9.程序的机器级代码表示，CISC和RISC

目录

一. x86汇遍语言基础（Intel格式）

二. AT&T格式汇编语言

三. 程序的机器级代码表示

（1）选择语句

（2）循环语句

（3）函数调用

1.函数调用命令

2.栈帧及其访问

3.栈帧的切换

4.函数传参和返回值

四. CISC和RISC

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一. x86汇遍语言基础（Intel格式）

x86架构的CPU有哪些寄存器？

对于前面的通用寄存器，还可以指定使用16位或8位：

常用的x86汇编指令：

算术运算指令：

d和s的解释：destination：目的地（d目的操作数)，source：来源地（s源操作数)。因为最终运算结果要送回d，所以目的操作数d不可以是常量。此外x86不允许两个操作数同时来自于主存。

除法的解释：32位的被除数除以32位的除数，在计算前会对被除数进行扩展，把被除数扩展到64位，低32位存入eax，高32位存入edx。

逻辑运算指令：

其他：

用于实现分支结构、循环结构的指令: cmp、test、 jmp、jxxx
用于实现函数调用的指令：push、pop、call、ret
用于实现数据转移的指令：mov

二. AT&T格式汇编语言

三. 程序的机器级代码表示

408考试要求：

只需关注x86汇编语言；若考察其他汇编语言题目会详细注释
题目给出某段简单程序的C语言、汇编语言、机器语言表示。能结合C语言看懂汇编语言的关键语句(看懂常见指令、选择结构、循环结构、函数调用)
汇编语言、机器语言一一对应，要能结合汇编语言分析机器语言指令的格式、寻址方式
不会考：将C语言人工翻译为汇编语言或机器语言

注: Intel x86处理器中程序计数器PC ( Program Counter)通常被称为IP( lnstruction Pointer)

（1）选择语句

jmp <地址>  #PC无条件转移至<地址>：
jmp 128  #<地址>可以用常数给出
jmp eax  #<地址>可以来自于寄存器
jmp [999]  #<地址>可以来自于主存

也可以用“标号”锚定位置，这样不用每次更改地址：

条件转移指令：

示例：

注意：写汇编语言代码时，一般会以函数名作为“标号”，标注该函数指令的起始地址。

扩展：cmp命令的底层原理，本质上是做减法运算。

（2）循环语句

用条件转移指令实现循环：

用loop指令实现循环（注意：循环计数器必须使用ECX寄存器）：

（3）函数调用

1.函数调用命令

函数调用指令：call <函数名>
函数返回指令：ret
call指令的作用：①将IP（其实就是程序计数器PC）旧值压栈保存（保存在函数的栈帧顶部)
②设置IP新值，无条件转移至被调用函数的第一条指令
ret指令的作用：从函数的栈帧顶部找到IP旧值，将其出栈并恢复IP寄存器。

2.栈帧及其访问

函数的栈帧（Stack Frame)：保存函数大括号内定义的局部变量、保存函数调用相关的信息。

下面的图示，栈顶在下，栈底在上，上面是高地址，下面是低地址。

访问栈帧数据有两种方法：（1）push和pop指令；（2）mov指令

标记栈帧范围：x86中有EBP、ESP寄存器。EBP是堆栈基指针，ESP是堆栈顶指针。EBP：指向当前栈帧的“底部，ESP：指向当前栈帧的“顶部”。对栈帧内数据的访问，都是基于ebp、esp进行的。

1.使用push和pop指令（eax寄存器里的初始值是211）

执行完上述指令后，栈内内容如下，eax内容变为666：

注意：x86系统中，默认以4字节为栈的操作单位。

2.mov指令

可以用mov指令，结合esp、 ebp指针访问栈帧数据
可以用减法/加法指令，即 sub/add修改栈顶指针esp的值。

3.栈帧的切换

在call add后，call会首先把IP（PC）的旧值压栈保存，然后设置IP（PC）新值，无条件转移至被调用函数的第一条指令。在被调用的函数体中，开头一般是这两条命令：

push ebp  # 保存上一层函数的栈帧基址（ebp旧值）
mov ebp,esp  # 设置当前函数的栈帧基址（ebp新值）

push ebp会把上一层函数的栈帧基址压入栈中，成为本层函数栈帧的底，同时esp向下移动；然后执行mov指令，把ebp也指向本层函数栈帧的底，到此一个新的函数栈帧形成，可以往里继续压入一些数据。以上两行代码可以用enter等价表示：

当函数返回时，切换栈帧的方式如下：

mov esp, ebp  # 让esp指向当前栈帧的底部
pop ebp  # 将esp所指元素出栈，写入寄存器ebp

mov指令可以把esp和ebp都指向栈帧的底，然后弹出栈中元素至ebp，这时ebp就可以恢复指向上一层函数栈的栈底，esp+，指向IP旧值，最后执行ret指令，从函数的栈帧顶部找到IP旧值，将其出栈并恢复IP寄存器。上面两行可以用leave等价表示：

4.函数传参和返回值

栈帧里包含的内容：gcc编译器将每个栈帧大小设置为16B的整数倍（当前函数的栈帧除外），因此栈帧内可能出现空闲未使用的区域。

• 通常将局部变量集中存储在栈帧底部区域
• 通常将调用参数集中存储在栈帧顶部区域
• 栈帧最底部一定是上一层栈帧基址（ebp旧值)
• 栈帧最顶部一定是返回地址（当前函数的栈帧除外)

使用[ebp-8],[ebp-12]等读取，返回参数。

此外，调用其他函数前，如果有必要,可将某些寄存器（如：eax、 edx、ecx）的值入栈保存,防止中间结果被破坏。如果这些寄存器值不是运算的中间结果，则可以不保存。（这部分内容一般在空区域后，调用参数前）

四. CISC和RISC

可以把CISC理解为“库函数+C语言”，RISC理解为C语言。

CISC：Complex Instruction Set Computer
设计思路：一条指令完成一个复杂的基本功能。
代表：x86架构，主要用于笔记本、台式机等。

RISC: Reduced lnstruction Set Computer

设计思路：一条指令完成一个基本“动作”；多条指令组合完成一个复杂的基本功能。
代表：ARM架构，主要用于手机、平板等。

80-20规律：典型程序中80%的语句仅仅使用处理机中20%的指令。