Ассемблер в Linux для программистов C


Содержание

Введение
1. Архитектура
x86 или IA-32?
Регистры
Стек
Память
Порядок байтов. Little-endian и big-endian
2. Hello, world!
3. Синтаксис ассемблера
Команды
Данные
Метки и прочие символы
Неинициализированные данные
4. Команды ассемблера
Команда mov
Команда lea
Команды для работы со стеком
Арифметика
Команда lea для арифметики
Команда loop
Команды сравнения и условные переходы. Безусловный переход
Произвольные циклы
Программа: поиск максимального элемента в массиве
Логическая арифметика
Подпрограммы
Программа: таблица умножения
Программа: вычисление факториала
Системные вызовы
Структуры
Программа: вывод размера файла
Программа: печать файла наоборот
Операции с цепочками данных
Пример: memcpy
Пример: strlen
Конструкция switch
Пример: интерпретатор языка brainfuck
Булевые выражения
5. Отладчик GDB
6. Ссылки

Введение

Эта книга ориентирована на программистов, которые уже знают C на достаточном уровне. Почему так? Вряд ли зная только пару несколько языков вроде Perl или Python кто-то захочет изучать ассемблер. Используя ассемблер и C вместе, применяя каждый язык для определённых целей, можно добиться очень хороших результатов. К тому же, программисты C уже имеют некоторые знания об архитектуре, способе организации памяти и других вещах, которые поначалу сложно понять. Поэтому изучать ассемблер после C несомненно легче, чем после других языков высокого уровня. В C есть понятие «указатель», программист должен сам управлять выделением памяти в куче и так далее — все эти знания пригодятся при изучении ассемблера, они помогут получить более целостную картину об архитектуре, а также иметь более представление о том, как выполняются их программы на C. Но эти знания требуют углубления и структурирования.

Хочу подчеркнуть, что для чтения этой книги никаких знаний о Linux не требуется (кроме, разумеется, «как создать текстовый файл» и «как запустить программу в консоли»). Да и вообще, единственное, в чем выражается ориентированность на Linux — это используемый синтаксис ассемблера. Программисты на асемблере в DOS и Windows используют синтаксис Intel, но в системах *nix принято использовать синтаксис AT&T. Именно синтаксисом AT&T написаны ассемблерные части ядра Linux, в синтаксисе AT&T компилятор GCC выводит ассемблерные листинги и т. д.

Большую часть информации из этой книги можно использовать для программирования не только в *nix, но и в Windows — нужно только уточнить некоторые системно-зависимые особенности.

Глава 1. Архитектура

Содержание

x86 или IA-32?
Регистры
Стек
Память
Порядок байтов. Little-endian и big-endian

x86 или IA-32?

Вы вероятно уже слышали такое понятие, как «архитектура x86». Вообще оно довольно размыто, и вот почему. Само название x86 или 80×86 происходит от принципа, по которому Intel давала названия своим процессорам:

  • Intel 8086 — 16 бит
  • Intel 80186 — 16 бит
  • Intel 80286 — 16 бит
  • Intel 80386 — 32 бита
  • Intel 80486 — 32 бита

Этот список можно продолжить. Принцип наименования, где каждому поколению процессоров давалось имя, заканчивающееся на 86, создал термин «x86». Но если посмотреть внимательнее, то мы увидим, что «процессором x86» можно назвать и древний 16-битный 8086, и новый Pentium 4. Поэтому 32-битные расширения были названы архитектурой IA-32 (сокращение от Intel Architecture, 32-bit). Конечно же, возможность запуска 16-битных программ осталась, и она успешно (и не очень) используется в 32-битных версиях Windows. Так как Linux является полностью 32-битной операционной системой, то мы будем рассматривать только 32-битный режим.

Теперь, определившись наконец с предметом изучения, рассмотрим, что входит в понятие «архитектура системы». Это, в первую очередь, те понятия, с которыми придется работать программисту. А нас больше всего интересует набор команд и способы хранения и обращения к данным, над которыми будут оперировать команды. Также в архитектуру входят некоторые более абстрактные понятия (например, принцип сегментации памяти, реальный и защищённый режим) и технологии вообще (например, конвейер).

Регистры

Регистр — это небольшой объем очень быстрой памяти, размещенной на процессоре. Она предназначена для хранения результатов промежуточных вычислений, а также некоторой информации для управления работой процессора. Так как регистры размещены непосредственно на процессоре, то доступ к данным в регистрах обычно в несколько раз быстрее доступа к данным в оперативной памяти.

Программисту доступны 16 пользовательских и 16 системных регистров. Они называются пользовательскими регистрами:

  • Регистры общего назначения (англ. General Purpose Registers, сокращённо GPR). Размер — 32 бита.
    • %eax: Accumulator register — аккумулятор, применяется для хранения результатов промежуточных вычислений
    • %ebx: Base register — базовый регистр, применяется для хранения адреса (указателя на) некоторый объект в памяти
    • %ecx: Counter register — счетчик, его неявно используют некоторые команды для организации циклов (см. loop)
    • %edx: Data register — регистр данных, используется для хранения результатов промежуточных вычислений и ввода-вывода
    • %esp: Stack pointer register — указатель стека. Содержит адрес вершины стека
    • %ebp: Base pointer register — указатель базы кадра стека (англ. stack frame)
    • %esi: Source index register — индекс источника, в цепочечных операциях содержит указатель на текущий элемент-источник
    • %edi: Destination index register — индекс приёмника, в цепочечных операциях содержит указатель на текущий элемент-приёмник

    Эти регистры можно использовать «по частям». Например, к младшим 16 битам регистра %eax можно обратиться как %ax. %ax в свою очередь содержит два байта: старший %ah и младший %al. Аналогично, можно обращаться к %ebx/%bx/%bh/%bl, %ecx/%cx/%ch/%cl, %edx/%dx/%dh/%dl, %esi/%si, %edi/%di.

     31                15     8 7      0  <-- номера битов
    +--------+--------+--------+--------+
    |                eax                |
    +--------+--------+--------+--------+
                      |        ax       |
                      +--------+--------+
                      |   ah   |   al   |
                      +--------+--------+
    

    Не следует бояться такого жёсткого закрепления назначения использования регистров. Большинство из них могут использоваться для хранения совершенно произвольных данных. Единственный случай, когда нужно учитывать, в какой регистр помещать данные — это при использовании команд, которые неявно обращаются к регистрам. Такое поведение всегда чётко задокументировано.

  • Сегментные регистры cs, ds, ss, es, fs, gs. В реальном режиме (16 бит) программы могли управлять этими регистрами. В защищённом режиме их полностью контролирует операционная система, поэтому я здесь их подробно не рассматриваю, а лишь упоминаю. Также, благодаря «плоской» модели памяти (flat memory model) для программиста исчезают все проблемы, связанные с сегментацией памяти.
  • Регистр флагов eflags и его младшие 16 бит, регистр flags. Он содержит информацию о состоянии выполнения программы, о самом микропроцессоре, а также информацию управляющую работой некоторых команд. Регистр флагов нужно рассматривать как массив битов, за каждым из которых закреплено определенное значение. Регистр флагов напрямую не доступен пользовательским программам, а также изменение некоторых битов eflags требует привилегий. Ниже перечислены наиболее важные флаги.
    • cf: carry flag, флаг переноса
      • 1 — во время арифметической операции был произведён перенос из старшего бита результата
      • 0 — переноса не было
    • zf: zero flag, флаг нуля
      • 1 — результат последней операции нулевой
      • 0 — результат последней операции ненулевой
    • of: zero flag, флаг переполнения
      • 1 — во время арифметической операции произошёл перенос в/из старшего (знакового) бита результата
      • 0 — переноса не было
    • df: direction flag, флаг направления. Указывает направление просмотра в строковых операциях
      • 1 — направление «назад», от старших адресов к младшим
      • 0 — направление «вперёд», от младших адресов к старшим
  • Указатель команды eip (instruction pointer). Размер — 32 бита. Содержит указатель на следующую команду. Регистр напрямую недоступен, изменяется неявно командами условных и безусловных переходов, вызова и возврата из подпрограмм.

Стек

Имея опыт программирования на C, я думаю, что вы слышали (а может и использовали) структуры данных типа стек. В микропроцессоре стек работает похожим образом: это область памяти, у которой определена вершина (на неё указывает %esp). Поместить новый элемент можно только на вершину стека, при этом новый элемент становится вершиной. Достать из стека можно только верхний элемент, при этом вершиной становится следующий элемент. У вас наверняка была в детстве игрушка-пирамидка, где нужно было разноцветные кольца одевать на общий стержень. Так вот эта пирамидка — отличный пример стека.

    Содержимое стека  Адреса в памяти

   .                .
   .                .
   .                .
   +----------------+ 0x0000F040
   |                |
   +----------------+ 0x0000F044 <--- вершина стека (указывает %esp)
   |     данные     |
   +----------------+ 0x0000F048
   |     данные     |
   +----------------+ 0x0000F04C
   .                .
   .                .
   .                .
   +----------------+ 0x0000FFF8
   |     данные     |
   +----------------+ 0x0000FFFC
   |     данные     |
   +----------------+ 0x00010000 <--- дно стека

Стек растёт в сторону младших адресов. Это значит, что последний записанный в стек элемент будет расположен по адресу младше остальных элементов стека.

Что же происходит при помещении нового элемента в стек? (Принцип работы команды push)

  • значение %esp уменьшается на размер элемента в байтах (4 или 2)
  • новый элемент записывается по адресу, на который указывает %esp
   .                .
   .                .
   .                .
   +----------------+ 0x0000F040 <--- новая вершина стека (%esp)
   |  новый элемент |
   +----------------+ 0x0000F044 <--- старая вершина стека
   |     данные     |
   +----------------+ 0x0000F048
   .                .
   .                .
   .                .
   +----------------+ 0x0000FFFC
   |     данные     |
   +----------------+ 0x00010000 <--- дно стека

Когда мы достаём элемент из стека, эти действия совершаются в обратном порядке: (Принцип работы команды pop)

  • элемент, на который указывает esp, записывается в регистр
  • значение esp увеличивается на размер элемента в байтах (4 или 2)
   .                 .
   .                 .
   .                 .
   +-----------------+ 0x0000F040 <--- старая вершина стека
   | верхний элемент | ------------------------------- записывается в регистр --->
   +-----------------+ 0x0000F044 <--- новая вершина стека (%esp)
   |      данные     |
   +-----------------+ 0x0000F048
   .                 .
   .                 .
   .                 .
   +-----------------+ 0x0000FFFC
   |      данные     |
   +-----------------+ 0x00010000 <--- дно стека

Память

Память — что про неё ещё скажешь? В C после вызова malloc(3) вам выделяется блок памяти, и вы производите доступ к нему доступ при помощи указателя, который содержит адрес этого блока. В ассемблере то же самое — после того, как вам выделили блок памяти, у вас есть его адрес для всевозможных манипуляций.

Правда, нужно отметить ещё одну деталь. Программный код расположен в памяти, поэтому вы тоже можете получить его адрес. Стек — это тоже блок памяти, и вы можете получить указатель на какой-то элемент стека, который находится под вершиной. Таким образом можно организовать доступ к произвольным элементам стека.

Порядок байтов. Little-endian и big-endian

Оперативная память — это массив битовых значений, 0 и 1. О порядке битов в байте мы говорить не будем, так как вы не можете указать адрес отдельного бита, лишь только адрес байта, содержащего этот бит. А как в памяти располагаются байты в слове? Предположим, что у нас есть число 0x01020304. Его можно записать в виде байтовой последовательности:

начиная со старшего байта: 0x01 0x02 0x03 0x04          big-endian
начиная с младшего байта:  0x04 0x03 0x02 0x01          little-endian

Вот эта байтовая последовательность располагается в оперативной памяти, адрес всего слова в памяти — адрес первого байта этой последовательности.

Если первым располагается младший байт (мы начинаем запись с «меньшего конца») — такой порядок байт называется little-endian или интеловским. Именно он используется в процессорах x86.

Если первым располагается старший байт (мы начинаем запись с «большего конца») — такой порядок байт называется big-endian.

У little-endian есть одно важное достоинство. Посмотрите на запись числа 0x00000033:

0x33 0x00 0x00 0x00

Если мы прочитаем его как двухбайтовое значение, получим 0x0033. Если прочитаем как однобайтовое — получим 0x33. При записи этот трюк тоже работает. Конечно же, мы не можем прочитать число 0x11223344 как байт, потому что получим 0x44, что неверно. Поэтому считываемое число должно помещаться в целевой диапазон значений.

Ссылки по теме:

  • //en.wikipedia.org/wiki/Endianness
  • //ru.wikipedia.org/wiki/Порядок_байтов

Глава 2. Hello, world!

Содержание

При изучении нового языка принято писать самой первой программу, выводящую на экран строку «Hello, world!». Сейчас мы не ставим перед собой задачу понять всё написанное. Главное — посмотреть, как оформляются программы на ассемблере и научиться их компилировать.

Вспомним, как вы писали hello world на C. Скорее всего, приблизительно так:

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
  printf("Hello, world!\n");
  exit(0);
}

Вот только printf(3) — функция стандартной библиотеки C, а не операционной системы. Чем это плохо? — спросите вы. Да в общем всё нормально, но программируя на ассемблере вы наверное хотите взаимодействовать непосредственно с операционной системой, а не с библиотекой C. Это конечно же не значит, что из ассемблера нельзя вызывать функции библиотеки C. Просто мы пойдем более низкоуровневым путём.

Как вы уже наверное знаете, стандартный вывод (stdout), в который выводит данные printf(3), является обычным файловым дескриптором, который заранее открывает для вас операционная система. Номер его дескриптора 1. Теперь нам на помощь придёт функция операционной системы write(2).

WRITE(2)        Руководство программиста Linux        WRITE(2)

ИМЯ
        write - писать в файловый дескриптор

ОБЗОР
        #include <unistd.h>

        ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

ОПИСАНИЕ
        write пишет count байт в файл, на который ссылается файловый дескриптор fd
        из буфера, на который указывает buf.

А вот и сама программа:

#include <unistd.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
  char str[] = "Hello, world!\n";
  write(1, str, sizeof(str) - 1);
  exit(0);
}

Почему sizeof(str) — 1? Потому что строка в C заканчивается нулевым байтом, а его нам печатать не нужно.

Теперь скопируйте следующий текст в файл hello.s. Файлы исходного кода на ассемблере имеют расширение .s.

