1. 简化的计算机模型和指令集
2. 异常代码
3. 特殊指令 - %rsp入栈出栈

简化的计算机模型和指令集

1. 15个寄存器, 不包括%r15. 这样内部寻址可以用0-15来选择寄存器. %rsp依然用作栈指针
2. 每个寄存器都报保存64位=8字节值, 机器里操作的所有值也都是8字节长
3. 三个一位的条件码: ZF SF 和 OF
4. 程序计数器 PC
5. 有一个状态码 Stat 用于表示程序状态
6. DMEM 内存, 这里把内存当成一个连续的虚拟内存, 内存使用基址+偏移量方式寻找, 不支持复杂的寻址运算, 其实就相当于直接用固定基础地址寻址.

1. movq被分成了四个详细指令, 用于更好的跟踪程序. irmovq, rrmovq, mrmovq, rmmovq. 第一个字母表示源, 第二个字母表示目标. i = 立即数, r = 寄存器, m = 内存
2. 运算指令有四个, addq, subq, andq, xorq, 只能对寄存器进行操作. 这些指令会同时设置条件码.
3. 7个跳转指令, jmp, jle, jl, je, jne, jge, jg.
4. 6个条件传送指令, cmovle, cmovl, cmove, cmovne, cmovge, cmovg. 这些指令与寄存器传送指令rrmovq一样, 只能在寄存器之间传送.
5. call 和 ret 与 原来的一样, 将地址入栈和出栈
6. pushq 和 popq 实现入栈和出栈
7. halt 停止指令执行, 状态码会设置成HLT

1. halt 0000 0000, 这条是前边说的halt指令
2. nop 0001 0000, 这个是nop指令, 即什么也不做, 继续取下一条指令
3. rrmovq rA, rB 0010 0000 rA rB, 这是寄存器传送, 字节编码是20, rA和rB是寄存器地址, 比如从%rbx传送到%rax, 指令就是 20 03 01
4. irmovq V, rB 0011 0000 0xF rB V, 这条指令是将立即数传入指定寄存器, 很显然源寄存器没有, 用0xF表示, 立即数放在第三个字节开始的8个字节中, 这样这条指令长10个字节
5. rmmovq rA, D(rB) 0100 0000 rA rB D, 这条指令是将寄存器传入内存, 很显然要取地址, 地址会在最后加上8位的立即数D来表示
6. mrmovq rA, D(rB) 0101 0000 D(rA) rB D, 这条指令的数据结构和上边一条一样, 但是指令从40 变成了 50
7. OPq rA, rB 0110 ???? rA rB, 这个表示操作类的四条指令, 指令字节低位使用0-3表示四条不同的指令.
8. jxx Dest 0110 ???? Dest, 跳转类之类, 指令字节低位使用0-6表示7条不同的指令. 后边跟上8字节的地址
9. cmovxx rA rB 0010 ???? rA rB, 条件传送, 这里注意, ????是0-6共7个, 不是只有6个条件传送吗, 是因为 0010 0000 表示 rrmovq, 也就是不去判断标志位的无条件传送. 剩下的6个才是有条件的传送.
10. call Dest 1000 0000 Dest, 调用指令, 压之后的地址入栈并且跳转. 指令字节为80
11. ret 1001 0000, 无操作数, 返回指令, 弹出栈中的地址到PC
12. pushq rA 1010 0000 rA 0xF, 将rA寄存器中的值放入栈中, 由于无需使用第二个寄存器, 所以设置为0xF
13. popq rA 1011 0000 rA 0xF, popq指令要注意一下, 是将值弹出到源寄存器的位置, 由于无需使用第二个寄存器, 所以设置为0xF

练习 4.1 确定下列指令序列的字节编码, .pos 0x100表示程序起始地址是0x100

1. irmovq $15, $rbx, irmovq的指令是30, 由于是操作立即数, 寄存器的部分是 F3, 之后跟上8字节的立即数15, 注意小端法要反向排布字节 字节序列就是 30 F3 0F 00 00 00 00 00 00 00
2. rrmovq %rbx, %rcx, 这条指令就是 20 31
3. rmmovq %rcx, -3(%rbx), 首先是指令和寄存器部分 40 13, 后边的D表示-3, 即ff ff ff ff ff ff ff fd 所以字节编码是 40 13 fd ff ff ff ff ff ff ff
4. addq %rbx, %rcx, 60 31
5. jmp loop, 最后这条loop要计算一下指令的地址, 第一条指令的起始地址是 0x100, 10字节长, 指令结束在0x109, 下一条指令2字节, 从 0x10A-0x10B. 再下一条指令是 0x10C开始的10字节, 0x10C-0x115. 所以jmp要jmp 到 0x10C的位置.

