CSAPP 3nd - 汇编与控制 • Channel

汇编

寄存器类型

64位为r
32位为e

汇编术语	位数	字节数	示例寄存器
byte	8	1	`%al`, `%bl`, `%r8b`
word	16	2	`%ax`, `%bx`, `%r8w`
long	32	4	`%eax`, `%ebx`, `%r8d`
quad	64	8	`%rax`, `%rbx`, `%r8`

Control

Condition codes

条件码
cmpq
setX 基于条件码的值将单个寄存器的单个字节设置为0或1（取对应条件码低位的数字作为目标寄存器的低位，然后将剩余7位置为0）
movzbl x86-64机器上，结果为32位的数字会自动将高位的32位扩展为0，但是对于低于4字节的结果就不会进行扩展，所以会有movzbl指令来对单字节（两个字节为movzwl）的数字进行扩展到四个字节（z代表zero，b代表byte，l代表long）

Conditional branches

jX指令

指令	条件描述	对应 setX	标志条件	用于比较类型
je	相等（equal）	sete	ZF = 1	有符号 / 无符号
jne	不相等（not equal）	setne	ZF = 0	有符号 / 无符号
jg	大于（signed）	setg	ZF = 0 且 SF = OF	有符号
jge	大于等于（signed）	setge	SF = OF	有符号
jl	小于（signed）	setl	SF ≠ OF	有符号
jle	小于等于（signed）	setle	ZF = 1 或 SF ≠ OF	有符号
ja	高于（unsigned）	seta	CF = 0 且 ZF = 0	无符号
jae	高于等于（unsigned）	setae	CF = 0	无符号
jb	低于（unsigned）	setb	CF = 1	无符号
jbe	低于等于（unsigned）	setbe	CF = 1 或 ZF = 1	无符号
js	负数（负号）	sets	SF = 1	通用
jns	非负	setns	SF = 0	通用
jo	溢出（overflow）	seto	OF = 1	通用
jno	无溢出	setno	OF = 0	通用

生成跳转汇编语言的gcc指令(这个指令的意思是编译成汇编语言，-Og表示优化级别为0，-S表示只编译成汇编语言，不链接，-fno-if-conversion表示不使用条件移动指令)。

gcc -Og -S -fno-if-conversion control.c

📘 函数：计算两个 long 整数的差的绝对值

C 语言代码：

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

汇编代码（AT&T 语法）：

absdiff:
    cmpq    %rsi, %rdi        # 比较 x : y （x > y?）
    jle     .L4               # 如果 x <= y，跳到 .L4
    movq    %rdi, %rax        # x > y: 把 y 放入 rax
    subq    %rsi, %rax        # rax = y - x
    ret
 
.L4:                          # x <= y 分支
    movq    %rsi, %rax        # 把 x 放入 rax
    subq    %rdi, %rax        # rax = x - y
    ret

如果使用了条件移动指令，那么上面的的代码就会变成：

absdiff:
    movq   %rdi, %rax        # 把 x 放入 rax
    subq   %rsi, %rax        # rax = x - y 
    movq   %rsi, %rdx        # 把 y 放入 rdx
    subq   %rdi, %rdx        # rdx = y - x
    cmopq  %rsi, %rdi        # 比较 x : y （x > y?）
    cmovle %rdx, %rax        # 如果 x <= y，rax = x - y

条件移动会提前计算出所有的结果，然后根据条件码来决定使用哪个结果。

对于简单地分支，使用条件移动指令会更快，但是对于复杂的分支，使用条件移动指令会更慢。
对于空指针这种情况，不能使用条件移动，会导致程序异常。
```
  val = p ? *p:0; // 这里的条件移动会导致空指针异常
```
对于前一个分支带有副作用的情况，也不能使用条件指令
```
  var = x ? x+=3:x*=7; 
```