.data                                   /* поместить следующее в сегмент данных         */

hello_str:                              /* наша строка                                  */
        .string "Hello, world!\n"

                                        /* длина строки                                 */
        .set hello_str_length, . - hello_str - 1

.text                                   /* поместить следующее в сегмент кода           */

.globl  main                            /* main -- глобальный символ, который видно
                                                   за пределами этого файла             */
.type   main, @function                 /* main -- функция (а не данные)                */


main:
        movl    $4, %eax                /* помещаем номер системного вызова write = 4
                                           в регистр %eax                               */

        movl    $1, %ebx                /* первый параметр -- в регистр %ebx
                                           номер файлового дескриптора stdout = 1       */

        movl    $hello_str, %ecx        /* второй параметр -- в регистр %ecx
                                           указатель на строку                          */

        movl    $hello_str_length, %edx /* третий параметр -- в регистр %edx
                                           длина строки                                 */

        int     $0x80                   /* вызываем прерывание 0x80                     */

        movl    $1, %eax                /* номер системного вызова exit = 1             */
        movl    $0, %ebx                /* передаём 0 как значение параметра            */
        int     $0x80                   /* вызываем exit(0)                             */

        .size   main, .-main            /* размер функции main                          */

Напоминаю, сейчас наша задача — скомпилировать первую программу. Подробное объяснение этого кода будет потом.

[user@host:~]$ gcc hello.s -o hello [user@host:~]$ 

Если компиляция прошла успешно, GCC ничего не выводит на экран. Теперь запускаем нашу программу. Также проверяем, что она корректно завершилась со статусом 0.

[user@host:~]$ ./hello Hello, world! [user@host:~]$ echo $? 0

Теперь я советую прочитать главу про отладчик GDB. Он вам понадобится для исследования работы ваших программ. Возможно, сейчас вы не всё поймете, но эта глава специально расположена в конце, так как задумана больше как справочная, нежели обучающая. Для того, чтобы научиться работать с отладчиком, с ним нужно просто работать.

Глава 3. Синтаксис ассемблера

Содержание

Команды
Данные
Метки и прочие символы
Неинициализированные данные

Команды

Команды ассемблера — это те инструкции, которые будет исполнять процессор. По сути, это самый низкий уровень программирования процессора. Каждая команда состоит из операции (что делать?) и операндов (аргументов). Операции мы будем рассматривать отдельно. А операнды у всех операций задаются в одном и том же формате. Операндов может быть от 0 (то есть нет вообще) до 3. В роли операнда могут выступать:

  • Конкретное значение, известное на этапе компиляции — например, числовая константа или символ. Записываются при помощи знака $, например: $0xf1, $10, $hello_str. Эти операнды называются непосредственными.
  • Регистр. Перед именем регистра ставится знак %, например: %eax, %bx, %cl.
  • Указатель на ячейку в памяти (как он формируется и какой синтаксис записи — далее в этом разделе).
  • Неявный операнд. Эти операнды не записываются непосредственно в исходном коде, а подразумеваются. Нет, компьютер не читает ваши мысли 🙂 Просто некоторые команды всегда обращаются к определенным регистрам без явного указания, так как это входит в логику их работы. Такое поведение всегда описывается в документации.

Важно

Если вы забудете знак $ когда записываете непосредственное числовое значение, компилятор будет интерпретировать его как абсолютный адрес. Это не вызовет ошибок компиляции, но скорее всего приведёт в Segmentation fault при выполнении.

Почти у каждой команды можно определить операнд-источник (команда читает его) и операнд-назначение (команда записывает в него результат). Общий синтаксис команды ассемблера такой:

операция источник, назначение

Для того, чтобы привести пример команды я, немного забегая наперед, расскажу об одной операции. Команда mov источник, назначение производит копирование источника в назначение. Возьмем строку из hello.s:

        movl    $4, %eax                /* помещаем номер системного вызова write = 4
                                           в регистр %eax                               */

Как мы видим, источник — это непосредственное значение 4, а назначение — регистр %eax. Суффикс «l» в имени команды указывает на то, что ей следует работать с операндами длиной в 4 байта. Все суффиксы:

  • «b» (от англ. byte) — 1 байт
  • «w» (от англ. word) — 2 байта
  • «l» (от англ. long) — 4 байта
  • «q» (от англ. quad) — 8 байт

Таким образом, чтобы записать $42 в регистр %al (а он имеет размер 1 байт):

        movb  $42, %al

Важной особенностью всех команд является то, что они не могут работать с двумя операндами, находящимися в памяти. Хотя бы один из них следует сначала загрузить в регистр, а затем выполнять необходимую операцию.

Как формируется указатель на ячейку памяти? Синтаксис:

смещение(база, индекс, множитель)

Вычисленный адрес будет равен база + индекс * множитель + смещение. Множитель может равняться только 1, 2, 4 или 8. Например:

  • (%ecx) адрес операнда находится в регистре %ecx. Этим способом удобно адресовать отдельные элементы в памяти: например, указатель на строку или указатель на int
  • 4(%ecx) адрес операнда равен %ecx + 4. Удобно адресовать отдельные поля структур. Например, в %ecx адрес некоторой структуры, второй элемент которой находится «на расстоянии» 4 байта от её начала (или говорят «по смещению 4 байта»)
  • -4(%ecx) адрес операнда равен %ecx — 4
  • foo(,%ecx,4) адрес операнда равен foo + %ecx*4, где foo — некоторый адрес. Удобно обращаться к элементам массива. Если foo — указатель на массив, элементы которого имеют размер 4 байта, то мы можем заносить в ecx номер элемента и таким образом обращаться к самому элементу

Ещё один важный нюанс: команды нужно помещать в секцию кода. Для этого перед командами нужно указать директиву .text. Вот так:

.text
        movl  $42, %eax
        ... ну и другие команды...

Данные

Существуют директивы ассемблера, которые размещают в памяти данные, определенные программистом. Аргументы этих директив — список выражений, разделенных запятыми.

  • .byte — размещает каждое выражение как 1 байт
  • .short — 2 байта
  • .long — 4 байта
  • .quad — 8 байт

Например:

        .byte 0x10, 0xf5, 0x42, 0x55
        .long 0xaabbaabb
        .short -123, 456

Также существуют директивы для размещения в памяти строковых литералов:

  • .ascii "STR" размещает строку «STR». Нулевых байтов не добавляет
  • .string "STR" размещает строку «STR», после которой следует нулевой байт (как в языке C)
  • У директивы .string есть синоним .asciiz (z от англ. zero — ноль, указывает на добавление нулевого байта)

Строка-аргумент этих директив может содержать стандартные escape-последовательности, которые вы использовали в C, например, «\n», «\r», «\t», «\\», «\»» и т. д.

Данные нужно помещать в секцию данных. Для этого перед данными нужно поместить директиву .data. Вот так:

.data
        .string "Hello, world\n"
        ... ещё много-много данных...

Если некоторые данные не предполагается изменять в ходе выполнения программы, их можно поместить в специальную секцию данных только для чтения при помощи директивы .section .rodata:

.section .rodata
        .string "program version 0.314"

Также приведу небольшую таблицу, которая сопоставляет типы данных в C на IA-32 и в ассемблере. Хочу заметить, что размер этих типов в C в других архитектурах может отличаться.

Тип данных в C Размер (sizeof), байт Выравнивание, байт Название
char 1 1 signed byte (байт со знаком)
signed char
unsigned char 1 1 unsigned byte (байт без знака)
short 2 2 signed halfword (полуслово со знаком)
signed short
unsigned short 2 2 unsigned halfword (полуслово без знака)
int 4 4 signed word (слово со знаком)
signed int
long
signed long
enum
unsigned int 4 4 unsigned word (слово без знака)
unsigned long

Отдельных объяснений требует колонка «выравнивание». Выравнивание задано у каждого фундаментального типа данных (типа данных, которым процессор может оперировать непосредственно). Например, выравнивание word — 4 байта. Это значит, что данные типа word должны располагаться по адресу, кратному 4 (например, 0x00000100, 0x03284478). Архитектура рекомендует, но не требует выравнивания: доступ к невыровненным данным может быть медленнее, но принципиальной разницы нет и ошибки это не вызовет.

Для соблюдения выравнивания в распоряжении программиста есть директива .p2align.

.p2align степень_двойки, заполнитель, максимум

Директива .p2align выравнивает текущий адрес до заданой границы. Граница выравнивания задаётся как степень числа 2: например, если вы указали .p2align 3 — следующее значение будет выровнено по 8-байтной границе. Для выравнивания размещается необходимое количество байт-заполнителей со значением заполнитель. Если для выравнивания требуется разместить более чем максимум байт-заполнителей, то выравнивание не выполняется.

Второй и третий аргумент являются необязательными.

Примеры:

.data
        .string "Hello, world\n"        /* мы вряд ли захотим считать, сколько символов занимает эта строка,
                                           и является ли следующий адрес выровненным */
        .p2align 2                      /* выравниваем по границе 4 байта для следующего .long */
        .long 123456

Метки и прочие символы

Вы наверное заметили, что мы не присвоили имен нашим данным. Как же к ним обращаться? Очень просто — нужно поставить метку. Метка — это просто константа, значение которой — адрес.

hello_str:
        .string "Hello, world!\n"

Сама метка, в отличие от данных, места в памяти программы не занимает. Когда компилятор встречает в исходном коде метку, он запоминает текущий адрес и читает код дальше. В результате компилятор помнит все метки, и адреса, на которые они указывают. Программист может ссылаться на метки в своём коде. Существует специальная «метка», которая указывает на текущий адрес. Это метка «.» (точка).

Значение метки как константы — это всегда адрес. А если вам нужна константа с каким-то другим значением? Тогда мы приходим к более общему понятию «символа». Символ — это просто некоторая константа. Причем он может быть определен в одном файле, а использован — в других.

Возьмём hello.s и скомпилируем его так:

[user@host:~]$ gcc -c hello.s [user@host:~]$ 

Обратите анимание на параметр -c. Мы не компилируем исходный код в исполняемый файл, а лишь только в отдельный объектный файл hello.o. Теперь воспользуемся программой nm(1):

[user@host:~]$ nm hello.o 00000000 d hello_str
0000000e a hello_str_length
00000000 T main

nm(1) выводит список символов в объектном файле. В первой колонке выводится значение символа, во второй — его тип, в третьей — имя. Возьмем символ hello_str_length. Это длина строки «Hello, world!\n». Значение символа четко определено и равно 0xe, об этом говорит тип «a» — Absolute value. А вот символ hello_str имеет тип «d» — значит он находится в секции данных (Data). Символ main находится в секции кода (Text section, тип «T»). А почему «a» была строчная буква, а «T» — заглавная? Если тип символа обозначен строчной буквой, значит это локальный символ, который видно только в пределах данного файла. Заглавная буква говорит о том, что символ глобальный и доступен другим модулям. Символ main мы сделали глобальным при помощи директивы .globl main.

Для создания нового символа используется директива .set. Синтаксис:

.set символ, выражение

Например, определим символ foobar = 42:

        .set foobar, 42

Ещё пример из hello.s:

hello_str:                              /* наша строка                                  */
        .string "Hello, world!\n"

                                        /* длина строки                                 */
        .set hello_str_length, . - hello_str - 1

Сначала определяется символ hello_str, который содержит адрес строки. После этого мы определяем символ hello_str_length, который, судя по названию, содержит длину строки. Директива .set позволяет в качестве значения символа использовать арифметические выражения. Мы из значения текущего адреса (метка «точка») вычитаем адрес начала строки — получаем длину строки в байтах. Потом мы вычитаем ещё единицу, потому что директива .string добавляет в конце строки нулевой байт (а на экран мы его выводить не хотим).

Неинициализированные данные

Часто требуется просто зарезервировать место в памяти для данных, без инициализации какими-то значениями. Например, у вас есть переменная, значение которой определяется параметрами командной строки. Действительно, вы вряд ли сможете дать ей какое-то осмысленное начальное значение, разве что 0. Такие данные называются неинциализированными и для них выделена специальная секция под названием .bss. В скомпилированной программе эта секция места не занимает. При загрузке программы в память секция неинициализированых данных будет заполнена нулевыми байтами.

Хорошо, но известные нам директивы размещения данных требуют указания инициализирующего значения. Поэтому для неинициализированных данных используются специальные директивы:

.space количество_байт .space количество_байт, заполнитель

Директива .space резервирует количество_байт байт.

Также эту директиву можно использовать для размещения инициализированных данных, для этого существует параметр заполнитель — этим значением будет инициализирована память.

