前面三个是免费开源的汇编编译器，总体上来讲都使用Intel的语法。yasm是在nasm的基础上开发的，与nasm同宗。由于使用了相同的语法，因此nasm的代码可以直接用yasm来编译。
yasm虽然更新较慢，但对nasm一些不合理的地方进行了改良。从这个角度来看，yasm比nasm更优秀些，而nasm更新快，能支持更新的指令集。在Windows平台上，fasm是另一个不错的选择，平台支持比较好，可以直接用来开发Windows上的程序，语法也比较独特。在对Windows程序结构的支持上，fasm是3个免费的编译器里做得最好的。
masm是微软发布的汇编编译器，现在已经停止单独发布，被融合在Visual Studio产品中。gas是Linux平台上的免费开源汇编编译器，使用AT&T的汇编语法，使用起来比较麻烦。
由于本书的例子是在祼机上直接运行，因此笔者使用nasm，因为它的语法比较简洁，使用方法简单，更新速度非常快。不过如果要是用nasm来写Windows程序则是比较痛苦的，这方面的文档很少。
从nasm的官网可以下载最新的版本：http://www.nasm.us/pub/nasm/releasebuilds/?C=M，也可以浏览和下载其文档：http://www.nasm.us/docs.php。
机器语言
一条机器指令由相应的二进制数标识，直接能被机器识别。在汇编语言出现之前，使用机器指令编写程序是直接将二进制数输入计算机中。
C语言中的c=a+b在机器语言中应该怎样表达？
这是一个很麻烦的过程，a、b和c都是变量，在机器语言中应该怎样表达？C语言不能直接转换为机器语言，要先由C编译器译出相当的assembly，然后再由assembler生成机器指令，最终再由链接器将这些变量的地址定下来。
我们来看看怎样转化机器指令。首先用相应的汇编语言表达出来。
mov eax, [a] ; 变量 a 的值放到 eax寄存器中
add eax, [b] ;执行 a+b
mov [c], eax ;放到 c中
在x86机器中，如果两个内存操作数要进行加法运算，不能直接相加，其中一方必须是寄存器，至少要将一个操作数放入寄存器中。这一表达已经是最简单形式了，实际上当然不止这么简单，还要配合程序的上下文结构。如果其中一个变量只是临时性的，C编译器可能会选择不放入内存中。那么这些变量是局部变量还是外部变量呢？编译器首先要决定变量的地址。
mov eax, [ebp-4] ;变量 a是局部变量
add eax, [ebp-8] ;执行 a+b，变量b也是局部变量
mov [0x0000001c], eax ;放到 c中，变量c可能是外部变量
变量a和b是在stack上。在大多数的平台下，变量c会放入到.data节，可是在进行链接之前，c的地址可能只是一个偏移量，不是真正的地址，链接器将负责用变量c的真正地址来代替这个偏移值。
上面的汇编语言译成机器语言为
8b 45 fc ;对应于 mov eax, [ebp-4]
03 45 f8 ; 对应于 add eax, [ebp-8]
a3 1c 00 00 00 ; 对应于 mov [0x0000001c], eax
x86机器是CISC（复杂指令集计算）体系，指令的长度是不固定的，比如上述前面两条指令是3字节，最后一条指令是5字节。
x86机器指令长度最短1字节，最长15字节。
最后，假定.data节的基地址是0x00408000，那么变量c的地址就是0x00408000+0x1c = 0x0040801c，经过链接后，最后一条机器指令变成
a3 1c 80 40 00 ; 原始汇编表达形式： mov [c], eax
指令同样采用little-endian存储序列，从低到高依次存放a3 1c 80 40 00字节，其中1c 80 40 00是地址值0x0040801c的little-endian字节序排列。
Hello world
按照惯例，我们先看看“Hello, World”程序的汇编版。
实验2-1：hello world程序
下面的代码相当于C语言main()里的代码。
代码清单2-1（topic02\ex2-1\setup.asm）：
main: ;这是模块代码的入口点。
mov si, caller_message
call puts ;打印信息
mov si, current_eip
mov di, caller_address
current_eip:
call get_hex_string ;转换为 hex
mov si, caller_address
call puts
mov si, 13 ;打印回车
call putc
mov si, 10 ;打印换行
call putc
call say_hello ;打印信息
jmp $
caller_message db 'Now: I am the caller, address is 0x'
caller_address dq 0
hello_message db 13, 10, 'hello,world!', 13,10
db 'This is my first assembly program...', 13, 10, 13, 10, 0
callee_message db "Now: I'm callee - say_hello(), address is 0x"
callee_address dq 0
实际上这段汇编语言相当于下面的几条C语言语句。
int main()
{
printf("Now: I am the caller, address is 0x%x",
get_hex_string(current_eip));
printf("\n");
say_hell0(); /* 调用 say_hello() */
}
相比而言，汇编语言的代码量就大得多了。下面是say_hello()的汇编代码。
代码清单2-2（topic02\ex2-1\setup.asm）：
;-------------------------------------------
; say_hello()
;-------------------------------------------
say_hello:
mov si, hello_message
call puts
mov si, callee_message
call puts
mov si, say_hello
mov di, callee_address
call get_hex_string
mov si, callee_address
call puts
ret
这个 say_hello()也仅相当于以下几条C语句。
void say_hello()
{
printf("hello,world\nThis is my first assembly program...");
printf("Now: I'm callee - say_hello(), address is 0x%x",
get_hex_string(say_hello));
}
代码清单2-1和2-2就组成了我们这个16位实模式下的汇编语言版本的hello world程序，它在VMware上的运行结果如下所示。
当然仅这两段汇编代码还远远不能达到上面的运行结果，这个例子中背后还有 boot.asm和lib16.asm的支持，boot.asm用来启动机器的MBR模块，lib16.asm则是16位实模式下的库（在lib\目录下），提供类似于C库的功能。
main()的代码被加载到内存0x8000中，lib16.asm的代码被加载到 0x8a00中，作为一个共享库的形式存在。这个例子里的全部代码都在topic02\ex2-1\目录下，包括boot.asm源文件和setup.asm源文件，而lib16.asm则在x86\source\lib\目录下。main()所在的模块是 setup.asm。
16位？32位？还是64位？
在机器启动时处理器工作于16位实模式。这个hello world程序工作于16位实模式下，在编写代码时，需要给nasm指示为16位的代码编译，在代码的开头使用bits 16指示字声明。
bits 32指示编译为32位代码，bits 64指示编译为64位代码。
本文节选自《x86x64体系探索及编程》
电子工业出版社出版
邓志著