Loops

在汇编层级，do-while循环是另外两种循环的基础结构，while和for循环都可以用do-while循环来实现。

do_while:
    .L2:
        # 循环体
        # ...
        # 判断条件
        cmpq    $0, %rdi       # 比较条件
        jne     .L2            # 如果条件不为0，跳到 .L2

while:
    .L3:
        # 判断条件
        cmpq    $0, %rdi       # 比较条件
        je      .L4            # 如果条件为0，跳到 .L4
        # 循环体
        # ...
        jmp     .L3            # 跳到 .L3
.L4:

for:
    # 初始化
    movq    $0, %rdi         # 初始化条件
    .L5:
        # 判断条件
        cmpq    $10, %rdi      # 比较条件
        jge     .L6            # 如果条件大于等于10，跳到 .L6
        # 循环体
        # ...
        incq    %rdi           # 条件自增1
        jmp     .L5            # 跳到 .L5
.L6:

Switch Statements

✅ switch 中 case 常量的规则总结：

要求	说明
必须是常量表达式	编译时能确定的整数，如 `1`, `3+4`, `#define A 5`
不能重复	每个 case 值必须唯一
不要求递增或连续	case 可以无序、稀疏，顺序无关
类型必须是整型	支持 int, char, short, enum 等，不支持 float、指针

🔁 switch 的跳转表原理

跳转表（jump table）是一种将 case 常量值映射为 代码地址 的数组。
编译器使用 jmp *table(x) 实现 O(1) 多分支跳转。
只有当 case 值 连续且数量较多 时才会启用。

汇编结构概览：

cmp $max, %x
ja .Ldefault
jmp *.Ltable(,%x,8)
 
.Ltable:
    .quad .Lcase0
    .quad .Lcase1
    ...

📘 指令含义（switch 跳转表相关）

指令	作用	含义解释
`ja label`	条件跳转（无符号）	如果前面 `cmp` 中无符号大于成立，跳转到 label
`jmp *%rdi`	间接跳转	跳转到 `%rdi` 寄存器中存放的地址执行
`jmp *.Ljump_table(,%rdi,8)`	间接跳转	跳转到跳转表中第 `%rdi` 项所存放的地址执行

🧠 GDB `x` 命令（examine memory）用法速查表

GDB 的 x 命令用于查看任意内存地址的内容，支持以多种格式和单位显示，是调试汇编、指针、栈内容的重要工具。

🧾 基本语法

x/[个数] [格式] [单位] 地址

个数：显示几个单元（默认1）
格式：显示格式（hex、dec、string等）
单位：每个单元的大小（byte、word等）

📌 常用格式符号

格式符	含义	示例
`x`	十六进制（hex）	`x/4x $rsp`
`d`	十进制（signed）	`x/4d addr`
`u`	十进制（unsigned）	`x/4u addr`
`t`	二进制	`x/4t addr`
`f`	浮点数	`x/4f addr`
`s`	字符串（C 风格）	`x/s $rsi`
`i`	汇编指令（反汇编）	`x/i $rip`

📌 常用单位符号

单位符	单元大小	说明
`b`	1 字节	byte
`h`	2 字节	halfword（少用）
`w`	4 字节	word（32 位）
`g`	8 字节	giant word（64 位）

🔍 常用命令示例

命令	含义
`x/x 0x601040`	查看地址 `0x601040` 的 1 个 word（4B）
`x/4x $rsp`	查看 `$rsp` 开始的 4 个 word（共16字节）
`x/gx $rbp`	查看 `$rbp` 指向的 1 个 giant word（64 位）
`x/8gx $rsp`	连续查看 8 个 64 位值（常用于查看栈）
`x/4xb $rax`	查看 `$rax` 指向地址的 4 个字节（逐字节显示）
`x/s 0x6037d0`	查看地址处的 C 字符串
`x/i $rip`	查看当前指令（反汇编）

🎯 实用技巧

使用 $ 可引用寄存器名：如 $rsp、$rbp、$rax
小端序：x86_64 架构下内存按小端序存储
可结合 /b 查看字节级别数据结构（如结构体、栈帧等）

🧰 推荐组合操作

x/gx $rsp         # 栈顶64位
x/8x $rsp         # 栈上连续4字（16B）
x/4xb $rax        # 查看寄存器指向地址的4字节（字节级）
x/s $rsi          # 打印字符串指针的内容
x/i $rip          # 查看当前执行指令

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