Например:

.bss
long_var_1:                     /* по размеру как .long */
        .space 4

buffer:                         /* какой-то буфер в 1024 байта */
        .space 1024

struct:                         /* какая-то структура размером 20 байт */
        .space 20

Глава 4. Команды ассемблера

Содержание

Команда mov
Команда lea
Команды для работы со стеком
Арифметика
Команда lea для арифметики
Команда loop
Команды сравнения и условные переходы. Безусловный переход
Произвольные циклы
Программа: поиск максимального элемента в массиве
Логическая арифметика
Подпрограммы
Программа: таблица умножения
Программа: вычисление факториала
Системные вызовы
Структуры
Программа: вывод размера файла
Программа: печать файла наоборот
Операции с цепочками данных
Пример: memcpy
Пример: strlen
Конструкция switch
Пример: интерпретатор языка brainfuck
Булевые выражения

Команда mov

Синтаксис:

mov источник, назначение

Команда mov производит копирование источника в назначение. Рассмотрим примеры:

/*
 * Это просто примеры использования команды mov,
 * ничего толкового этот код не делает
 */

.data
some_var:
        .long 0x00000072

other_var:
        .long 0x00000001, 0x00000002, 0x00000003

.text
.globl main
main:
        movl  $0x48, %eax               /* помещаем число 0x00000048 в %eax */

        movl  $some_var, %eax           /* помещаем в %eax значение метки some_var --
                                           то есть адрес числа в памяти
                                           например, у меня %eax стал равен 0x08049589 */

        movl  some_var, %eax            /* а теперь обращаемся к содержимому переменной
                                           в %eax теперь 0x00000072 */

        movl  other_var + 4, %eax       /* other_var указывает на 0x00000001
                                           размер одного long -- 4 байта
                                           значит, other_var + 4 указывает на 0x00000002
                                           в %eax теперь 0x00000002 */

        movl  $1, %ecx                  /* помещаем число 1 в %ecx */
        movl  other_var(,%ecx,4), %eax  /* помещаем в %eax первый (нумерация с нуля) элемент массива,
                                           пользуясь %ecx как индексным регистром */

        movl  $other_var, %ebx          /* в %ebx адрес other_var */
        movl  4(%ebx), %eax             /* обращаемся по адресу %ebx + 4
                                           в %eax снова 0x00000002 */

        movl  $other_var + 4, %eax      /* в %eax адрес, по которому расположен 0x00000002 */
        movl  $0x15, (%eax)             /* записываем по этому адресу число 0x00000015 */

Внимательно следите, когда вы загружаете адрес переменной, а когда обращаетесь к значению переменной по её адресу. Например:

        movl  other_var + 4, %eax       /* забыли знак $, в результате в %eax находится число 0x00000002 */
        movl  $0x15, (%eax)             /* пытаемся записать по адресу 0x00000002 -> получаем Segmentaion fault */

        movl  0x48, %eax                /* забыли $, и пытаемся обратиться по адресу 0x00000048 -> Segmentaion fault */

Команда lea

lea — мнемоническое от англ. Load Effective Address. Синтаксис:

lea источник, назначение

Команда lea помещает адрес источника в назначение. Например:

.data
some_var:
        .long 0x00000072

.text
        leal  0x32, %eax                /* аналогично movl $0x32, %eax */
        leal  some_var, %eax            /* аналогично movl $some_var, %eax */

        leal  $0x32, %eax               /* вызовет ошибку при компиляции, так как $0x32 не является адресом */
        leal  $some_var, %eax           /* аналогично, ошибка компиляции */

        leal  4(%esp), %eax             /* помещаем в %eax адрес предыдущего элемента в стеке
                                           фактически, %eax = %esp + 4 */

Команды для работы со стеком

Предусмотрено две специальные команды для работы со стеком, push (поместить в стек) и pop (достать из стека). Синтаксис:

push  источник pop назначение

При описании работы стека, я уже писал о принципе работы команды push и о принципе работы команды pop. Важный нюанс: push и pop работают только с операндами размером 4 и 2 байта. Если вы попробуете скомпилировать что-то вроде

        pushb 0x10

GCC вам ответит, что:

[user@host:~]$ gcc test.s test.s: Assembler messages: test.s:14: Error: suffix or operands invalid for `push' [user@host:~]$ 

Согласно ABI, в Linux стек выровнен по long. Сама архитектура этого не требует, это только соглашение между программами, но не рассчитывайте что другие библиотеки подпрограмм или операционная система захотят работать с невыровненным стеком. Что это всё значит? Если вы резервируете место в стеке, количество байт должно быть кратно размеру long, то есть 4. Например, вам нужно 2 байта в стеке под short. Но вы должны резервировать 4 байта для того, чтобы соблюдать выравнивание.

А теперь примеры:

.text
        pushl $0x10                     /* поместили в стек число 10 */
        pushl $0x20                     /* поместили в стек число 20 */
        popl  %eax                      /* достали 20 в %eax */
        popl  %ebx                      /* достали 10 в %ebx */

        pushl %eax
        popl  %ebx                      /* странный способ сделать movl %eax, %ebx */

        movl  $0x00000010, %eax
        pushl %eax                      /* положили в стек 4 байта*/
        popw  %ax                       /* достали 2 байта */
        popw  %bx                       /* и ещё 2 байта */
        /* в %ax находится 0x0010,
           в %bx находится 0x0000
           такой код сложен для понимания, его следует избегать */

        pushl %eax                      /* поместили %eax в стек -> %esp уменьшился на 4 */
        addl  $4, %esp                  /* увеличили %esp на 4, таким образом привели стек в исходное состояние */

Интересный вопрос: какое значение помещает в стек вот эта команда

        pushl %esp

Если вы ещё раз посмотрите на алгоритм, то она должна поместить уже уменьшенное значение %esp. Однако в документации Intel  сказано, что в стек помещается такое значение %esp, каким оно было до выполнения команды — и она действительно работает именно так.

Арифметика

Арифметических команд в нашем распоряжении довольно много. Синтаксис:

inc   операнд dec операнд add источник, приёмник sub источник, приёмник mul множитель_1

Принцип работы:

inc: увеличивает операнд на 1 dec: уменьшает операнд на 1 add: приёмник = источник + приёмник sub: приёмник = источник - приёмник

Команда mul имеет только один операнд. Второй сомножитель задаётся неявно. Он находится в регистре %eax и его размер выбирается в зависимости от суффикса команды (b, w или l). Место размещения результата также зависит от суффикса команды.

Команда Второй сомножитель Результат
mulb %al 16 бит: %ax
mulw %ax 32 бита: младшая часть в %ax, старшая в %dx
mull %eax 64 бита: младшая часть в %eax, старшая в %edx

Примеры:

.text
        movl  $72, %eax
        incl  %eax                      /* в %eax число 73 */
        decl  %eax                      /* в %eax число 72 */

        movl  $48, %eax
        addl  $16, %eax                 /* в %eax число 64 */

        movb  $5, %al
        movb  $5, %bl
        mulb  %bl                       /* в регистре %ax произведение %al * %bl = 25 */

Это скучно, — скажете вы. Хорошо. Давайте подумаем, какой будет результат выполнения следующего кода на C:

char x, y;
x = 250;
y = 14;
x = x + y;
printf("%d", (int) x);

Блльшинство сразу скажет, что результат (250 + 14 = 264) больше, чем может поместиться в одном байте. И что же напечатает программа? 8. Давайте рассмотрим, что происходит при сложении в двоичной системе.

    11111010       250
  + 00001110      + 14
  ----------       ---
  1 00001000       264
    |      |
    +------+
      = 8

Получается, что результат занимает 9 бит, а в переменную может поместиться только 8 бит. Это называется переполнение — перенос из старшего бита результата. В C переполнение не может быть перехвачено. Но в микропроцессоре эта ситуация регистрируется и её можно обработать. Когда происходит переполнение, устанавливается флаг cf. Команды условного прехода jc и jnc анализируют состояние этого флага. Команды условного перехода будут рассмотрены далее, здесь эта информация приводится для полноты описания команд.

        movb  $0,   %ah                 /* %ah = 0        */
        movb  $250, %al                 /* %al = 250      */
        addb  $14,  %al                 /* %al = %al + 14
                                           происходит переполнение, устанавливается флаг cf
                                           в %al число 8  */
        jnc   no_carry                  /* если переполнения не было, переходим на метку */
        movb  $1,   %ah                 /* %ah = 1        */
no_carry:
        /* %ax = 264 = 0x0108 */

Этот код выдаёт правильную сумму в регистре %ax с учётом переполнения, если оно произошло. Попробуйте поменять числа в строках 2 и 3.

Команда lea для арифметики

Для выполнения некоторых арифметических операций можно использовать команду lea. Она вычисляет адрес своего операнда-источника и помещает этот адрес в операнд-назначение. Ведь она не производит чтение памяти по этому адресу, верно? А значит всё равно, что она будет вычислять: адрес или какие-то другие числа.

Вспомним, как формируется адрес операнда:

смещение(база, индекс, множитель)

Вычисленный адрес будет равен база + индекс * множитель + смещение.

Чем это нам удобно? Так мы можем получить команду с двумя операндами-источниками и одним результатом:

        movl  $10, %eax
        movl  $7, %ebx

        leal  5(%eax), %ecx             /* %ecx = %eax + 5 = 15 */
        leal  -3(%eax), %ecx            /* %ecx = %eax - 3 = 10 */
        leal  (%eax,%ebx), %ecx         /* %ecx = %eax + %ebx*1 = 17 */
        leal  (%eax,%ebx,2), %ecx       /* %ecx = %eax + %ebx*2 = 24 */
        leal  1(%eax,%ebx,2), %ecx      /* %ecx = %eax + %ebx*2 + 1 = 25 */
        leal  (,%eax,8), %ecx           /* %ecx = %eax*8 = 80 */
        leal  (%eax,%eax,2), %ecx       /* %eax = %eax + %eax*2 = %eax*3 = 30 */
        leal  (%eax,%eax,4), %ecx       /* %eax = %eax + %eax*4 = %eax*5 = 50 */
        leal  (%eax,%eax,8), %ecx       /* %eax = %eax + %eax*8 = %eax*9 = 90 */

Вспомните, что при сложении командой add результат записывается на место одного из слагаемых. Теперь, наверное, стало ясно главное преимущество lea в тех случаях, где её можно применить: она не перезаписывает операнды-источники. Как вы это сможете использовать — зависит только от вашей фантазии: прибавить константу к регистру и записать в другой регистр, сложить два регистра и записать в третий… Также lea можно применять для умножения регистра на 3, 5 и 9, как показано выше.

Команда loop

Синтаксис:

loop метка

Принцип работы:

  • уменьшить значение регистра %ecx на 1
  • если %ecx == 0, передать управление следующей за loop команде
  • если %ecx != 0, передать управление на метку

Напишем программу для вычисления суммы чисел от 1 до 10 (конечно же, есть формула суммы арифметической прогрессии — но ведь это только пример).

.data
printf_format:
        .string "%d\n"

.text
.globl main
main:
        movl  $0, %eax                  /* в %eax будет результат, поэтому в начале обнулим его */
        movl  $10, %ecx                 /* 10 шагов цикла */

sum:
        addl  %ecx, %eax                /* %eax = %eax + %ecx */
        loop  sum

        /* %eax = 55, %ecx = 0 */

/*
 * следующий код выводит число в %eax на экран и завершает программу
 */
        pushl %eax
        pushl $printf_format
        call  printf
        addl  $8, %esp

        movl  $0, %eax
        ret

На C это бы выглядело так:

#include <stdio.h>

int main()
{
  int eax, ecx;
  eax = 0;
  ecx = 10;
  do
  {
    eax += ecx;
  } while(--ecx);
  printf("%d\n", eax);
}

Команды сравнения и условные переходы. Безусловный переход

Команда loop неявно сравнивает регистр %ecx с нулём. Это довольно удобно для организации циклов, но часто циклы бывают намного сложнее, чем мы можем написать при помощи loop. Да и ещё нужен эквивалент конструкции if(){}. Вот команды, которые позволяют выполнять произвольные сравнения операндов:

cmp операнд_2, операнд_1

Команда cmp выполняет вычитание операнд_1операнд_2 и устанавливает флаги. Результат вычитания нигде не запоминается.

Важно

Обратите внимание на порядок операндов в записи команды: сначала второй, потом первый.

Сравнили, установили флаги, — и что дальше? А у нас есть целое семейство jump-команд, которые передают управление другим командам. Эти команды называются командами условного перехода. Каждой из них поставлено в соответствие условие, которое она проверяет. Синтаксис:

jcc метка

Команды jcc не существует, вместо cc нужно подставить мнемоническое обозначение условия.

Мнемоника Английское слово Смысл Тип операндов
e equal равно любые
n not отрицание любые
g greater больше без знака
l less меньше без знака
a above больше со знаком
b below меньше со знаком

Таким образом, je проверяет, что операнды у команды сравнения были равны, jl проверяет, что операнд_1 < операнд_2 и т. д. У каждой команды есть противоположная: просто добавляем букву «n»:

  • jejne: равно — не равно
  • jgjng: больше — не больше

Теперь пример использования этих команд:

.text
        /* вот тут пропущен код, который получает некоторое
           значение в %eax
           пусть нас интересует случай, когда %eax == 15 */

        cmpl $15, %eax                  /* сравниваем */
        jne  not_equal:                 /* если не равно -- уходим на метку not_equal */

        /* тут мы окажемся только если переход не сработал,
           а значит %eax == 15 */

not_equal:
        /* а тут мы окажемся в любом случае */

Сравните с кодом на C:

if(eax == 15)
{
  /* тут мы окажемся только если переход не сработал,
     а значит %eax == 15 */
}
/* а тут мы окажемся в любом случае */

Кроме команд условного перехода, область применения которых ясна сразу, ещё существует команда безусловного перехода. Эта команда чем-то похожа на оператор goto языка C. Синтаксис:

jmp   адрес

Эта команда передаёт управление на адрес не проверяя никаких условий. Заметьте, то адрес может быть задан в виде непосредственного значения (метки), регистра или обращения к памяти.

Произвольные циклы

Все инструкции для написания произвольных циклов я уже объяснил, поэтому сейчас я сначала приведу программу, а потом объяснение к ней. Почитайте её код и комментарии и попытайтесь разобраться, что она делает. Если сразу что-то непонятно — не страшно, сразу после исходного кода находится более подробное объяснение.

Программа: поиск максимального элемента в массиве

Рассмотрим программу для нахождения максимального элемента массива. Сначала мы заносим в регистр %eax число 0. После этого мы сравниваем каждый элемент массива с текущим максимальным значением в %eax, и если этот элемент больше, то он становится текущим максимальным. После просмотра всего массива в %eax находится наибольший элемент.

