CSAPP：程序的机器级表示-3

思考两个问题：

• 控制结构相对应的机器语言的控制结构（汇编语言）
• C语言实现的分支、循环、开关等操作，在底层的机器语言是如何实现的？

条件码的隐式赋值

几种标志寄存器

• CF 进位标志位(Carry Flag, 无符号数)
• SF 符号标志识位(Sign Flag, 有符号数)
• ZF 零标志位 ( Zero Flag )
• OF 溢出标志位( Overflow Flag , 有符号数)

add指令

addq Src,Dest 隐含了：t = a+b

• CF=1
  • 进位
  • 当两数相加产生进位/两数相减产生进位的情况下CF=1
  • 127+127、1-2
  • 把两个数当做无符号数，相加结果是否有进位？若有进位，则CF=1
• ZF=1
  • 运算结果为0
• SF=1
  • 将t看做是有符号数，t<0的情况下，SF=1
  • 运算结果可以看做是有符号数，也可以看做是无符号数，因此具有两种含义
  • 假设运算结果为10000001，可以看做是无符号数+129，也可以看做是有符号数-1
• PF
  • 奇偶标志位，如果运算结果的二进制表示中1的个数为偶数，PF=1，否则为0
• OF=1
  • 有符号数(补码)溢出的情况
  • 把两个数当做有符号数，相加结果是否有溢出？
  • (a>0 && b>0 && t<0) || (a<0 && b<0 && t>=0)

cmp

cmpq Src1, Src2会计算Src2-Src1的值并改写条件码，但是不会改变这两个操作数

• 对标志寄存器值的判断依据与上面add指令相似
• t=Src2-Src1

跳转指令

C语言到汇编语言的转换

if else 语句

long absdiff (long x, long y)
{
  long result;
  if (x > y)
    result = x-y;
  else
    result = y-x;
  return result;
}

转换为如下goto语句：

long absdiff_j(long x, long y)
{
    long result;
    int ntest = x <= y;
    if (ntest) goto Else;
    result = x-y;
    goto Done;
 Else:
    result = y-x;
 Done:
    return result;
}

转换为如下汇编：

absdiff:
   cmpq    %rsi, %rdi  # x:y
   jle     .L4
   movq    %rdi, %rax
   subq    %rsi, %rax
   ret
.L4:       # x <= y
   movq    %rsi, %rax
   subq    %rdi, %rax
   ret

对于三目运算符

val = Test ? Then_Expr : Else_Expr;

也可表示为ifelse语句，从而改写为汇编语句

循环结构

long pcount_do(unsigned long x) 
{
  long result = 0;
  do {
    result += x & 0x1;
    x >>= 1;
  } while (x);
  return result;
}

• 计算x的二进制表示中有多少个1

转化为goto语句：

long pcount_goto (unsigned long x)
{
  long result = 0;
 loop:
  result += x & 0x1;
  x >>= 1;
  if(x) goto loop;
  return result;
}

转换为如下汇编：

 movl  $0, %eax	
.L2:			
   movq  %rdi, %rdx	 存储result
   andl  $1,   %edx	 按位与
   addq  %rdx, %rax	 rax是返回值
   shrq  %rdi	     右移一位
   jne   .L2	     跳转
   rep; ret

for循环转化为while的通用版本：

for (Init; Test; Update )
    Body
---

Init;
while (Test ) {
    Body
    Update;
}

do-while循环与while循环相似。两者唯一的分别：do-while循环将先会执行一次循环内的代码，再去判断循环条件。所以无论循环条件是否满足，do-while循环内的代码至少会执行一次。因此，do-while循环属于后测循环(post-test loop)。

do-while循环转化为goto的通用版本：

do 
  Body
while (Test);

---

loop:
   Body
   if (Test)
      goto loop

switch结构

switch(x) {
  case val_0:
    Block 0
  case val_1:
    Block 1
    • • •
  case val_n-1:
    Block n–1
}

.section	.rodata
	.align 8
.L4:
	.quad	.L8	# x = 0
	.quad	.L3	# x = 1
	.quad	.L5	# x = 2
	.quad	.L9	# x = 3
	.quad	.L8	# x = 4
	.quad	.L7	# x = 5
	.quad	.L7	# x = 6

• jmp到跳转表
• 跳转表是一个数组，存储了不同case入口处的地址
• 由于每个存储地址的指针是8个字节，因此比例因子为8
• 基址为.L4，跳转的x存储在%rdi，则需要跳转到.L4 + x*8处，也即是jmp *.L4(,%rdi,8)