写在最前面
学完这一章你即将成为一个汇编级程序猿……想想就很激动٩(๑>◡<๑)۶
这也就意味着……这章很重要，内容也很多，这篇博文也贼长……
还是和上一章的那句话一样，有什么不明白的，最好写写代码跑一跑……关于栈的东西，不如画个图……
当然，为了csapp之后的学习……你需要一个linux系统……
本章内容
- 计算机状态：16个64位通用寄存器，1个64位程序计数器（PC），内存（Memory），条件码寄存器（Condition Code）
- 程序的表示：C语言→汇编语言→二进制代码，汇编代码格式，寻址模式
- 各种指令：mov，lea，算数和逻辑，jmp等等
- 控制：条件分支，循环，跳转表
- 过程调用：传送控制、数据，分配和释放空间
程序编码
从一个C程序最终编译到一个可执行文件的过程，在后面第七章会详细讲解。在这个地方就先贴个图。
机器级代码
ISA：指令集体结构或指令集架构
对于我们而言，需要关注的就是：
- Program counter（PC）：程序计数器。在x86-64中用%rip表示。给出了简要执行的下一条指令
- Register file：整数寄存器。
我觉得这个是为了加速所存在的，里面一般放一些经常用的或者最近用过的数据 - Condition code（CC）：条件码。
- Memory：内存。一些2进制地址数组，代码或者数据以及栈等等。
- Vector file：向量寄存器。这些寄存器可以存放一个或者多个整数、浮点数的值。
代码示例
这节需要熟悉几个指令
- 产生汇编的指令：gcc -Og -S xxx.c
- 产生可执行文件的指令：gcc -Og -c xxx.c
- 产生反汇编的指令：objdump -d xxx.o
- gdb调试指令：(x/14b) xxx
这些指令在之后的bomblab中会用到
当然，为了尽可能使得汇编之后的代码和源代码差距不大，我们只用了-Og而没有用-O1 -O2 -Ofast。后面这些指令涉及到编译优化，优化后的代码和源代码差距比较大。
数据格式
整数类型数据大小：1，2，4，8 byte
浮点类型数据大小：4，8，10 byte
| C声明 | Inter数据类型 | 汇编代码后缀 |
|---|---|---|
| char | 字节 | b |
| short | 字 | w |
| int | 双字 | l |
| long | 四字 | q |
| char*(pointer) | 四字 | q |
| float | 单精度 | s |
| double | 双精度 | l |
那你可能就要问了，咋区分int和double啊……long和pointer都还好，毕竟这两个大小都不一样……
整数寄存器和浮点寄存器是不一样的操作指令，所以……一样也没有关系啊……
访问信息
P120 图3-2的整数寄存器一定要背一定要背一定要背！！！不仅仅是寄存器名称，还有他的特殊作用。总之整张表都要背！！！
书上只有关于x86-64的寄存器，但是介于考试的时候会考32位，32位机器的寄存器也要熟悉！
x86-64传参的时候前6个参数是在对应的寄存器里面，多的参数在栈里面。
IA32传参的时候所有参数都是在栈里面。
IA32有两个特别的寄存器，一个%esp（栈指针），一个%ebp（基指针只能这样直译了）
至于这两个指针是怎么操作的，在后面会详细说明。
操作数类型
| 操作数类型 | 格式 |
|---|---|
| 立即数 | $Imm |
| 寄存器 | |
| 存储器 |
需要单独说明一下存储器。
相当于我们现在只有某一个数的地位，根据这个地址，我们去内存中找一下对应的数据。
得到地位
。其中
表示寄存器
中存的值。
当然，上面那几个参数都是可以缺损的。
可以没有
。但是
一定要和
一起存，即不存在
同时
只能为
（为什么？）（整数类型直接大小只有这几个）
课件上有强调
不能是rsp，但是呢，要这么写编译是可以过的……细细想来，好像这么写也没啥意义？
mov指令
格式：movX Source, Destination（X需要根据具体的指令进行修改）
将S的数据写到D去。
上图列举了合法的mov操作。
D不能是立即数。
mov不能进行从内存到内存的操作。内存操作比较慢
大多数情况中，MOV指令只会更新目的操作数指定的那些寄存器字节或者内存位置。唯一例外的是movl指令以寄存器为目的时，它会把该寄存器的高位4字节设置为0。
看一下书上的例子。
关于mov指令的扩展，教材上比较清楚。
有一个比较特殊的指令是ctlq，它是将%eax符号扩展到%rax。
lea指令
一个特别牛逼的指令，实际上是mov指令的变形。
最初是加载有效地址。leaq S,D相当于D=&S。
但是它还可以这么用：
long cal(long x)
{
return x*12;
}
对应的汇编
leaq (%rdi,%rdi,2),%rax # t<-x+x*2
salq $2,%rax # t<<2
已知变量x的值已经存放在寄存器eax中，现在想把5x+7的值计算出来并存放到寄存器ebx中，如果不允许用乘法和除法指令，则至少需要多少条IA-32指令完成该任务？
1条就行了
直接用leal 7(%eax,%eax,4) %ebx
算术和逻辑操作
更多的指令请看书。
注意一下操作数的顺序。
（思考：为啥没有区分有符号和无符号？）