.data
printf_format:
        .string "%d\n"

array:
        .long 10, 15, 148, 12, 151, 3, 72
array_end:

.text
.globl main
main:
        movl  $0, %eax                  /* в %eax будет результат
                                           в начале максимальное значение -- 0 */
        movl  $array, %ebx              /* в %ebx адрес текущего элемента массива */

loop_start:                             /* начало цикла */
        cmpl  %eax, (%ebx)              /* сравниваем текущий элемент массива и текущее максимальное значение в %eax */
        jbe   less                      /* если текущий элемент массива меньше или равен максимальному, обходим следующий код */
        movl  (%ebx), %eax              /* а вот если элемент массива больше максимального, значит он и есть новый максимум */
less:
        addl  $4, %ebx                  /* увеличиваем %ebx на размер одного элемента массива, 4 байта */
        cmpl  $array_end, %ebx          /* сравниваем адрес текущего элемента и адрес конца массива */
        je    loop_end                  /* если они равны -- выходим из цикла */
        jmp   loop_start                /* иначе повторяем цикл снова */
loop_end:

/*
 * следующий код выводит число в %eax на экран и завершает программу
 */
        pushl %eax
        pushl $printf_format
        call  printf
        addl  $8, %esp

        movl  $0, %eax
        ret

Этот код соответствует приблизительно следующему на C:

#include <stdio.h>

int main()
{
  int array[] = { 10, 15, 148, 12, 151, 3, 72 };
  int *array_end = &array[sizeof(array) / sizeof(int)];
  int max = 0;
  int *p = array;

  do
  {
    if(*p > max)
    {
      max = *p;
    }
  } while(++p != array_end);

  printf("%d\n", max);
}

Возможно, такой способ обхода массива не очень привычен для вас. В C принято использовать переменную с номером текущего элемента, а не указатель на него. Никто не запрещает пойти этим же путём и на ассемблере:

.data
printf_format:
        .string "%d\n"

array:
        .long 10, 15, 148, 12, 151, 3, 72
array_end:

array_size:
        .long (array_end - array)/4     /* количество элементов массива */

.text
.globl main
main:
        movl  $0, %eax                  /* в %eax будет результат
                                           в начале максимальное значение -- 0 */
        movl  $0, %ecx                  /* начинаем просмотр с нулевого элемента */

loop_start:                             /* начало цикла */
        cmpl  %eax, array(,%ecx,4)      /* сравниваем текущий элемент массива и текущее максимальное значение в %eax */
        jbe   less                      /* если текущий элемент массива меньше или равен максимальному, обходим следующий код */
        movl  array(,%ecx,4), %eax      /* а вот если элемент массива больше максимального, значит он и есть новый максимум */
less:
        incl  %ecx                      /* увеличиваем на 1 номер текущего элемента */
        cmpl  array_size, %ecx          /* сравниваем номер текущего элемента и общее количество элементов */
        je    loop_end                  /* если они равны -- выходим из цикла */
        jmp   loop_start                /* иначе повторяем цикл снова */
loop_end:

/*
 * следующий код выводит число в %eax на экран и завершает программу
 */
        pushl %eax
        pushl $printf_format
        call  printf
        addl  $8, %esp

        movl $0, %eax
        ret

Рассматривая код этой программы, вы, наверное, уже поняли как создавать произвольный циклы в ассемблере, наподобие do{} while(); в C. Ещё раз повторю эту конструкцию, выкинув весь код, не относящийся к циклу:

loop_start:                             /* начало цикла */

        /* вот тут находится тело цикла */

        cmpl  ...                       /* что-то сравниваем для принятия решения о выходе из цикла */
        je    loop_end                  /* подбираем соответствующую команду условного перехода для выхода из цикла */
        jmp   loop_start                /* иначе повторяем цикл снова */
loop_end:

В C есть ещё один вид цикла, с проверкой условия перед входом в тело цикла: while(){}. Немного изменив предыдущий код, получаем следующее:

loop_start:                             /* начало цикла */
        cmpl  ...                       /* что-то сравниваем для принятия решения о выходе из цикла */
        je    loop_end                  /* подбираем соответствующую команду условного перехода для выхода из цикла */

        /* вот тут находится тело цикла */

        jmp   loop_start                /* переходим к проверке условия цикла */
loop_end:

Кто-то скажет: а ещё есть цикл for()! Но цикл

for(init; cond; incr)
{
  body;
}

эквивалентен такой конструкции:

init;
while(cond)
{
  body;
  incr;
}

Таким образом нам хватит и уже рассмотренных двух видов циклов.

Логическая арифметика

Кроме обычных арифметических вычислений, мы можем выполнять и логические, то есть побитовые.

and   источник, приёмник or источник, приёмник xor источник, приёмник not операнд test операнд_1, операнд_2

Команды and, or и xor ведут себя так же как и операторы языка C &, |, ^. Эти команды устанавливают флаги согласно результату.

Команда not инвертирует каждый бит операнда на противоположный, так же как и оператор языка C ~.

Команда test выполняет побитовое И над операндами, как и команда and, но в отличие от неё операнды не изменяет, а только устанавливает флаги. Её также называют командой логического сравнения, потому что с её помощью удобно проверять, установлены ли определённые биты. Например, так:

        testb $0b00001000, %al
        je    not_set
        /* нужные биты установлены */
not_set:
        /* биты не установлены */

Команду test можно применять для сравнения значения регистра с нулём:

        testl %eax, %eax
        je    is_zero
        /* %eax != 0 */
iz_zero:
        /* %eax == 0 */

Intel Optimization Manual рекомендует использовать test вместо cmp для сравнения регистра с нулём.

Ещё следует упомянуть об одном трюке с xor. Как вы знаете, a XOR a = 0. Пользуясь этой особенностью, xor часто применяют для обнуления регистров:

        xorl  %eax, %eax
        /* теперь %eax == 0 */

Почему применяют xor вместо mov? Команда xor короче, а значит занимает меньше места в процессорном кеше, меньше времени тратится на декодирование и программа выполняется быстрее. Но эта команда устанавливает флаги. Поэтому, если вам нужно сохранить состояние флагов, применяйте mov.

Иногда для обнуления регистра применяют команду sub. Помните, она тоже устанавливает флаги.

        subl  %eax, %eax
        /* теперь %eax == 0 */

К логическим командам также можно отнести команды сдвигов:

/* Shift arithmetic left/Shift logical left */
        sal/shl количество_сдвигов, назначение /* Shift logical right */ shr количество_сдвигов, назначение /* Shift arithmetic right */ sar количество_сдвигов, назначение

количество_сдвигов может быть задано непосредственным значением или находиться в регистре %cl. Учитываются только младшие 5 бит регистра %cl так что количество сдвигов может варьироваться в пределах от 0 до 31.

Принцип работы команды shl:

                                До сдвига:
            +---+     +----------------------------------+
            | ? |     | 10001000100010001000100010001011 |
            +---+     +----------------------------------+
           Флаг CF    Операнд

                        Сдвиг влево на 1 бит:
            +---+     +----------------------------------+
            | 1 | <-- | 00010001000100010001000100010110 | <-- 0
            +---+     +----------------------------------+
           Флаг CF    Операнд

                        Сдвиг влево на 3 бита:
   +----+   +---+     +----------------------------------+
   | 10 |   | 0 | <-- | 01000100010001000100010001011000 | <-- 000
   +----+   +---+     +----------------------------------+
  Улетели  Флаг CF    Операнд
  вникуда

Принцип работы команды shr:

                                До сдвига:
                      +----------------------------------+     +---+
                      | 10001000100010001000100010001011 |     | ? |
                      +----------------------------------+     +---+
                      Операнд                                  Флаг CF

                        Логический сдвиг вправо на 1 бит:
                      +----------------------------------+     +---+
                0 --> | 01000100010001000100010001000101 | --> | 1 |
                      +----------------------------------+     +---+
                      Операнд                                 Флаг CF

                        Логический сдвиг вправо на 3 бита:
                      +----------------------------------+     +---+  +----+
              000 --> | 00010001000100010001000100010001 | --> | 0 |  | 11 |
                      +----------------------------------+     +---+  +----+
                      Операнд                                 Флаг CF Улетели
                                                                      вникуда

Эти две команды называются командами логического сдвига потому что они работают с операндом как с массивом бит. Каждый «выдвигаемый» бит попадает в флаг cf, причём с другой стороны операнда «вдвигается» бит 0. Таким образом, в регистре cf оказывается самый последний «выдвинутый» бит. Такое поведение вполне допустимо для работы с беззнаковыми числами, но числа со знаком будут обработаны неверно из-за того, что знаковый бит может быть потерян.

Для работы с числами со знаком существуют команды арифметического сдвига. Команды shl и sal выполняют полностью идентичные действия, так как при сдвиге влево знаковый бит не теряется (расширение знакового бита влево становится новым знаковым битом). Для сдвига вправо применяется команда sar. Она «вдвигает» слева знаковый бит исходного значения, таким образом сохраняя знак числа:

                        До сдвига:
                      +----------------------------------+     +---+
                      | 10001000100010001000100010001011 |     | ? |
                      +----------------------------------+     +---+
                      Операнд                                  Флаг CF
                      старший бит равен 1 ==>
                        ==> значение отрицательное ==>
                        ==> "вдвигаем" бит 1 ---+
                                                |
                +-------------------------------+
                |
                V       Арифметический сдвиг вправо на 1 бит:
                      +----------------------------------+     +---+
                1 --> | 11000100010001000100010001000101 | --> | 1 |
                      +----------------------------------+     +---+
                      Операнд                                 Флаг CF

                        Арифметический сдвиг вправо на 3 бита:
                      +----------------------------------+     +---+  +----+
              111 --> | 11110001000100010001000100010001 | --> | 0 |  | 11 |
                      +----------------------------------+     +---+  +----+
                      Операнд                                 Флаг CF Улетели
                                                                      вникуда

Многие программисты C знают об умножении и делении на степени двойки (2, 4, 8…) при помощи сдвигов. Этот трюк отлично работает и в ассемблере, используйте его для оптимизации.

Кроме сдвигов обычных, существуют циклические сдвиги:

/* Rotate right */
        ror   количество_сдвигов, назначение /* Rotate left */ rol количество_сдвигов, назначение

Объясню на примере циклического сдвига влево на три бита: три старших («левых») бита «выдвигаются» из регистра влево и «вдвигаются» в него справа. При этом в флаг CF записывается самый последний «выдвинутый» бит.

Принцип работы команды rol:

                                До сдвига:
        +---+         +----------------------------------+
        | ? |         | 10001000100010001000100010001011 |
        +---+         +----------------------------------+
       Флаг CF        Операнд

                        Циклический сдвиг влево на 1 бит:
        +---+  1    1 +----------------------------------+
        | 1 | <--+--- | 00010001000100010001000100010111 | ---+
        +---+    |    +----------------------------------+    |
       Флаг CF   V    Операнд                                 ^
                 |                                            |
                 +------------------->--->--->----------------+
                  1

                        Циклический сдвиг влево на 3 бита:
        +---+  0  100 +----------------------------------+
        | 0 | <--+--- | 01000100010001000100010001011100 | ---+
        +---+    |    +----------------------------------+    |
       Флаг CF   V    Операнд                                 ^
                 |                                            |
                 +------------------->--->--->----------------+
                  100

Принцип работы команды ror:

                                До сдвига:
                      +----------------------------------+         +---+
                      | 10001000100010001000100010001011 |         | ? |
                      +----------------------------------+         +---+
                      Операнд                                     Флаг CF

                        Циклический сдвиг вправо на 1 бит:
                      +----------------------------------+ 1    1  +---+
                 +--- | 11000100010001000100010001000101 | ---+--> | 1 |
                 |    +----------------------------------+    |    +---+
                 ^    Операнд                                 V   Флаг CF
                 |                                            |
                 +-------------------<---<---<----------------+
                                                             1

                        Циклический сдвиг вправо на 3 бита:
                      +----------------------------------+ 011  0  +---+
                 +--- | 01110001000100010001000100010001 | ---+--> | 0 |
                 |    +----------------------------------+    |    +---+
                 ^    Операнд                                 V   Флаг CF
                 |                                            |
                 +-------------------<---<---<----------------+
                                                           011

Существует ещё один вид сдвигов: циклический сдвиг через флаг CF. Эти команды рассматривают флаг CF как продолжение операнда.

/* Rotate through carry right */
        rcr   количество_сдвигов, назначение /* Rotate through carry left */ rcl количество_сдвигов, назначение

Принцип работы команды rcl:

                                До сдвига:
           +---+      +----------------------------------+
           | X |      | 10001000100010001000100010001011 |
           +---+      +----------------------------------+
          Флаг CF     Операнд

                        Циклический сдвиг влево через CF на 1 бит:
        X  +---+      +----------------------------------+
      +-<- | 1 | <--- | 0001000100010001000100010001011X | ---+
      |    +---+      +----------------------------------+    |
      V   Флаг CF     Операнд                                 ^
      |                                                       |
      +------------------------------>--->--->----------------+

                        Циклический сдвиг влево через CF на 3 бита:
       X10 +---+      +----------------------------------+
      +-<- | 0 | <--- | 01000100010001000100010001011X10 | ---+
      |    +---+      +----------------------------------+    |
      V   Флаг CF     Операнд                                 ^
      |                                                       |
      +------------------------------>--->--->----------------+

Принцип работы команды rcr:

                                До сдвига:
                      +----------------------------------+      +---+
                      | 10001000100010001000100010001011 |      | X |
                      +----------------------------------+      +---+
                      Операнд                                  Флаг CF

                        Циклический сдвиг влево через CF на 1 бит:
                      +----------------------------------+      +---+  X
                 +--- | X1000100010001000100010001000101 | ---> | 1 | ->-+
                 |    +----------------------------------+      +---+    |
                 ^    Операнд                                  Флаг CF   V
                 |                                                       |
                 +-------------------<---<---<---------------------------+

                        Циклический сдвиг влево через CF на 3 бита:
                      +----------------------------------+      +---+ 11X
                 +--- | 11X10001000100010001000100010001 | ---> | 0 | ->-+
                 |    +----------------------------------+      +---+    |
                 ^    Операнд                                  Флаг CF   V
                 |                                                       |
                 +-------------------<---<---<---------------------------+

Эти сложные циклические сдвиги вам редко понадобятся в реальной работе. Но уже сейчас нужно знать что такие инструкции существуют, чтобы не изобретать велосипед потом. Ведь в языке C циклический сдвиг производится приблизительно так:

int main()
{
  int a = 0x11223344;
  int shift_count = 8;

  a = (a << shift_count) | (a >> (32 - shift_count));

  printf("%x\n", a);
}

Подпрограммы

Под термином подпрограмма я буду подразумевать и функции (которые возвращают значение), и процедуры (которые void proc(…)). Подпрограммы нужны для достижения одной простой цели — избежать дублирования кода. В ассемблере есть две команды для организации подпрограмм.

call  метка

Используется для вызова подпрограммы, код которой находится по адресу метка. Принцип работы:

  • Поместить в стек адрес следующей за call команды. Этот адрес называется адресом возврата.
  • Передать управление на метку

Для возврата из подпрограммы используется команда ret

ret
        ret   число

Принцип работы:

  • Извлечь из стека новое значение регистра %eip (то есть, передать управление на команду, расположенную по адресу из стека)
  • Если команде передан операнд число, то %esp увеличивается на это число. Это необходимо для того, чтобы подпрограмма могла убрать из стека свои параметры.

Существует несколько способов передачи аргументов в подпрограмму.

