来自《深入理解计算机系统》CMU-CSAPP课程 一、汇编代码
二、程序转换与机器级表示
汇编代码
1.区分x86、ARM、MIPS架构
01.细节比较
| 特征 | x86 架构 | ARM 架构 | MIPS 架构 |
| — | ———– | ———- | ———- |
| 架构类型 | CISC | RISC | RISC |
| 寄存器名 | eax, ebx, esp, eip 等 | r0–r15, sp, lr, pc | $t0–$t9, $s0–$s7, $zero, $ra, $sp 等 |
| 语法风格 | Intel（常见）或 AT\&T| ARM 语法（类 Intel 风格）| 类似于 MIPS 自己的风格 |
| 典型指令 | mov, push, call, jmp | ldr, str, mov, bl, b | lw, sw, li, jal, jr|
| 调用指令 | call| bl (Branch with Link)| jal (Jump and Link)|
| 返回指令 | ret | bx lr | jr $ra|
| 注释符号 | ; | @ | #|
| 字节序 | 小端（默认）| 可大端可小端 | 多为大端，也支持小端 |
02.二进制反编译工具
ELF文件可用readelf -h查看Machine字段判断是ARM, MIPS, Intel 80386等
2.区分Intel与AT&T汇编
01.细节比较
| 特征 | Intel 语法 | AT\&T 语法 |
| ———– | ————— | ———— |
| 汇编器 | MASM, NASM, IDA 默认 | GNU as（GAS）、objdump, GCC 默认 |
|操作数顺序| 目标 ← 源（Destination first） | 源 → 目标（Source first） |
| 寄存器前缀 | 无前缀，如：eax | 以 % 开头，如：%eax|
| 立即数前缀 | 无前缀 | 以 $ 开头，如：$0x10 |
| 内存引用 | DWORD PTR [eax] | (%eax) |
| 语法风格 | 类似 C 语言赋值 | 函数式语法风格 |
| 注释符 | ; | # |
Intel更接近C语言赋值顺序：mov eax, 1就像eax = 1
02.常见二进制编译与反编译工具的默认语法
| 环境 | 默认语法 | | ——————————- | —————- | | NASM、MASM、IDA Pro | Intel | | GCC、objdump、GAS | AT\&T | | Ghidra / Binary Ninja / Radare2 | 可自定义，默认多数为 Intel |
程序转换与机器级表示
写在前面
数的表示
- 原码：正数符号位为0；负数符号位为1
- 问题：无法进行直接加减运算
- 反码：【正数】反码与原码相同；【负数】将原码除符号位以外取反
- 问题：0有两种表示方法:
+0(0000 0000)和-0(1111 1111)
- 问题：0有两种表示方法:
- 补码：【正数】补码与原码相同；【负数】反码加1
- 注意：求负数的补码步骤：将其绝对值的二进制表示取反后加1。
- 原码表示范围
-127~+127；补码表示范围-128~+127。因此表示-128时时没有办法从原码-反码-加1这个步骤得到补码的，因为一开始就超出了原码的表示范围。整数溢出
- 加法
- 两正数相加，超过正数表示范围
- 两负数相加，超过负数表示范围
- 减法
- 正减负
- 负减正
- 乘法
- 两数相乘。一般CPU不会直接设置OF溢出标志，需要程序员检查或设置指令
寄存器
- 两数相乘。一般CPU不会直接设置OF溢出标志，需要程序员检查或设置指令
- 控制寄存器：CR0~CR4
- 8位寄存器：AL CL DL BL AH CH DH BH
- 16位寄存器：AX CX DX BX SP BP SI DI
- 32位寄存器：
- 8个通用寄存器：EAX ECS EDX EBX ESP EBP ESI EDI
- 段寄存器：ES CS CC DS FS GS（段寄存器的值和偏移量组合成内存单元的物理地址）
- 指令指针寄存器：EIP
- 标志寄存器：EFLAGS
- 64位寄存器：16个通用寄存器，用rdi,rsi,rdx,rcx,r8,r9保存1 $\sim$ 6个参数，用rax保存返回值
比较及循环结构
标志寄存器EFLAGS/RFLAGS
包含多个标志位
- CF-carry flag：表示无符号运算的进位或借位
- 无符号数加法产生的进位，或无符号数减法产生的借位。都将CF设置为1，表示无符号数运算的溢出。
- ZF-zero flag:若结果为0，则ZF=1
- SF-sign flag:运算结果的符号。若结果为负，则SF为1
- 可以用作条件跳转、分支控制等操作
- OF-overflow flag：表示有符号数运算发生溢出
显式设置标志位的指令
cmp指令
减法操作，只影响标志位
test指令
按位与操作，只影响标志位（
ZF和SF）。 通常用于检查特定位的状态（如检查某个位是否为1；检查某个值是否为0）。
test ax 1检查ax的最低位是否为1。如果是，则ZF为0。test %rax %rax当%RAX的值为0时，结果为0，则ZF设置为1。test指令将运算结果的最高位赋值给SF。
如何使用条件码（标志位）
理论上可以直接从条件寄存器上读取，但一般不这样做【读取或写入标志寄存器通常需要借助 PUSHF、POPF或类似的指令，这些操作通常会导致不必要的性能开销。】。
可以使用条件跳转指令配合cmp或test指令。
setcc
根据标志寄存器的某些标志位设置目的寄存器的值（通常是8位寄存器、或者是16位、32位寄存器的低8位，也就是单个字节的值） 用来判断某些条件是否成立。
- setcc只能修改目的寄存器单个字节的值，如果要扩展到32位、64位，需要配合mov指令
movzbl %al %eax：z表示零扩展（对应s表示符号扩展）；前缀b表示源操作数的位宽是1个字节；前缀l表示目的操作数的位宽是long类型4个字节。