（因为……根本就没有必要啊2333）
控制操作
条件码
- CF：进位标志。最高位产生进位或者借位。检查无符号操作的溢出。
- ZF：零标志。
- SF：符号标志。
- OF：溢出标志。导致补码溢出——正溢出或者负溢出。
注意：leaq操作不改变CC。
cmp指令
cmpq
,
通过计算
来比较大小
text指令
textq
,
计算
&
常用操作
testq %rax, %rax//相当于清零操作
set指令
访问条件码并设置
看一个例子
int comp(data_t a,data_t b)
{
return a<b;
}
对应的汇编
comp:
cmpq %rsi, %rdi
setl %al
movzbl %al, %eax #零扩展
ret
jmp指令
跳转到一个地址
区分一下直接跳转和间接跳转。
jmp *%rax是将%rax中的值作为跳转目标。
而jmp *(%rax)是将（%rax）作为跳转目标，也就是要从内存中读取(%rax)
条件跳转只能是直接跳转。
对于跳转目标，有两种不同的表示方式。
- 绝对地址。用4字节直接指定目标。
- 相对地址。在当前的基础上移动若干字节。
来个例子：用条件控制来实现条件分支
long absdiff(long a,long b)
{
if(x>y)return x-y;
else return y-x;
}
对应的汇编
absdiff:
cmpq %rsi, %rdi
jle .L4
movq %rdi, %rax
subq %rsi, %rax
ret
.L4:
movq %rsi, %rax
subq %rdi, %rax
ret
在if语句中会使用分支预测，如果预测错误耗时会很大。所以另一种想法是用三目运算符，也就是用条件传送来实现条件分支。
cmov指令
条件传送指令，在C语言中和三目运算符相似。
所谓的条件传送，无非是先把条件分支的2个部分都先算出来，之后再根据条件选择其中一个。
省时，但是有风险。
- 导致结果错误
- 耗时更多
- 不安全
val=x>0?x*=7:x+=3; //结果错误
val=test(x)?work1(x):work2(x); //耗时更多
val=p?*p:0; //不安全
循环和跳转表
循环（for,do-while,while）和跳转表（switch-case）无非是对于jmp，cmov等指令的运用。
值得提一句的是，跳转表相当于根据case的值和一张表得到要跳转的地址。
读读代码自然就明白了，没什么好说的。
过程
过程提供了一职中封装代码的方式。过程包括：函数，方法，子例程，处理函数等等。
以P调用Q，Q执行完回到P为例。
- 传递控制。函数调用时，将PC设置成Q的起始地址。Q执行结束返回时，又需要将PC设置成P调用Q后面的指令地址。
- 传递数据。P向Q传递参数，Q向P传递返回值。
- 分配和释放内存。Q需要一定的空间来运行，在Q运行完了之后又需要释放这部分空间。
push和pop指令
push压栈，pop弹栈。
之前也说过了，有一些数据是要放在栈里面的。
push和pop就是对栈的操作。
举个例子。
pushq %rbp
相当于
subq $8, %rsp
movq %rbp, (%rsp)
------------------------------------------------------
pop %rax
相当于
movq (%rsp), %rax
addq $8, %rsp
请注意是相当于不是等价于
push和pop是不会改变条件码CC的，而被拆解的操作是会改变CC的。
传送控制
在调用过程Q时，我们用call指令。
call label：跳到label处
在Q中返回时，用ret指令（相当C语言中的return）。
问题来了，ret到哪里去？？？
ret的时候%rsp直接赋值给PC。那么在一开始call的时候，我们就要把返回的地址压入栈中，在要ret的时候让这个返回值在栈顶。
传送数据
之前我们也提到过了，在x86-64中前6个参数在寄存器中，多的参数在栈中，压栈的顺序是倒着压的，最后一个参数更靠近栈底，第7个参数更靠近栈顶。
返回值在寄存器%rax中
关于过程的空间问题
一般来说，过程通过减小栈指针在栈上分配空间，分配的结果作为栈的一部分。释放空间，即增加栈指针。
当然，对于那些用malloc申请的空间，自然是在堆上分配。（这一部分后面会讲）
同时，寄存器是唯一被所有过程共享的资源。我们需要保证在调用完过程Q回到过程P的时候，寄存器是没有发生变化的。最直观的想法，把一些寄存器的值保留起来，丢到栈里面。
P和Q对于这个保存的工作又分了一下工，有一些是调用者（P）保存寄存器，一些事被调用者（Q）保存寄存器。
运行时栈
分析之后，我们的栈大概就是这样子。
关于IA32
我们讨论的都是X86-64，对于IA32其实区别也不大。
- IA32所有参数都在栈里面
- IA32还有一个%rbp指针是需要和%rsp一起维护的
数据
数组
把数组理解成指针，指针咋操作的，数组就咋操作。
高维数组在内存中实际上是按照一维数组进行存储的。
注意一个高维数组在空间中是连续分布的，而另外一种看似和高维数组用法类似，其本质完全不同。
int a[3][4];
int aa[4], aa2[4], aa3[4];
int *b[3]={aa,aa2,aa3};
一些emzj就很喜欢在这里出些很难的题。