  • При помощи регистров. Перед вызовом подпрограммы вызывающий код помещает необходимые данные в регистры. У этого способа есть явный недостаток: число регистров ограничено, соответственно ограничено и максимальное число передаваемых параметров. Также если передать параметры почти во всех регистрах, подпрограмма будет вынуждена сохранять их в стек или память, так как ей может не хватить регистров для собственной работы. Несомненно, у этого способа есть и преимущество: доступ к регистрам очень быстрый.
  • При помощи общей области памяти. Это похоже на глобальные переменные в C. Современные рекомендации написания кода (а часто и стандарты написания кода в больших проектах) запрещают этот метод. Он не поддерживает многопоточное выполнение кода. Он использует глобальные переменные неявным образом — смотря на опредение функции типа void func(void); невозможно сказать, какие глобальные переменные она изменяет и где ожидает свои параметры. Преимущества у этого метода вряд ли есть. Не используйте его без крайней необходимости.
  • При помощи стека. Это самый популярный способ. Вызывающий код помещает аргументы в стек, а затем вызывает подпрограмму.

Рассмотрим передачу аргументов через стек подробнее. Предположим, нам нужно написать подпрограмму, принимающую три аргумента типа long (4 байта). Код:

sub:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        /* пролог закончен, можно начинать работу */

        subl  $8, %esp                          /* резервируем место для локальных переменных */


        movl  8(%ebp),  %eax                    /* что-то делаем с параметрами */
        movl  12(%ebp), %eax
        movl  16(%ebp), %eax


        /* эпилог */

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

main:
        pushl $0x00000010                       /* помещаем параметры в стек */
        pushl $0x00000020
        pushl $0x00000030
        call  sub                               /* вызываем подпрограмму */
        addl  $12, %esp

С вызовом всё ясно: помещаем аргументы в стек и даём команду call. А вот как в подпрограмме достать параметры из стека? Вспомним про регистр %ebp.

Мы сохраняем значение регистра %ebp, а затем записываем в него указатель на текущую вершину стека. Теперь у нас есть указатель на стек в известном состоянии. Сверху в стек можно помещать сколько угодно данных — но у нас останется доступ к параметрам. Часто эта последовательность команд называется «прологом» подпрограммы.

   .                      .
   .                      .
   .                      .
   +----------------------+ 0x0000F040 <-- новое значение %ebp
   | старое значение %ebp |
   +----------------------+ 0x0000F044 <-- %ebp + 4
   |    адрес возврата    |
   +----------------------+ 0x0000F048 <-- %ebp + 8
   |      0x00000030      |
   +----------------------+ 0x0000F04C <-- %ebp + 12
   |      0x00000020      |
   +----------------------+ 0x0000F050 <-- %ebp + 16
   |      0x00000010      |
   +----------------------+ 0x0000F054
   .                      .
   .                      .
   .                      .

Используя адрес в %ebp мы можем ссылаться на параметры:

 8(%ebp) = 0x00000030
12(%ebp) = 0x00000020
16(%ebp) = 0x00000010

Как видите, если идти от вершины стека в сторону аргументов, то мы будем встречать аргументы в обратном порядке по отношению к тому, как их туда поместили. Нужно сделать одно из двух: или помещать аргументы в обратном порядке (чтобы доставать их в прямом порядке), или учитывать обратный порядок аргументов в подпрограмме. В C принято при вызове помещать аргументы в обратном порядке. Так как операционная система Linux и большинство библиотек для неё написаны именно на C, я советую использовать «сишный» способ передачи аргументов и в ваших ассемблерных программах.

Подпрограмме могут понадобится собственные локальные переменные. Их принято держать в стеке. Для того, чтобы зарезервировать для них место, мы просто уменьшим регистр %esp на размер наших переменных. Предположим, что нам нужно 2 переменные типа long (4 байта), итого 2*4 = 8 байт. Мы уменьшим регистр %esp на 8. Теперь стек выглядит так:

   .                        .
   .                        .
   .                        .
   +------------------------+ 0x0000F038 <-- %ebp - 8
   | локальная переменная 2 |
   +------------------------+ 0x0000F03C <-- %ebp - 4
   | локальная переменная 1 |
   +------------------------+ 0x0000F040 <-- %ebp
   |  старое значение %ebp  |
   +------------------------+ 0x0000F044 <-- %ebp + 4
   |     адрес возврата     |
   +------------------------+ 0x0000F048 <-- %ebp + 8
   |       0x00000030       |
   +------------------------+ 0x0000F04C <-- %ebp + 12
   |       0x00000020       |
   +------------------------+ 0x0000F050 <-- %ebp + 16
   |       0x00000010       |
   +------------------------+ 0x0000F054
   .                        .
   .                        .
   .                        .

Вы не можете делать никаких предположений о содержимом локальных переменных. Никто их для вас не инициализировал нулем. Можете для себя считать, что там находятся случайные значения.

При возврате из процедуры мы восстанавливаем старое значение %ebp из стека, потому что после возврата вызывающая функция вряд ли будет рада найти в регистре %ebp неизвестно что. Для этого, необходимо, чтобы старое значение %ebp было на вершине стека. Если подпрограмма что-то поместила в стек после старого %ebp, она должна это убрать. К счастью, мы не должны считать, сколько байт мы поместили, сколько достали и сколько ещё осталось. Мы можем просто поместить значение регистра %ebp в регистр %esp, и стек станет точно таким же, как и после сохранения старого %ebp в начале подпрограммы. После этого команда ret возвращает управление вызывающему коду. Эта последовательность команд часто называется «эпилогом» подпрограммы.

Важно

Сразу после того, как вы восстановили значение %esp в эпилоге, вы должны считать, что локальные переменные уничтожены. Хотя они ещё не перезаписаны, но они несомненно будут затёрты последующими командами push. Поэтому вы не должны сохранять указатели на локальные переменные дальше эпилога своей функции.

Остаётся одна маленькая проблема: в стеке всё ещё находятся аргументы для подпрограммы. Это можно решить одним из следующих способов:

  • использовать команду ret с аргументом
  • использовать необходимое число раз команду pop и выбросить результат
  • увеличить %esp на размер всех помещенных в стек параметров

В C используется последний способ. Так как мы поместили в стек 3 значения типа long по 4 байта каждый, мы должны увеличить %esp на 12, что и делает команда addl сразу после call.

Заметьте, что не всегда обязательно выравнивать стек командой add. Если вы вызываете несколько подпрограмм подряд (но не в цикле!), то можно разрешить аргументам «накопиться» в стеке, а потом убрать их всех одной командой. Если ваша подпрограмма не содержит вызовов других подпрограмм в цикле и вы уверены, что оставшиеся аргументы в стеке не вызовут проблем переполнения стека, то аргументы можно не убирать вообще. Всё равно это сделает команда эпилога, которая восстанавливает %esp из %ebp. С другой стороны, если не уверены — лучше уберите аргументы, от 1 лишней команды программа медленнее не станет.

Строго говоря, все эти действия с %ebp не требуются. Вы можете использовать %ebp для хранения своих значений (никак не связанных со стеком), но тогда вам придётся обращаться к аргументам и локальным переменным через %esp или другие регистры, в которые вы поместите указатели. Трюк состоит в том, чтобы не изменять %esp после резервирования места для локальных переменных и аж до конца функции: так вы сможете использовать %esp на манер %ebp, как было показано выше. Не изменять %esp значит, что вы не сможете использовать push и pop (иначе все смещения переменных в стеке относительно %esp «поплывут»); вам понадобится создать необходимое число локальных переменных для хранения этих временных значений. С одной стороны, этот способ доступа к переменным немного сложнее, так как вы должны заранее просчитать, сколько места в стеке вам понадобится. С другой стороны, у вас появляется еще один свободный регистр %ebp. Так что если вы решите пойти этой дорогой, вы должны заранее продумать, сколько места для локальных переменных вам понадобится и дальше обращаться к ним через смещения относительно %esp.

И последнее: если вы хотите использовать вашу подпрограмму за пределами данного файла, не забудьте сделать её глобальной с помощью директивы .globl.

Посмотрим на код, который выводил содержимое регистра %eax на экран, вызывая функцию стандартной библиотеки C printf(3). Вы его уже видели в предыдущих программах, но там он был приведен без объяснений. Для справки привожу цитату из man:

PRINTF(3)            Linux Programmer's Manual            PRINTF(3)

NAME
       printf - formatted output conversion

SYNOPSIS
       #include <stdio.h>

       int printf(const char *format, ...);
.data
printf_format:
        .string "%d\n"

.text
        pushl %eax                      /* аргумент, подлежащий печати */
        pushl $printf_format            /* аргумент format */
        call  printf                    /* вызов printf() */
        addl  $8, %esp                  /* выровняли стек */

Обратите внимание на обратный порядок аргументов и очистку стека от аргументов.

Важно

Значения регистров глобальны, вызывающая и вызываемая подпрограмма видят одни и те же регистры. Конечно же подпрограмма может изменять значения любых пользовательских регистров, но она обязана при возврате восстановить значения регистров %ebp, %ebx, %esi, %edi и %esp. Сохранение остальных регистров перед вызовом подпрограммы — задача программиста. Даже если вы заметили, что подпрограмма не изменяет какой-то регистр, это не повод его не сохранять. Ведь неизвестно как будут обстоять дела в следующей версии подпрограммы. Вы не должны делать каких-либо предположений о состоянии регистров на момент выхода из подпрограммы. Можете считать, что они содержат случайные значения.

Также внимания требует флаг df. При вызове подпрограмм флаг должен быть равен 0. Подпрограмма при возврате также должна установить флаг в 0. Коротко: если вам вдруг нужно установить этот флаг для какой-то операции, сбросьте его сразу как только он вам уже не нужен.

До этого момента мы обходились общим термином «подпрограмма». Но если подпрограмма — функция, она должна как-то передать возвращаемое значение. Это принято делать при помощи регистра %eax. Перед началом эпилога функция должна поместить в %eax возвращаемое значение.

Программа: таблица умножения

Рассмотрим программу посложнее. Итак, программа для печати таблицы умножения. Размер таблицы умножения вводит пользователь. Нам понадобится вызвать функцию scanf(3) для ввода, printf(3) для вывода и организовать два вложенных цикла для вычислений.

.data
input_prompt:
        .string "enter size (1-255): "

scanf_format:
        .string "%d"

printf_format:
        .string "%5d "

printf_newline:
        .string "\n"

size:
        .long 0

.text
.globl main
main:
                                        /* просим пользователя ввести размер таблицы */
        pushl $input_prompt             /* format */
        call  printf                    /* вызов printf */

                                        /* читаем размер таблицы в переменную size */
        pushl $size                     /* указатель на переменную size */
        pushl $scanf_format             /* format */
        call  scanf                     /* вызов scanf */

        addl  $12, %esp                 /* выровняли стек одной командой сразу после двух функций */

        movl  $0, %eax                  /* в регистре %ax команда mulb будет выдавать результат,
                                           но печатаем мы весь %eax
                                           поэтому два старших байта %eax должны быть нулевыми */

        movl  $0, %ebx                  /* номер строки */

print_line:
        incl  %ebx                      /* увеличиваем номер строки на 1 */
        cmpl  size, %ebx
        ja    print_line_end            /* если номер строки больше запрошенного размера -- заканчиваем цикл */

        movl  $0, %ecx                  /* номер колонки */

print_num:
        incl  %ecx                      /* увеличиваем номер колонки на 1 */
        cmpl  size, %ecx
        ja    print_num_end             /* если номер колонки больше запрошенного размера -- заканчиваем цикл */

        movb  %bl, %al                  /* команда mulb ожидает второй операнд в %al */
        mulb  %cl                       /* вычисляем %ax = %cl * %al */

        pushl %ebx                      /* сохраняем используемые регистры перед вызовом printf */
        pushl %ecx

        pushl %eax                      /* что печатать */
        pushl $printf_format            /* format */
        call  printf                    /* вызов printf */
        addl  $8, %esp                  /* выровняли стек */

        popl  %ecx                      /* восстанавливаем регистры */
        popl  %ebx

        jmp   print_num                 /* переходим в начало цикла */
print_num_end:

        pushl %ebx                      /* сохраняем регистр */

        pushl $printf_newline           /* печатаем новую символ новой строки */
        call  printf
        addl  $4, %esp

        popl  %ebx                      /* восстановили регистр */

        jmp   print_line                /* в начало цикла */
print_line_end:

        movl  $0, %eax                  /* завершаем программу */
        ret

Программа: вычисление факториала

Теперь напишем рекурсивную функцию для вычисления факториала. Она основана на следующей формуле:

0! = 1

n! = n * (n-1)!

.data
printf_format:
        .string "%d\n"

.text
/* int factorial(int) */
factorial:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        /* достаём аргумент в %eax */
        movl  8(%ebp), %eax

        /* факториал 0 равен 1 */
        cmpl  $0, %eax
        jne   not_zero

        movl  $1, %eax
        jmp return
not_zero:

        /* следующие 4 строки вычисляют:
           %eax = factorial(%eax - 1) */

        decl  %eax
        pushl %eax
        call  factorial
        addl  $4, %esp

        /* достаём в %ebx аргумент и вычисляем
           %eax = %eax * %ebx */

        movl  8(%ebp), %ebx
        mull  %ebx

        /* результат в паре %edx:%eax, но старшие 32 бита мы выбрасываем,
           так как они не помещаются в int */

return:
        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

.globl main
main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        pushl $5
        call  factorial

        pushl %eax
        pushl $printf_format
        call  printf

        /* стек можно не выравнивать, это будет сделано во время эпилога */

        movl  $0, %eax                  /* завершаем программу */

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Любой программист знает, что если существует очевидное итеративное (при помощи циклов) решение задачи, то ему следует отдавать предпочтение перед рекурсивным. Итеративный алгоритм нахождения факториала даже проще, чем рекурсивный; он следует из определения факториала:

n! = 1 * 2 * … * n

Говоря проще, нужно перемножить все числа от 1 до n.

Функция на то и функция, что её можно заменить, при этом не изменяя вызывающий код. Для запуска следующего кода просто замените функцию из предыдущей программы вот этой новой версией:

factorial:
        movl  4(%esp), %ecx

        cmpl  $0, %ecx
        jne   not_zero

        movl  $1, %eax
        ret

not_zero:

        movl  $1, %eax
loop_start:
        mull  %ecx
        loop  loop_start

        ret

Что я сделал? Сначала я переписал рекурсию в виде цикла. Потом я увидел, что мне больше не нужен кадр стека, так как я не вызываю других функций и ничего не помещаю в стек. Поэтому я убрал пролог и эпилог, при этом регистр %ebp я не использую вообще. Если бы я его использовал, сначала я должен был бы сохранить его значение, и восстановить его перед возвратом.

В результате я так увлекся, что решил написать 64-битную версию этой функции. Она возвращает результат в паре %eax:%edx и может вычислить 20! = 2432902008176640000.

