CSAPP：第三章程序的机器级表示2

Posted 2021-01-20 天星小苑

CSAPP:程序的机器级表示2

关键点：算术、逻辑操作

算术逻辑操作1.加载有效地址2.一元二元操作3.移位操作

算术逻辑操作

??如图列出了x86-64的一些整数和逻辑操作，大多数操作分成了指令类（只有leaq没有其他的变种，addb、addw、addl、addq分别是字节加法、字加法、双字加法和四字加法），这些操作通常分为四组：加载有效地址、一元操作、二元操作和移位操作。

1.加载有效地址

• leaq S,D;D = &S
  ??加载有效地址指令leag实际上是movq指令的变形，它的指令形式上是从内存读取数据到寄存器，但实际上没有引用内存。它的第一个操作数看上去是一个内存引用，但该指令并不是从指定的位置读入数据，而是将有效的数据写到目的操作数，这条指令可以为后面的内存引用产生指针。目的操作数必须是一个寄存器。
  ??假如寄存器%rdx的值为x，那么指令leaq 7(%rdx,%rdx,4)将设置%rdx的值为5x+7

 1//C语言
 2long scale(long x,long y,long z)
 3{
 4    long t = x + 4 * y + 12 * z;
 5    return t
 6}
 7//汇编
 8long scale(long x,long y,long z)
 9x in %rdi,y in %rsi,z in %rdx
10scale:
11    leaq: (%rdi,%rdi,4);//x = x + 4y
12    leaq: (%rdx,%rdx,2);//z = z + 2z
13    leaq: (%rdi,rdx,4); //(x + 4y) +4 * 3z
14    ret

1

• 练习
  ??假设寄存器%rax的值为x,%rcx值为y。填写下表:

表达式	结果
leaq 6(%rax),%rdx	6 + x
leaq (%rax,%rcx),%rdx	x + y
leaq (%rax,%rcx,4),%rdx	x + 4 * y
leaq 7(%rax,%rax,8),%rdx	9 * x +7
leaq 0xA(,rcx%,4),%rdx	4 * y + 10
leaq 9(%rax,%rcx,2),%rdx	x + 2 * y + 9

2.一元二元操作

??第二组操作是一元操作，只有一个操作数，既是源又是目的，这个操作数可以是一个寄存器，也可以是一个内存位置（类似++，--）；
??第三组是二元操作，其中第二个操作数，既是源又是目的（类似C语言x-=y）。不过要注意，源操作是第一个，目的操作是第二个。第一个操作数可以是立即数、寄存器或者内存位置，第二个操作数只能是内存位置或者寄存器。注意，当第二个操作数是内存位置时，处理器必须从内存读出值，执行操作，再把结果写回内存。

• 习题
  ??假设下面的值存放在指定的内存地址或寄存器中。
  
  填写下表，说明将要被更新的寄存器或者内存地址，以及得到的值：

指令	目的	值
addq %rcx,(%rax)	0x100	0x100
subq %rdx,8(%rax)	0x108	0xA8
imsuq $16,(%rax,%rdx,8)	0x118	0x110
incq 16(%rax)	0x110	0x14
decq %rcx	%rcx	0x0
subq %rdx,%rax	%rax	0xFD

3.移位操作

??最后一组给的时移位操作，先给出移位量，然后给出要移位的数，可以进行算术和逻辑右移。移位量可以是一个立即数，或者放在单字节寄存器%cl中。（这些指令很特别，因为只允许以这个特定的寄存器作为操作数），原则上来说，1个字节的移位量使得移位量的编码范围可以达到。在x86-64中，移位操作对w位长的数值进行操作，移位量是由%cl寄存器的低m位决定的，这里的，高位会被忽略。所以当寄存器%cl的十六进制值为0xff时，指令salb会移7位，salw会移15位，sall会移31位，salq会移63位。
??左移指令：SAL和SHL。两者效果一样，都是将右边填上0.
??右移指令：SAR执行算术移位（填上符号位），而SHR执行逻辑移位（填上0）。移位操作的目的操作数可以是一个寄存器或者内存位置
习题

 1long shift_left4_rightn(long x,long n)
 2{
 3    x <<= 4;
 4    x >>= n;
 5    return x;
 6//汇编
 7long shift_left4_rightn(long x,long n)
 8x in %rdi,n in %rsi
 9shift_left4_rightn:
10movq %rdi,%rax ;Get x
11SAL $4,%rax      ;x <<= 4
12movl %csi,%ecx ;Get n (4 bytes)
13SAR %cl,%rax ;>=n
14}