查看C语言/C++编译器生成的汇编语言代码

Posted 2021-04-26 RMOS

长久以来，C 和 C++ 编译器都会生成汇编语言源代码，但是程序员通常看不到。这是因为，汇编语言代码只是产生可执行文件过程的一个中间步骤。幸运的是，大多数编译器都可以应要求生成汇编语言源代码文件。例如，下表列出了 Visual Studio 控制汇编源代码输出的命令行选项。

命令行	列表文件内容
/FA	仅汇编文件
/FAc	汇编文件与机器码
/FAs	汇编文件与源代码
/FAcs	汇编文件、机器码和源代码

检查编译器生成的代码文件有助于理解底层信息，比如堆栈帧结构、循环和逻辑编码，并且还有可能找到低级编程错误。另一个好处是更加便于发现不同编译器生成代码的差异。

现在来看看 C++ 编译器生成优化代码的一种方法。由于是第一个例子，因此先编写一个简单的 C 方法 Array Sum，并在 Visual Studio 2012 中进行编译，其设置如下：

• Optimization=Disabled ( 使用调试器时需要 )

• Favor Size or Speed=Favor fast code

• Assembler Output=Assembly With Source Code

下面是用 ANSI C 编写的 arraysum 源代码：

int arraySum( int array[], int count ){ int i; int sum = 0; for(i = 0; i < count; i++) sum += array[i]; return sum;}

现在来查看由编译器生成的 arraysum 的汇编代码，如下所示。

_sum$ = -8 ; size = 4_i$ = -4 ; size = 4_array$ = 8 ; size = 4_count$ = 12 ; size = 4_arraySum PROC ; COMDAT;4 : { push ebp mov ebp, esp sub esp, 72 ; 00000048H push ebx push esi push edi;5 : int i;;6 : int sum = 0; mov DWORD PTR _sum$[ebp], 0;7 :;8 : for(i = 0; i < count; i++) mov DWORD PTR _i$[ebp], 0 jmp SHORT $LN3@arraySum$LN2@arraySum: mov eax, DWORD PTR _i$[ebp] add eax, 1 mov DWORD PTR _i$[ebp], eax$LN3@arraySum: mov eax, DWORD PTR _i$[ebp] cmp eax, DWORD PTR _count$[ebp] jge SHORT $LN1@arraySum;9 : sum += array[i]; mov eax, DWORD PTR _i$[ebp] mov ecx, DWORD PTR _array$[ebp] mov edx, DWORDPTR _sum$[ebp] add edx, DWORD PTR [ecx+eax*4] mov DWORD PTR _sum$[ebp], edx jmp SHORT $LN2@arraySum$LNl@arraySum:;10 :;11 : return sum; mov eax, DWORD PTR _sum$[ebp];12 : } pop edi pop esi pop ebx mov esp, ebp pop ebp ret 0_arraySum ENDP

1〜4 行定义了两个局部变量 (sum 和 i) 的负数偏移量，以及输入参数 array 和 count 的正数偏移量：

_sum$ = -8 ; size = 4_i$ = -4 ; size = 4_array$ = 8 ; size = 4_count$ = 12 ; size = 4

9〜10 行设置 ESP 为帧指针：

push ebpmov ebp,esp

之后，11〜14 行从 ESP 中减去 72，为局部变量预留堆栈空间。同时，把将会被函数修改的三个寄存器保存到堆栈。

sub esp, 72push ebxpush esipush edi

19 行把局部变量 sum 定位到堆栈帧，并将其初始化为 0。由于符号 _sum$ 定义为数值 -8，因此它就位于当前 EBP 下面 8 个字节的位置：

mov DWORD PTR _sum$[ebp],0

24 和 25 行将变量 i 初始化为 0，再转移到 30 行，跳过后面循环计数器递增的语句：

mov DWORD PTR _i$[ebp], 0jmp SHORT $LN3@arraySum

26〜29 行标记循环开端以及循环计数器递增的位置。从 C 源代码来看，递增操作 (i++) 是在循环末尾执行，但是编译器却将这部分代码移到了循环顶部：

$LN2@arraySum: mov eax, DWORD PTR _i$[ebp] add eax, 1 mov DWORD PTR _i$[ebp], eax

30〜33 行比较变量 i 和 count，如果 i 大于或等于 count，则跳岀循环：

$LN3@arraySum: mov eax, DWORD PTR _i$[ebp] cmp eax, DWORD PTR _count$[ebp] jge SHORT $LN1@arraySum

37〜41 行计算表达式 sum+=array[i]。Array[i] 复制到 ECX，sum 复制到 EDX，执行加法运算后，EDX 的内容再复制回 sum：

mov eax, DWORD PTR _i$[ebp]mov ecx, DWORD PTR _array$[ebp] ; array [i]mov edx, DWORD PTR _sum$[ebp] ; sumadd edx, DWORD PTR [ecx+eax*4]mov DWORD PTR _sum$[ebp], edx

42 行将控制转回循环顶部：

jmp SHORT $LN2@arraySum

$LN1@arraySum:

mov eax, DWORD PTR _sum$[ebp]
; 12 : }
pop edipop esipop ebxmov esp, ebppop ebpret 0_arraySum ENDP

可以写出比上例更快的代码，这种想法不无道理。上例中的代码是为了进行交互式调试，因此为了可读性而牺牲了速度。如果针对确定目标编译同样的程序，并选择完全优化，那么结果代码的执行速度将会非常快，但同时，程序对人类而言基本上是无法阅读和理解的。

调试器设置

用 Visual Studio 调试 C 和 C++ 程序时，若想查看汇编语言源代码，就在 Tools 菜单中选择 Options 以显示如下图的对话框窗口，再选择箭头所指的选项。上述设置要在启动调试器之前完成。接着，在调试会话开始后，右键点击源代码窗口，从弹出菜单中选择 Go to Disassembly。

本章目标是熟悉由 C 和 C++ 编译器产生的最直接和简单的代码生成例子。此外，认识到编译器有多种方法生成代码也是很重要的。比如，它们可以将代码优化为尽可能少的机器代码字节。或者，可以尝试生成尽可能快的代码，即使要用大量机器代码字节来输出结果 ( 常见的情况 )。

最后，编译器还可以在代码量和速度的优化间进行折中。为速度进行优化的代码可能包含更多指令，其原因是，为了追求更快的执行速度会展开循环。机器代码还可以拆分为两部分以便利用双核处理器，这些处理器能同时执行两条并行代码。