.data
printf_format:
        .string "%llu\n"

.text
/* long long int factorial(int) */
.type   factorial, @function
factorial:
        movl  4(%esp), %ecx

        cmpl  $0, %ecx
        jne   not_zero

        movl  $1, %eax
        ret

not_zero:

        movl  $1, %esi                  /* младшие 32 бита */
        movl  $0, %edi                  /* старшие 32 бита */
loop_start:
        movl  %esi, %eax                /* загружаем младшие биты для умножения */
        mull  %ecx                      /* %eax:%edx = младшие биты * %ecx */
        movl  %eax, %esi                /* записываем младшие биты обратно в %esi */

        movl  %edi, %eax                /* загружаем старшие биты */
        movl  %edx, %edi                /* записываем в %edi старшие биты предыдущего умножения,
                                           теперь результат умножения младших битов в %esi:%edi,
                                           а старшие биты в %eax для следующего умножения */
        mull  %ecx                      /* %eax:%edx = старшие биты * %ecx */
        addl  %eax, %edi                /* складываем полученный результат со старшими битами предыдущего умножения */

        loop  loop_start

        movl  %esi, %eax                /* результат возвращаем в паре %eax:%edx */
        movl  %edi, %edi

        ret
.size   factorial, .-factorial

.globl main
main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        pushl $20
        call  factorial

        pushl %edi
        pushl %esi
        pushl $printf_format
        call  printf

        /* стек можно не выравнивать, это будет сделано во время эпилога */

        movl  $0, %eax                  /* завершаем программу */

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Нам нужно умножить 64-битное число на 32-битное. Мы будем это делать как при умножении «в столбик»:

             %edi       %esi
        *               %ecx
        ---------------------
        %edi*%ecx  %esi*%ecx
            A           |
           /|\          |
            +--<--<--<--+
           старших 32 бита

Но произведение %esi * %ecx не поместится в 32 бита, останется ещё старших 32 бита. Их мы должны прибавить к старшим 32-м битам результата. Приблизительно так вы это делаете на бумаге в десятичной системе:

        2  5            25 * 3 = 75
      *    3
        ----
          15
      + 6
        ----
        7  5

Задание: напишите программу-считалочку. Есть числа от 0 до m, которые располагаются по кругу. Счёт начинается с элемента 0. Каждый n-й элемент удаляют. Счёт продолжается с элемента, следующего за удалённым. Напишите программу, выводящую список вычеркнутых элементов. Подсказка: используйте malloc(3) для получения m+1 байт памяти и занесите в каждый байт число 1 при помощи memset(3). Значение 1 означает, что элемент существует, значением 0 отмечайте удалённые элементы. При счете пропускайте удалённые элементы.

Системные вызовы

Программа, которая не взаимодействует с внешним миром вряд ли может сделать что-то полезное. Вывести сообщение на экран, почитать данные из файла, установить сетевое соединение — это всё примеры действий, которые программа не может совершить без помощи операционной системы. В Linux пользовательский интерфейс ядра организован через системные вызовы. Системный вызов можно рассматривать как функцию, которую для вас выполняет операционная система.

Теперь наша задача состоит в том, чтобы разобраться, как происходит системный вызов. Каждый системный вызов имеет свой номер. Все они перечислены в файле /usr/include/asm-i386/unistd.h.

Системные вызовы считывают свои параметры из регисторв. Номер системного вызова нужно поместить в регистр %eax. Параметры помещаются в остальные регистры в таком порядке:

  1. Первый — в %ebx
  2. Второй — в %ecx
  3. Третий — в %edx
  4. Четвертый — в %esi
  5. Пятый — в %edi
  6. Шестой — в %ebp

Таким образом, используя все регистры общего назначения, можно передать максимум 6 параметров. Системный вызов производится вызовом прерывания 0x80. Такой способ вызова (с передачей параметров через регистры) называется fastcall. В других системах (например, *BSD) могут применяться другие способы вызова.

Следует отметить, что не следует использовать системные вызовы везде где только можно без особой необходимости. В разных версиях ядра порядок аргументов у некоторых системных вызовов отличается и это приводит к багам, которые довольно трудно найти. Поэтому стоит использовать функции стандартной библиотеки C, ведь их сигнатуры не изменяются, что обеспечивает портабельность кода на C. Почему бы нам не воспользоваться этим и не «заложить фундамент» переносимости наших ассемблерных программ? Только если вы пишете маленький участок самого нагруженного кода и для вас недопустим overhead, вносимый вызовом стандартной библиотеки C — только тогда стоит использовать системные вызовы напрямую.

В качестве примера можете посмотреть код программы Hello world.

Структуры

Объявляя структуры в C вы не задумывались о том, как располагаются в памяти её элементы. В ассемблере понятия «структура» нет, зато есть «блок памяти», его адрес и смещение в этом блоке. Объясню на примере:

+------+------+------+------+
| 0x23 | 0x72 | 0x45 | 0x17 |
+------+------+------+------+

Пусть этот блок памяти размером 4 байта расположен по адресу 0x00010000. Это значит, что адрес байта 0x23 равен 0x00010000. Соответственно, адрес байта 0x72 равен 0x00010001. Говорят что байт 0x72 расположен по смещению 1 от начала блока памяти. Тогда байт 0x45 расположен по смещению 2, а байт 0x17 — по смещению 3. Таким образом, адрес элемента = базовый адрес + смещение.

Приблизительно так в ассемблере организована работа со структурами: к базовому адресу структуры прибавляется смещение, по которому находится нужный элемент. Теперь вопрос: как определить смещение? В C компилятор руководствуется следующими правилами:

  • Вся структура должна быть выровнена так, как выровнен её элемент с наибольшим выравниванием.
  • Каждый элемент находится по наименьшему следующему адресу с подходящим выравниванием. Если необходимо, для этого в структуру включается нужное число байт-заполнителей.
  • Размер структуры должен быть кратен её выравниванию. Если необходимо, для этого в конец структуры включается нужное число байт-заполнителей.

Примеры (внизу указано смещение элементов в байтах; заполнители обозначены XX):

struct                  Выравнивание структуры: 1, размер: 1
{                       +----+
  char c;               | c  |
};                      +----+
                         0

struct                  Выравнивание структуры: 2, размер: 4
{                       +----+----+----+----+
  char c;               | c  | XX |    s    |
  short s;              +----+----+----+----+
};                       0         2

struct                  Выравнивание структуры: 4, размер: 8
{                       +----+----+----+----+----+----+----+----+
  char c;               | с  | XX   XX   XX |         i         |
  int i;                +----+----+----+----+----+----+----+----+
};                       0                   4

struct                  Выравнивание структуры: 4, размер: 8
{                       +----+----+----+----+----+----+----+----+
  int i;                |         i         | c  | XX   XX   XX |
  char c;               +----+----+----+----+----+----+----+----+
};                       0                   4

struct                  Выравнивание структуры: 4, размер: 12
{                       +----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
  char c;               | c  | XX   XX   XX |         i         |    s    | XX   XX |
  int i;                +----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
  short s;               0                   4                   8
};

struct                  Выравнивание структуры: 4, размер: 8
{                       +----+----+----+----+----+----+----+----+
  int i;                |         i         | c  | XX |    s    |
  char c;               +----+----+----+----+----+----+----+----+
  short s;               0                   4         6
};

Обратите внимание на два последние примера: элементы структур одни и те же, только расположены в разном порядке. Но размер структур получился разный!

Программа: вывод размера файла

Напишем программу, которая выводит размер файла. Для этого потребуется вызвать функцию stat(2) и прочитать данные из структуры, которую она заполнит. man 2 stat:

STAT(2)                  Системные вызовы                  STAT(2)

ИМЯ
       stat, fstat, lstat - получить статус файла

КРАТКАЯ СВОДКА
       #include <sys/types.h>
       #include <sys/stat.h>
       #include <unistd.h>

       int stat(const char *file_name, struct stat *buf);

ОПИСАНИЕ
       stat возвращает информацию о файле, заданном с помощью file_name и заполняет буфер buf.

       Все эти функции возвращают структуру stat, которая содержит такие поля:

              struct stat {
                  dev_t         st_dev;      /* устройство */
                  ino_t         st_ino;      /* inode */
                  mode_t        st_mode;     /* режим доступа */
                  nlink_t       st_nlink;    /* количество жестких ссылок */
                  uid_t         st_uid;      /* ID пользователя-владельца */
                  gid_t         st_gid;      /* ID группы-владельца */
                  dev_t         st_rdev;     /* тип устройства */
                                             /* (если это устройство) */
                  off_t         st_size;     /* общий размер в байтах */
                  unsigned long st_blksize;  /* размер блока ввода-вывода */
                                             /* в файловой системе */
                  unsigned long st_blocks;   /* количество выделенных блоков */
                  time_t        st_atime;    /* время последнего доступа */
                  time_t        st_mtime;    /* время последней модификации */
                  time_t        st_ctime;    /* время последнего изменения */
              };

Так, теперь осталось только вычислить смещение поля st_size… Но что это за типы — dev_t, ino_t? Какого они размера? Следует заглянуть в заголовочный файл и узнать, что обозначено при помощи typedef. Я сделал так:

[user@host:~]$ cpp /usr/include/sys/types.h | less

Далее, ищу в выводе препроцессора определение dev_t, нахожу:

typedef __dev_t dev_t;

Ищу __dev_t:

__extension__ typedef __u_quad_t __dev_t;

Ищу __u_quad_t:

__extension__ typedef unsigned long long int __u_quad_t;

Значит, sizeof(dev_t) = 8.

Мы бы могли и дальше продолжать искать, но в реальности всё немного по-другому. Если вы посмотрите на определение struct stat (cpp /usr/include/sys/stat.h | less), вы увидите поля с именами __pad1, __pad2, __unused4 и другие (зависит от системы). Эти поля не используются, они нужны для совместимости, и поэтому в man они не описаны. Так что самый верный способ не ошибиться — это просто попросить компилятор C посчитать это смещение для нас (вычитаем из адреса поля адрес структуры, получаем смещение):

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
  struct stat t;
  printf("sizeof = %d, offset = %d\n",
         sizeof(t),
         ((void *) &t.st_size) - ((void *) &t));
}

На моей системе программа напечатала «sizeof = 88, offset = 44». На вашей системе это значение может отличаться по описанным причинам. Теперь у нас есть все нужные данные об этой структуре, пишем программу:

.data
str_usage:
        .string "usage: %s filename\n"

printf_format:
        .string "%u\n"

.text
.globl main
main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        subl  $88, %esp                 /* выделили 88 байт под struct stat */

        cmpl  $2, 8(%ebp)               /* argc == 2? */
        je    args_ok
                                        /* нам передали не 2 аргумента, выводим usage */
        movl  12(%ebp), %ebx            /* помещаем в %ebx адрес массива argv  */
        pushl (%ebx)                    /* argv[0] */
        pushl $str_usage
        call  printf

        movl  $1, %eax                  /* выходим с кодом 1 */
        jmp   return

args_ok:
        leal  -88(%ebp), %ebx           /* помещаем адрес структуры в регистр %ebx */
        pushl %ebx

        movl  12(%ebp), %ecx            /* помещаем в %ecx адрес массива argv */
        pushl 4(%ecx)                   /* argv[1] -- имя файла */
        call  stat

        cmpl  $0, %eax                  /* stat() возвратил 0? */
        je    stat_ok

                                        /* stat() возвратил ошибку, вызываем perror(argv[1]) */
        movl  12(%ebp), %ecx
        pushl 4(%ecx)
        call  perror

        movl  $1, %eax
        jmp   return

stat_ok:
        pushl 44(%ebx)                  /* нужное нам поле по смещению 44 */
        pushl $printf_format
        call  printf

        movl  $0, %eax                  /* выходим с кодом 0 */

return:
        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Обратите внимание на обработку ошибок: если передано не 2 аргумента — выводим usage и выходим, если stat(2) вернул ошибку — выводим сообщение об ошибке и выходим.

Наверное, могут возникнуть некоторые сложности с пониманием, как расположены argc и argv в стеке. Допустим, вы запустили программу как

[user@host:~]$ ./program test-file
   .                        .
   .                        .
   .                        .
   +------------------------+ 0x0000EFE4 <-- %ebp - 88
   |       struct stat      |
   +------------------------+ 0x0000F040 <-- %ebp
   |  старое значение %ebp  |
   +------------------------+ 0x0000F044 <-- %ebp + 4
   |     адрес возврата     |
   +------------------------+ 0x0000F048 <-- %ebp + 8
   |          argc          |
   +------------------------+ 0x0000F04C <-- %ebp + 12           +-------------+        +-------------+
   |  указатель на argv[0]  | ---------------------------------> | argv[0]     | -----> | "./program" |
   +------------------------+ 0x0000F050 <-- %ebp + 16           +-------------+        +-------------+
   .                        .                                    | argv[1]     | -\
   .                        .                                    +-------------+   \    +-------------+
   .                        .                                    | argv[2] = 0 |    \-> | "test-file" |
                                                                 +-------------+        +-------------+

Таким образом, в стек помещается два параметра: argc и указатель на первый элемент массива argv[]. Где-то в памяти расположен блок из трёх указателей: указатель на строку «./program», указатель на строку «test-file» и указатель NULL. Нам в стеке передали адрес этого блока памяти.

Программа: печать файла наоборот

Напишем программу, которая читает со стандартного ввода всё до конца файла, а потом выводит введённые строки в обратном порядке. Для этого мы во время чтения будем помещать строки в связный список, а потом пройдем этот список в обратном порядке и напечатаем строки.

Важно

Сохраните исходный код этой программы в файл с расширением .S — да, S в верхнем регистре.