0x100 30 F3 0F 00 00 00 00 00 00 00
0x10A 20 31
0x10C 40 13 fd ff ff ff ff ff ff ff
0x116 60 31
0x118 70 0C 01 00 00 00 00 00 00

练习 4.2 将字节指令翻译成汇编指令

1. 0x100: 30 f3 fc ff ff ff ff ff ff ff 40 63 00 08 00 00 00 00 00 00, 这一条先从前往后解读, 30指令是irmovq, 第一个寄存器是0xf, 第二个寄存器是3号寄存器, 没问题, 后边跟一个8字节立即数V, 这个V按正常顺序字节排布是ffff ffff ffff fffc也就是-4. 所以这条指令是 irmovq $-4,%rbx 之后的指令是rmmovq, 寄存器分别是6号和 3号, 其后跟的是地址, 按照正常排布是0800 = 2048, 所以这条指令是 rmmovq %rsi, 2048(%rbx)
2. 0x200: a0 6f 80 0c 02 00 00 00 00 00 00 00 30 f3 0a 00 00 00 00 00 00 00 90, 开始是a0指令, 是一个pushq, 6f表示6号寄存器和无需寄存器. 其后的80指令要被解释成call, 之后是一个地址0x020C; 再之后是00指令即HLT, 执行到这里就停机了. 后边的30指令是irmovq, 3号寄存器, 立即数是0a也就是10, 最后一条指令是90 指令 ret.
3. 50 54 07 00 00 00 00 00 00 00 10 f0 b0 1f, 开始指令是mrmovq, 5号寄存器和4号寄存器, 其后是偏移量7. 之后的指令是nop, 再之后是f0, 没有这个指令
4. 61 13 73 00 04 00 00 00 00 00 00 00, 61指令是subq, 1号寄存器和3号寄存器; 之后是73指令je, 之后是地址0400; 再下一条指令是halt
5. 63 62 a0 f0, 63指令是xorq, 两个寄存器是6号和2号, a0指令是 pushq, 之后的寄存器第一个就是f, 指令错误.

异常代码

练习4.3 用iaddq重写sum函数

iaddq $8, %rdi
iaddq $-1, %rsi

练习4.4 用Y86-64语言写程序

long rsum(long *start, long count) {
    if (count <= 0) {
        return 0;
    }
    return *start + rsum(start + 1, count - 1);
}

long rsum(long *start, long count)
start in %rdi, count in %rsi

rsum:
    xorq %rax, %rax         %rax置0
    test %rsi, %rsi         测试count
    jle  L2                 小于等于0则跳转到L2

    pushq %rbp
    movq (%rdi), %rbx       把start的值保存到%rbp中
    addq $8, %rdi           准备参数 start + 1
    subq $1, %rsi           准备参数 count - 1
    callq rsum              调用新过程
    addq %rbx, %rax         将保存的start的值加到返回值上
    popq %rbx               恢复%rbp的值
    ret                     返回%rax
  .L2
    rep; ret                返回0, 直接返回0的情况下, 没有用到%rbp, 所以也无需弹栈

long rsum(long *start, long count)
start in %rdi, count in %rsi

rsum:
    xorq %rax, %rax         %rax置0
    andq %rsi, %rsi         测试count
    jle  L2                 小于等于0则跳转到L2

    pushq %rbp
    mrmovq (%rdi), %rbx     把start的值保存到%rbp中
    irmovq $1, %r8          准备常量1到%r8寄存器
    irmovq $8, %r9          准备常量8到%r9寄存器
    addq %r9, %rdi          准备参数 start + 1
    subq %r8, %rsi          准备参数 count - 1
    callq rsum              调用新过程
    addq %rbx, %rax         将保存的start的值加到返回值上
    popq %rbx               恢复%rbp的值
    ret                     返回%rax
  .L2
    rep; ret                返回0, 直接返回0的情况下, 没有用到%rbp, 所以也无需弹栈

练习4.5 求数组的中元素的绝对值之和.

sum:
    irmovq      $8, %r8         准备常数8
    irmovq      $1, %r9         准备常数1
    xorq        %rax,%rax       sum=0
    andq        %rsi, %rsi      测试%rsi
    jmp         test            无条件跳转进循环

.loop:
    mrmovq      (%rdi), %r10    获取*start的值放入%r10
    andq        %r10, %r10      测试*start的值
    jl          L2              如果小于0, 跳转到L2
    addq        %r10, %rax      sum += *start

.L3:
    addq        %r8, %rdi       start ++
    subq        %r9, %rsi       count --

.test:
    jne         loop
    ret

.L2:
    subq        %r10, %rax      当*start小于0的时候, sum-=*start, 相当于加上绝对值
    jmp         L3              无条件跳回L3

练习4.6 求数组的中元素的绝对值之和

sum:
    irmovq      $8, %r8         准备常数8
    irmovq      $1, %r9         准备常数1
    xorq        %rax,%rax       sum=0
    andq        %rsi, %rsi      测试%rsi
    jmp         test            无条件跳转进循环

.loop:
    mrmovq      (%rdi), %r10    获取*start的值放入%r10
    xorq        %r11, %r11      %r11清零
    subq        %r10, %r11      向%r11中放入-x
    andq        %r10, %r10      测试*start的值
    cmovl       %r11, %r10      如果*start小于0 , 就传送-x 到 %r10寄存器
    addq        %r10, %rax      sum += *start

    addq        %r8, %rdi       start ++
    subq        %r9, %rsi       count --

.test:
    jne         loop
    ret

特殊指令 - %rsp入栈出栈

练习 4.7 判断pushq %rsp哪个值

练习 4.8 判断popq %rsp的值