实验4高级语言的机器级表示
实验序号：4 实验名称：高级语言的机器级表示
适用专业：软件工程 学 时 数：2学时
一、实验目的
1、理解函数调用的机器级表示方法。
2、了解复杂数据结构的机器级表示方法。
3、理解分支和循环语句的机器级表示方法。
二、实验要求
按照实验题目的要求，编写程序并上机调试
三、实验设备、环境
计算机、Windows 7 、Visual C++ 6.0
四、实验步骤及内容
写一段C语言程序包含循环分支和过程调用，查阅并分析汇编代码，下面是参考可写的程序，可以不按照以下程序来写，特别注意可以没有数组。
定义一个数组int sum[5];
通过循环从屏幕输入5个数进数组sum
调用函数int Sum(int sum[])计算数组中所有元素的和并返回
如果返回值大于50则输出平均值大于10，否则输出平均值小于10.
编译通过后查阅汇编代码并结合你写的C语言程序书写报告描述以下问题：
- 函数调用的汇编代码是如何描述的，参数放在什么地址（可以假设%ebp和%esp地址已知）
- 数组的汇编描述方法
- 分支语句的汇编描述方法
- 循环的汇编描述方法
提示：
查看汇编代码方法：
编译
设置断点 F11或在Build -> Start Debug ->Step Into
右键点击断点箭头，Go to disassembly
C语言代码
#include <stdio.h>
int g(int x)
{
return x + 99;
}
int f(int x)
{
return g(x);
}
void printStar(){
for(int i = 0;i < 10; i++)
{
printf("*");
}
}
int main() {
int a = 0;
int b = 0;
int op1 = 1, op2 = 2;
if (op1 = op2) {
a = 1;
b = 2;
}
return f(22) + 36;
}
汇编代码
g:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl 8(%ebp), %eax
addl $99, %eax
popl %ebp
ret
f:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
movl 8(%ebp), %eax
movl %eax, (%esp)
call g
leave
ret
printStar:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $40, %esp
movl $0, -12(%ebp)
jmp .L6
.L7:
movl $42, (%esp)
call putchar
addl $1, -12(%ebp)
.L6:
cmpl $9, -12(%ebp)
jle .L7
leave
ret
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
andl $-16, %esp
subl $528, %esp
movl $0, 524(%esp)
movl $0, 520(%esp)
movl $1, 516(%esp)
movl $2, 512(%esp)
movl 516(%esp), %eax
cmpl 512(%esp), %eax
jne .L9
movl $1, 524(%esp)
movl $2, 520(%esp)
.L9:
movl $66, 24(%esp)
movl $666, 28(%esp)
call printStar
movl $22, (%esp)
call f
addl $36, %eax
leave
ret
代码解释：
push %ebp, movl %esp, %ebp两行代码，将ebp压入栈
然后esp的值赋给ebp，ebp指向与esp相同的位置
andl $-16,%esp esp 与0xfffffff0 与运算,使得它对齐寻址空间,加快cpu处理速度
subl $528, %esp指令，在栈中开辟528字节的空间。编译器会事先扫描函数中局部变量个数和大小，预分配给一个空间，供存储局部变量和参数调用。因为下面定义了一个122长的int数组，加上其他int变量，所以共需要开辟528字节空间存储局部变量。
movl $0, 524(%esp)
movl $0, 520(%esp)
movl $1, 516(%esp)
movl $2, 512(%esp)
这四句话是分别定义a,b，op1，op2四个变量，并分别将0,0,1,2赋值给这四个变量
1.分支语句的汇编描述方法
movl 516(%esp), %eax
cmpl 512(%esp), %eax
jne .L9
将op1赋给eax，然后cmpl让op1和eax中的op2进行比较
Jne指令为不等于跳转，若op1不等于op2则跳转到.L9
若等于则执行下面的指令
movl $1, 524(%esp)
movl $2, 520(%esp)
给a赋值为1，给b赋值为2
2.数组的汇编描述方法
接上述，如果不等于则跳转至.L9
movl $66, 24(%esp)
movl $666, 28(%esp)
给数组进行赋值内存中会分配一个sizeof(T)*N字节的连续的区域。
这里数组的基地址放在了esp中，先给arr[0]赋值66，接着基地址加上int的4，就是arr[1]，给他赋值为666.
3.循环的汇编描述方法
上述过程执行完，就会执行函数调用
call printStar
将调用printStar函数
在printStar函数中
printStar:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $40, %esp
movl $0, -12(%ebp)
jmp .L6
.L7:
movl $42, (%esp)
call putchar
addl $1, -12(%ebp)
.L6:
cmpl $9, -12(%ebp)
jle .L7
leave
ret
前两句是保存旧的帧，创建新的栈帧。
第三局开辟40字节的空间，因为接下来会循环十次，调用十个int i
接着给i赋值为0，jmp是无条件跳转，所以直接跳转到.L6
Cmpl 将i与9比较，如果比9小，将跳转.L7
movl $42, (%esp)
call putchar
addl $1, -12(%ebp)
接着将42给esp，42在ascill中对应的就是’’
接下来调用putchar
将输出
addl $1, -12(%ebp)这句指令是对i进行加一
4.函数调用的汇编代码是如何描述的，参数放在什么地址（可以假设%ebp和%esp地址已知）
上述过程执行完后
movl $22, (%esp)
call f
将22压入栈（这里其实是定义接下来调用的f的形参int x，并赋值）
调用f，这里先保存eip（PC计数器）的值入栈，esp的值-4，然后将f的地址赋给eip
进入f函数
执行创建新的栈帧的两条指令，进入新的函数调用栈
将ebp向前8个字节位置的值（main中压栈的22）压栈，esp-4
这里是定义g的形参并赋值
调用g，eip先压栈，然后eip变为g的地址
进入g函数：
首先执行创建新的栈帧的两条指令，进入新的调用栈（同上）
movl 8(%ebp), %eax 首先寻址，将f中压栈的数（也就是g的形参x），赋给eax
addl $99, %eax eax中得值+99，对应C语句 x + 99
popl %ebp 这里因为g中没有开辟新的栈空间（esp的值没有变化），所以这句和leave语句等价
执行完，这一句，ebp恢复到之前的值（f中得状态）
执行ret，其实是执行popl eip，将栈中保存的eip的值，赋给eip
此时ebp、esp和eip均恢复到调用f中得状态
退出g，返回值保存在eax中
回到f函数：
执行leave 和 ret，恢复esp、ebp、eip的值，同上
f仅仅返回g的返回值，这里不改动eax，里面保存着g的返回值
回到main函数：
addl $36, %eax f(22)的返回值+36，相当于C中得 f(22) + 36
main函数leave ret 返回上一层
gcc中应该为__libc_start_main，它可以接收到main的返回值，在eax中