.data
printf_format:
        .string "<%s>\n"

#define READ_CHUNK 128

.text

/* char *read_str(int *is_eof) */
read_str:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        pushl %ebx                      /* сохраняем регистры */
        pushl %esi

        movl  $0,   %ebx                /* прочитано байт */
        movl  $READ_CHUNK, %ecx         /* размер буфера */
        pushl %ecx
        call  malloc
        movl  %eax, %esi                /* указатель на начало буфера */
        decl  %ecx                      /* в конце должен быть нулевой байт, зарезервируем место для него */

        pushl stdin                     /* мы будем вызывать fgetc() всегда с этим аргументом */

1: /* read_start */
        call  fgetc                     /* читаем 1 символ */
        cmpl  $0xa, %eax                /* новая строка '\n'? */
        je    2f                        /* read_end */
        cmpl  $-1, %eax                 /* EOF? */
        je    4f                        /* eof_yes */
        movb  %al, (%esi,%ebx,1)        /* записываем прочитанный символ в буфер */
        incl  %ebx                      /* счётчик прочитанных байт */
        cmpl  %ecx, %ebx                /* буфер заполнен? */
        jne   1b                        /* read_start */

        addl  $READ_CHUNK, %ecx         /* увеличиваем размер буфера */
        pushl %ecx                      /* размер */
        pushl %esi                      /* указатель на буфер */
        call  realloc
        addl  $8, %esp                  /* убрали аргументы */
        movl  %eax, %esi                /* результат в %eax -- новый указатель */
        jmp   1b                        /* read_start */
2: /* read_end */

3: /* eof_no */
        movl  8(%ebp), %eax             /* *is_eof = 0 */
        movl  $0, (%eax)
        jmp   5f                        /* eof_end */
4: /* eof_yes */
        movl  8(%ebp), %eax             /* *is_eof = 1 */
        movl  $1, (%eax)
5: /* eof_end */

        movb  $0, (%esi,%ebx,1)         /* записываем в конец буфера '\0' */

        movl  %esi, %eax                /* результат в %eax */

        addl  $4, %esp                  /* убрали аргумент fgetc() */

        popl  %esi                      /* восстанавливаем регистры */
        popl  %ebx

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

/*
struct list_node
{
  struct list_node *prev;
  char *str;
};
*/

.globl main
main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        subl  $4, %esp                  /* int is_eof; */

        movl  $0, %edi                  /* в %edi будем хранить указатель на предыдущую структуру */

1: /* read_start */
        leal  -4(%ebp), %eax            /* %eax = &is_eof; */
        pushl %eax
        call  read_str
        movl  %eax, %esi                /* указатель на прочитанную строку помещаем в %esi */

        pushl $8                        /* выделяем 8 байт под структуру */
        call  malloc

        movl  %edi, (%eax)              /* указатель на предыдущую структуру */
        movl  %esi, 4(%eax)             /* указатель на строку */

        movl  %eax, %edi                /* теперь эта структура -- предыдущая */

        addl  $8, %esp                  /* убрали аргументы */

        cmpl  $0, -4(%ebp)              /* is_eof == 0? */
        jne   2f
        jmp   1b
2: /* read_end */


3: /* print_start */
                                        /* теперь мы просматриваем список в обратном порядке,
                                           так что в %edi адрес текущей структуры */
        pushl 4(%edi)                   /* указатель на строку из текущей структуры */
        pushl $printf_format
        call  printf                    /* выводим на экран */

        addl  $4, %esp                  /* убрали из стека только $printf_format */
        call  free                      /* освободили память, которую занимает строка */

        pushl %edi                      /* указатель на структуру -- для освобождения памяти */
        movl  (%edi), %edi              /* заменяем указатель в %edi на следующий */
        call  free                      /* освобождаем память, которую занимает структура */

        addl  $8, %esp                  /* убрали аргументы */

        cmpl  $0, %edi                  /* адрес новой структуры == NULL? */
        je    4f
        jmp   3b
4: /* print_end */

        movl  $0, %eax                  /* выходим с кодом 0 */

return:
        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Подсказка

Для того, чтобы послать с клавиатуры сигнал о конце файла, нажмите CtrlD.

[user@host:~]$ gcc print.S -o print [user@host:~]$ ./print
aaa
bbbb
ccccc
^D<> <ccccc> <bbbb> <aaa>

Заметьте, что мы ввели 4 строки: «aaa», «bbbb», «ccccc», «».

В этой программе я использовал некоторый новый синтаксис, но я надеюсь, что от этого программа не стала менее понятной. Во-первых, вы видите директиву препроцессора #define. Препроцессор C может быть использован для обработки исходного кода на ассемблере: нужно всего лишь использовать расширение файла с исходным кодом .S. А ещё я использовал метки-числа, причем некоторые из них повторяются в двух функциях. Почему бы не использовать текстовые метки как в предыдущих примерах? Можно, но они должны быть уникальными. Например, если бы я определил метку read_start и в функции read_str, и в main, GCC бы мне ответил:

[user@host:~]$ gcc -g print.S print.S: Assembler messages: print.S:85: Error: symbol `read_start' is already defined

Поэтому используя текстовые метки, приходится каждый раз придумывать уникальное имя. А можно использовать метки-числа, компилятор преобразует их в уникальные имена сам. Чтобы поставить метку, просто используйте любое положительное число в качестве имени. Чтобы сослаться на метку, которая определена ранее, используйте «Nb» (мнемоническое значение — backward), а чтобы сослаться на метку, которая определена дальше в коде, используйте «Nf» (мнемоническое значение — forward).

Операции с цепочками данных

При обработке данных часто приходится иметь дело с цепочками данных. Цепочка, как подсказывает название, это массив данных: несколько переменных одного размера, расположенных друг за другом в памяти. В C вы использовали массив и индексную переменную, например argv[i]. Но в ассемблере для последовательной обработки цепочек есть специализированные команды. Синтаксис:

        lods
        stos

Странно, — скажет кто-то, — откуда эти команды знают, где брать данные и куда их записывать? Ведь у них и аргументов-то нет! Вспомните про регистры %esi и %edi и про их немного странные имена: «индекс источника» (source index) и «индекс приёмника» (destination index). Так вот, все цепочечные команды подразумевают, что в регистре %esi находится указатель на следующий необработанный элемент цепочки-источника, а в регистре %edi — указатель на следующий элемент цепочки-приёмника.

Направление просмотра цепочки задаётся флагом df: 0 — просмотр вперед, 1 — просмотр назад.

Итак, команда lods загружает элемент из цепочки-источника в регистр %eax/%ax/%al (размер регистра выбирается в зависимости от суффикса команды). После этого значение регистра %esi увеличивается или уменьшается (в зависимости от направления просмотра) на значение, равное размеру элемента цепочки.

Команда stos записывает содержимое регистра %eax/%ax/%al в цепочку-приёмник. После этого значение регистра %edi увеличивается или уменьшается (в зависимости от направления просмотра) на значение, равное размеру элемента цепочки.

Вот пример программы, которая работает с цепочечными командами. Конечно же, она занимается бестолковым делом, но в противном случае она была бы гораздо сложнее. Она увеличивает каждый байт строки str_in на 1, то есть заменяет a на b, b на с и так далее.

.data
printf_format:
        .string "%s\n"

str_in:
        .string "abc123()!@!777"
        .set str_in_length, .-str_in

.bss
str_out:
        .space str_in_length

.text
.globl main
main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        movl  $str_in, %esi             /* цепочка-источник */
        movl  $str_out, %edi            /* цепочка-приёмник */

        movl  $str_in_length - 1, %ecx  /* длина строки без нулевого байта (нулевой байт не обрабатываем) */
1:
        lodsb                           /* загружаем байт из источника в %al */
        incb  %al                       /* производим какую-то операцию с %al */
        stosb                           /* сохраняем %al в приёмнике */
        loop  1b

        movsb                           /* копируем нулевой байт */

        /* важно: сейчас %edi указывает на конец цепочки-приёмника */

        pushl $str_out
        pushl $printf_format
        call  printf                    /* выводим на печать */

        movl  $0, %eax

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret
[user@host:~]$ ./stringop bcd234)*"A"888 [user@host:~]$ 

Но с цепочками мы часто выполняем довольно стандартные действия. Например, при копировании блоков памяти мы просто пересылаем байты из одной цепочки в другую, без обработки. При сравнении строк мы сравниваем элементы двух цепочек. При вычислении длины строки в C мы считаем байты до тех пор пока не встретим нулевой байт. Эти действия очень просты, но в тоже время используются очень часто, поэтому были введены следующие команды:

        movs
        cmps
        scas

Размер элементов цепочки, которые обрабатывают эти команды, зависит от использованного суффикса команды.

Команда movs выполняет копирование одного элемента из цепочки-источника в цепочку-приёмник.

Команда cmps выполняет сравнение элемента из цепочки-источника и цепочки-приёмника (фактически, как и cmp, выполняет вычитание, источникприёмник, результат никуда не записывается, но флаги устанавливаются).

Команда scas предназначена для поиска определённого элемента в цепочке. Она сравнивает содержимое регистра %eax/%ax/%al и содержимое элемента цепочки (выполняется вычитание %eax/%ax/%alэлемент_цепочки, результат не записывается, но флаги устанавливаются). Адрес цепочки должен быть помещён в регистр %edi.

После того, как эти команды выполнили своё основное действие, они увеличивают/уменьшают индексные регистры на размер элемента цепочки.

Подчеркну тот факт, что эти команды обрабатывают только один элемент цепочки. Таким образом, нужно организовать что-то вроде цикла для обработки всей цепочки. Для этих целей существуют префиксы команд:

        rep
        repe/repz
        repne/repnz

Эти префиксы ставятся перед командой, например: repe
scas
. Префикс организовывает как бы цикл из одной команды, при этом с каждым шагом цикла значение регистра %ecx автоматически уменьшается на 1.

  • rep повторяет команду пока %ecx не равен нулю.
  • repe (или repz — то же самое) повторяет команду пока %ecx не равен нулю и установлен флаг zf. Анализируя значение регистра %ecx можно установить точную причину выхода из цикла: если %ecx равен нулю — значит, zf всегда был установлен и вся цепочка пройдена до конца, если %ecx больше нуля — значит, флаг zf в какой-то момент был сброшен.
  • repne (или repnz — то же самое) повторяет команду пока %ecx не равен нулю и не установлен флаг zf.

Также следует указать команды для управления флагом df:

        cld
        std

cld (clear direction flag) сбрасывает флаг df.

std (set direction flag) устанавливает флаг df.

Пример: memcpy

Вооружившись новыми знаниями попробуем заново изобрести функцию memcpy:

.data
printf_format:
        .string "%s\n"

str_in:
        .string "abc123()!@!777"
        .set str_in_length, .-str_in

.bss
str_out:
        .space str_in_length

.text

/* void *my_memcpy(void *dest, const void *src, size_t n); */

my_memcpy:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        pushl %esi
        pushl %edi

        movl  8(%ebp), %edi             /* цепочка-назначение */
        movl  12(%ebp), %esi            /* цепочка-источник */
        movl  16(%ebp), %ecx            /* длина */

        rep movsb

        movl  8(%ebp), %eax             /* возвращаем dest */

        popl  %edi
        popl  %esi

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

.globl main
main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        pushl $str_in_length
        pushl $str_in
        pushl $str_out
        call  my_memcpy

        pushl $str_out
        pushl $printf_format
        call  printf

        movl  $0, %eax

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Вы наверное будете удивлены если я вам скажу, что эта реализация memcpy всё равно не самая быстрая? Что ещё можно сделать, спросите вы. Ведь мы можем копировать данные не по одному байту, а целых 4 байта за раз при помощи movsl. Тогда у нас получается приблизительно такой алгоритм: копируем как можно больше данных блоками по 4 байта, после этого остаётся хвостик в 0, 1, 2 или 3 байта; этот остаток можно скопировать при помощи movsb. Поэтому нашу memcpy лучше переписать вот так:

/* void *my_memcpy(void *dest, const void *src, size_t n); */

my_memcpy:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        pushl %esi
        pushl %edi

        movl  8(%ebp), %edi             /* цепочка-назначение */
        movl  12(%ebp), %esi            /* цепочка-источник */
        movl  16(%ebp), %edx            /* длина */

        movl  %edx, %ecx
        shrl  $2, %ecx                  /* делим на 2^2 = 4, теперь в %ecx количество 4-байтных кусочков */
        rep movsl

        movl  %edx, %ecx
        andl  $3, %ecx                  /* $3 == $0b11, оставляем только два младших бита,
                                           то есть остаток от деления на 4 */
        jz    1f                        /* если результат 0, обходим цепочечную команду */
        rep movsb
1:

        movl  8(%ebp), %eax             /* возвращаем dest */

        popl  %edi
        popl  %esi

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Пример: strlen

Теперь strlen: нам нужно сравнить каждый байт цепочки с 0, остановиться когда найдём 0 и возвратить количество ненулевых байт. Как счетчик мы будем использовать регистр %ecx, который автоматически изменяют все префиксы. Но префиксы уменьшают счетчик и выходят из прекращают выполнение команды когда %ecx равен 0. Поэтому перед цепочечной командой мы поместим в %ecx число 0xffffffff и этот регистр будет уменьшатся в ходе выполнения цепочечной команды. Результат у нас получится в дополнительном коде, поэтому мы используем команду not для инвертирования всех битов. И потом ещё уменьшим результат на 1 — нулевой байт.

.data
printf_format:
        .string "%u\n"

str_in:
        .string "abc123()!@!777"

.text

/* size_t my_strlen(const char *s); */

my_strlen:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        pushl %edi

        movl  8(%ebp), %edi             /* цепочка */

        movl  $0xffffffff, %ecx
        xorl  %eax, %eax                /* %eax = 0 */

        repne scasb

        notl  %ecx
        decl  %ecx

        movl  %ecx, %eax

        popl  %edi

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

.globl main
main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        pushl $str_in
        call  my_strlen

        pushl %eax
        pushl $printf_format
        call  printf

        movl  $0, %eax

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Как реализованы другие стандартные цепочечные функции можно посмотреть файле /usr/src/linux/include/asm-i386/string.h. Оттуда я взял все примеры для этого раздела.

В заключение обсуждения цепочечных команд хочу сказать следующее: не следует заново изобретать стандартные функции, как мы это только что сделали. Это всего лишь пример и объяснение как они работают. В реальных программах используйте цепочечные команды когда производите нестандартную обработку цепочек и цепочечные команды вам реально смогут помочь.

