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们来看看由GCC 生成的汇编语言程序。程序1-1 是为检验而编写的小程序。
程序 1-1 10 次加 1 运算的程序
#include <stdio.h> int a, b; main() { a = 0; do { b += a + 1; a++; } while (a < 11); }如果在编译此程序时加上-S 选项,如“gcc -S test.c”,就会出现如程序1-2 这样的汇编语言程序(该程序在X86 系列64 位环境下进行编译)。
程序 1-2 编译后的汇编语言程序(部分)
.text .globl main .type main, @function main: .LFB2: pushq %rbp .LCFI0: movq %rsp, %rbp .LCFI1: movl $0, a(%rip) ……变量a 赋值为0 .L2: movl a(%rip), %eax ……变量a 的值放到寄存器%eax 中 leal 1(%rax), %edx ……(变量a)+1 的值放入%edx(%rdx 的低32 位) 中 movl b(%rip), %eax ……将变量b 的值放入%eax(%rax 的低32 位)中 leal (%rdx,%rax), %eax ……%rdx 和%rax 的和放入%eax 中 movl %eax, b(%rip) ……%eax 的结果赋值给变量b movl a(%rip), %eax ……变量a 的值放入%eax 中 addl $1, %eax ……对%eax 进行加1 运算 movl %eax, a(%rip) ……%eax 的结果赋值给变量a movl a(%rip), %eax ……变量a 的值放入%eax 中 cmpl $10, %eax ……将%eax 的值与10 进行比较 jle .L2 ……小于等于10 的话跳到L2 leave ……释放栈中的变量 ret ……程序跳出 .LFE2: .size main, .-main .comm a,4,4 ……分配给a 以4 为边界基准的4 字节内存 .comm b,4,4 ……分配给b 以4 为边界基准的4 字节内存 …大致上,左边是标签,中间是CPU 指令,右边是操作目标。以“.”开始的字符串表示指定汇序集的函数名。以“:”结束的字符行是标识符的定义。函数名和标识符以外的部分是实际被执行的指令集,与CPU 的机器语言相对应。以“%”开头的是寄存器名,以“$”开头的是常量。
“a(%rip)”表示外部变量a,“b(%rip)”表示外部变量b,外部变量引用以%rip 标识的寄存器(程序计数器标识程序接下来该执行的指令)所指的地址中相对应的位置。
从标识符.L2 到jle 指令是程序的循环部分,相当于C 语言源程序的“do~while(a<11)”。即使没有使用过汇编语言,一看到程序当中的备注也能大致理解其运行原理。
X86系列CPU的寄存器
CPU 内部有若干个高速存储单元,也就是常说的寄存器,它可以用来储存数据,还可以作为指示其储存地址的指针来使用。在下面的表格中,我们列举了 X86 系列 CPU 中常用的寄存器。
一直以来,32 位的 CPU 中所使用的寄存器为 32 位寄存器,64 位 CPU 中则使用扩展到 64 位的寄存器,更甚者追加到寄存器 r8~r15。扩展后的 64 位寄存器可以在 64 位模式下使用。
在 64 位环境中,通过使用增加的寄存器,可完成程序中函数参数的传递。rax 被用于存放返回值,rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9 分别用于存放第 1~6 个整数型参数。
在 32 位环境中,将函数写入栈中,这样可以缩短执行时间。另外,对部分寄存器来说,寄存器的一部分也可进行数据存储和计算操作。比如,寄存器 rax 的低 32 位是 eax,eax 的低 16 位是 ax ;ax 的高 8 位是 ah,ax 的低 8 位是 al 等。
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