Конструкция switch

Оператор switch языка C можно переписать на ассемблере несколькими способами. Рассмотрим несколько вариантов, какие могут быть значения у case:

  • значения, из определённого маленького промежутка (все или почти все), например 23, 24, 25, 27, 29, 30
  • значения, между которыми большие «расстояния» на числовой прямой, например 5, 15, 80, 3800
  • комбинированый вариант: 35, 36, 37, 38, 39, 1200, 1600, 7000

Рассмотрим решение для первого случая. Вспомним, что команда jmp принимает адрес не только в виде непосредственного значения (метки), но как обращение к памяти. Значит, мы можем осуществлять переход на адрес, вычисленный в процессе выполнения. Теперь вопрос: как можно вычислить адрес? А нам не нужно ничего вычислять, мы просто поместим все адреса case-веток в массив. Пользуясь проверяемым значением как индексом массива, выбираем нужный адрес case-ветки. Таким образом, процессор всё вычислит за нас. Посмотрите на следующий код:

.data
printf_format:
        .string "%u\n"

.text
.globl main

main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        movl  $1, %eax                  /* получаем в %eax некоторое интересующее нас значение */

                                        /* мы предусмотрели случаи только для 0, 1, 3, поэтому */
        cmpl  $3, %eax                  /* если %eax больше 3 (как беззнаковое), */
        ja    case_default              /* то переходим к default */

        jmp   *jump_table(,%eax,4)      /* переходим по адресу, содержащемуся в памяти jump_table + %eax*4 */

.section .rodata
        .p2align 4
jump_table:                             /* массив адресов                                */
        .long case_0                    /* адрес этого элемента массива: jump_table + 0  */
        .long case_1                    /*                               jump_table + 4  */
        .long case_default              /*                               jump_table + 8  */
        .long case_3                    /*                               jump_table + 12 */
.text

case_0:
        movl $5, %ecx                   /* тело case-блока */
        jmp switch_end                  /* как break, переходим в конец switch */

case_1:
        movl $15, %ecx
        jmp switch_end

case_3:
        movl $35, %ecx
        jmp switch_end

case_default:
        movl $100, %ecx

switch_end:

        pushl %ecx                      /* выводим %ecx на экран, выходим */
        pushl $printf_format
        call  printf

        movl  $0, %eax

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Этот код эквивалентен следующему коду на C:

#include <stdio.h>

int main()
{
  unsigned int a, c;

  a = 1;
  switch(a)
  {
    case 0:
      c = 5;
      break;

    case 1:
      c = 15;
      break;

    case 3:
      c = 35;
      break;

    default:
      c = 100;
      break;
  }

  printf("%u\n", c);
}

Смотрите: в секции .rodata (данные только для чтения) создаётся массив из 4 значений. Мы обращаемся к нему как к обычному массиву, индексируя его по %eax: jump_table(,%eax,4). Но зачем перед этим стоит звёздочка? Она обозначает, что мы хотим перейти по адресу, содержащемуся в памяти по адресу jump_table(,%eax,4). (Если бы её не было — мы бы начали исполнять данные как код.)

Заметьте, что тут нам понадобились значения 0, 1, 3, которые укладываются в маленький промежуток [0; 3]. Так как для значения 2 не предусмотрено особой обработки, в массиве адресов jump_table индексу 2 соответствует case_default. Перед тем, как сделать jmp, нужно обязательно проверить, что проверяемое значение входит в наш промежуток, и если не входит — то перейти на default. Если вы этого не сделаете, то когда попадётся значение за пределами массива, программа в лучшем случае получит Segmentation fault, а в худшем (если рядом с этим масивом вдресов в памяти окажется еще один массив адресов) — код продолжит исполнение вообще непонятно где.

Теперь рассмотрим случай, когда значения для веток case находятся на большом расстоянии друг от друга. Очевидно, что способ с массивом сдресов не подходит, иначе массив бы занимал большое количество памяти и содержал в основном адреса ветки default. В этом случае лучшее, что может сделать программист — это выразить switch как последовательное сравнение со всеми перечисленными значениями. Если значений довольно много, то придётся применить немного логики: приблизительно прикинуть, какие ветки будут исполняться чаще всего, и отсортировать их в таком порядке в коде. Это нужно для того, чтобы наиболее часто исполняемые ветки испольнялись после маленького числа сравнений. Допустим, у нас есть варианты 5, 38, 70 и 1400, причём 70 будет появляться чаще всего:

.data
printf_format:
        .string "%u\n"

.text
.globl main

main:
        pushl %ebp
        movl  %esp, %ebp

        movl  $70, %eax                 /* получаем в %eax некоторое интересующее нас значение */

        cmpl  $70, %eax
        je    case_70

        cmpl  $5, %eax
        je    case_5

        cmpl  $38, %eax
        je    case_38

        cmpl  $1400, %eax
        je    case_1400

case_default:
        movl  $100, %ecx
        jmp   switch_end

case_5:
        movl  $5, %ecx
        jmp   switch_end

case_38:
        movl  $15, %ecx
        jmp   switch_end

case_70:
        movl  $25, %ecx
        jmp   switch_end

case_1400:
        movl  $35, %ecx

switch_end:

        pushl %ecx

        pushl $printf_format
        call  printf

        movl  $0, %eax

        movl  %ebp, %esp
        popl  %ebp
        ret

Единственное, на что хочется обратить внимание — это расположение ветки default: если все сравнения оказались ложными, то код default выполняется «автоматически».

Наконец, третий, комбинированый, вариант. Путь варианты 35, 36, 37, 39, 1200, 1600 и 7000. Тогда мы видим промежуток [35; 39] и ещё три числа. Тогда код будет выглядеть приблизительно так:

        movl  $1, %eax                  /* получаем в %eax некоторое интересующее нас значение */

        cmpl  $35, %eax
        jb    case_default

        cmpl  $39, %eax
        ja    switch_compare

        jmp   *jump_table-35(,%eax,4)

.section .rodata
        .p2align 4
jump_table:
        .long case_35
        .long case_36
        .long case_37
        .long case_default
        .long case_39
.text

switch_compare:
        cmpl  $1200, %eax
        jmp   case_1200

        cmpl  $1600, %eax
        jmp   case_1600

        cmpl  $7000, %eax
        jmp   case_7000

case_default:
        /* ... */
        jmp   switch_end

case_35:
        /* ... */
        jmp   switch_end

        ... ещё код ...
switch_end:

Снова-таки, имеет смысл переставить некоторые части этого кода, если вы заранее знаете, какие значения вам придётся обрабатывать чаще всего.

Пример: интерпретатор языка brainfuck

brainfuck (далее сокращённо bf) — это эзотерический язык программирования, то есть, язык, предназначенный не для практического применения, а придуманный как головоломка, как задача, которая заставляет программиста думать нестандартно. Команды bf управляют массивом целых чисел с неограниченным набором ячеек, есть понятие текущей ячейки.

  • Команды < и > дают возможность перемещаться по массиву на одну ячейку влево и, соответственно, вправо.
  • Команды + и — увеличивают и соответственно, уменьшают, содержимое текущей ячейки на 1.
  • Команда . выводит содержимое текущей ячейки на экран как один символ; команда , читает один символ и помещает его в текущкю ячейку.
  • Команды циклов [ и ] должны всегда находиться в парах и соблюдать правила вложенности (как скобки в математических выражениях). Команда [ сравнивает значение текущей ячейки с 0: если оно равно 0, то выполняется команда, следующая за соответствующей ], если не 0, то просто выполняется следующая команда. Команда ] передаёт управление на соответствующую ].
  • Остальные символы в коде программы являются коментариями и их следует пропускать.

В начальном состоянии все ячейки содержат значение 0, а текущей является крайняя левая ячейка.

Вот несколько программ с объяснениями:

+>+>+           Устанавливает первые три ячейки в 1
[-]             Обнулаяет текущкю ячейку
[>>>+<<<-]      Перемещает значение текущей ячейки в ячейку, расположеную "тремя шагами правее"

Интерпретация программы состоит из двух шагов: загрузка программы и собственно исполнение. Во время загрузки следует проверить корректность программы (соответствие []) и расположить код программы в памяти в удобном для выполнения виде. Для этого каждой команде присвоен номер операции, начиная с 0 — для того, чтобы можно было выполнять операции при помощи помощи перехода по массиву адресов, как в switch.

Большинство программ на bf содержат последовательности одинаковых команд < > + -, которые можно выполнять не по одной, а все сразу. Например, выполняя код +++++ можно выполнить пять раз увеличение на 1, или один раз увеличение на 5. Таким образом, довольно простыми средствами можно сильно оптимизировать выполнение программы.

Вот программы, которые вызовут ошибки загрузки программы:

[       No matching ']' found for a '['
]       No matching '[' found for a ']'

А эти программы вызовут ошибки выполнения:

<       Memory underflow
+[>+]   Memory overflow

Булевые выражения

Рассмотрим такой код на языке C:

if(((a > 5) && (b < 10)) || (c == 0))
{
  do_something();
}

В принципе, булевое выражение можно вычислять как обычное арифметическое, то есть, по такой схеме:

  • a > 5
  • b < 10
  • (a > 5) && (b < 10)
  • b == 0
  • ((a > 5) && (b < 10)) || (c == 0)

Такой способ вычисления называется полным. Можем ли мы вычислить значение этого выражения быстрее? Смотрите, если c == 0, то всё выражение будет иметь значение true в любом случае, независимо от a и b. А вот если c
!= 0
, то приходится поверять значения a и b. Таким образом, наш код (фактически) превращается в такой:

if(c == 0)
{
  goto do_it;
}
if((a > 5) && (b < 10))
{
  goto do_it;
}
goto dont_do_it;

do_it:
  do_something();

dont_do_it:

В принципе, можно пойти дальше: если a <= 5, нас не интересует сравнение b < 10: всё равно выражение равно false.

if(c == 0)
{
  goto do_it;
}
if(a > 5)
{
  if(b < 10)
  {
    goto do_it;
  }
}
goto dont_do_it;

do_it:
  do_something();

dont_do_it:

Такой способ вычисления выражений называется сокращённым или «ленивым» (от англ. lazy evaluation), потому что позволяет вычислить выражение, не проверяя всех входящих в него подвыражений. Можно вывести такие формальные правила:

  • Если у оператора OR хотя бы один операнд имеет значение true, всё выражение имеет значение true
  • Если у оператора AND хотя бы один операнд имеет значение false, всё выражение иммет значение false

В принципе, ленивое вычисление булевых выражений помогает написать более быстрый (а часто и более простой) код. С другой стороны, возникают проблемы, если одно из подвыражений при вычислении вызывает сторониие эффекты (англ. side effetcs), например вызов функции:

if(foo() || (c == 0))
{
  do_something();
}

Если мы используем ленивое вычисление и оказывается, что c ==
0
, то функция foo() вызвана не будет, потому что от её разельтата значение выражения уже не зависит. Хорошо это или плохо зависит от конкретной ситуации, но без сомнения, способ выполнения такого кода становится неочевидным.

Теперь переёдем к тому, как это реализовывается на ассемблере. Начнём с полного вычисления:

        cmpl  $5, a
        /* так, а что дальше? */

Действительно, нам нужно сохранить результат сравнения в переменную. Из команд, анализирующих флаги мы знаем только семейство jcc, но они нам не подходят. Кроме jcc существует семейство setcc. Они проверяют состояние флагов точно так же, как и jcc. На основе флагов операнд устанавливается в 1, если проверяемое условие cc истинно, и в 1 если усливие ложно.

setcc операнд

Требуется заметить, что команды setcc работают только с операндами (регистры и память) размером один байт.

Тогда полное вычисление будет выглядеть так:

        cmpl  $5, a
        seta  %al
        cmpl  $10, b
        setb  %bl
        andb  %bl, %al
        cmpl  $0, c
        sete  %bl
        orb   %bl, %al
        jz    is_false
is_true:
        ...
is_false:
        ...

Обратите внимание, что команда or устанавливает флаги и нам не нужно отдельно сравнивать %al с нулём.


Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual, 4.1 Instructions (N-Z), PUSH

Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual, 3.5.1.3 Using LEA

 Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual, 3.5.1.7 Compares

Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual, 3.5.1.6 Clearing Registers and Dependency Breaking Idioms

Глава 5. Отладчик GDB

Содержание

Целью отладки программы является удаление багов из программы. Для этого вам скорее всего понадобится исследовать состояние переменных во время выполнения, а также и сам процесс выполнения (какие условия сработали и т. д.). Тут отладчик — наш первый помощник. Конечно же, в C достаточно много возможностей отладки без непосредственной остановки программы: от простого printf(3) до специальных систем ведения логов по сети и syslog. В ассемблере такие методы тоже применимы, но вы можете захотеть посмотреть состояния регисторв, дамп оперативной памяти и другие вещи, которые гораздо удобнее сделать в интерактивном отладчике. В общем, если вы пишете на ассемблере, то без отладчика вы вряд ли обойдётесь.

Вы можете начать отладку с определиня точки останова (breakpoint), если вы уже приблизительно знаете, какой участок кода хотите исследовать. Этот способ используется больше всего: ставим точку останова, запускам программу и проходим её выполнение по шагам, попутно исследуя необходимые переменные и регистры. Вы также можете просто запустить прогорамму под отладчиком и поймать момент, когда она вылетает с Segmentation fault — так можно узнать, какая инструкция пытается получить доступ к памяти, рассмотреть по-подробнее, что это за переменная и т. д. Теперь можно исследовать этот код ещё раз, пройти его по шагам, поставив точку останова чуть раньше момента сбоя.

Начнём с простого. Возьмём программу hello world и скомпилируем её с отладочной информацией при помощи ключа -g:

[user@host:~]$ gcc -g hello.s -o hello [user@host:~]$ 

Запускаем gdb:

[user@host:~]$ gdb ./hello GNU gdb 6.4.90-debian Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc. GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. Type "show copying" to see the conditions. There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details. This GDB was configured as "i486-linux-gnu"...Using host libthread_db library "/lib/tls/libthread_db.so.1". (gdb) 

GDB запустился, загрузил вашу программу, вывел на экран приглашение (gdb)  и ждёт команд. Мы хотим пройти программу «по шагам» (single-step mode). Для этого мы должны указать команду, на которой программа должна остановиться. Можно указать подпрограмму — тогда остановка будет перед началом исполнения инструкций этой подпрограммы. Ещё можно указать имя файла и номер строки.

(gdb) b main Breakpoint 1 at 0x8048324: file hello.s, line 17. (gdb) 

b — сокращение от break. Все команды в GDB можно сокращать, если это не создаёт двусмысленных расшифровок. Запускам программу командой run. Эта же команда используется для перезапуска сначала уже запущенной программы.

(gdb) r Starting program: /tmp/hello Breakpoint 1, main () at hello.s:17 17 movl $4, %eax /* помещаем номер системного вызова write = 4 Current language: auto; currently asm (gdb) 

GDB остановил программу и ждёт команд. Вы видите команду вашей программы, которая будет выполнена следующей, имя функции, которая сейчас исполняется, имя файла и номер строки. Для пошагового исполнения у нас есть две команды: step (сокращённо s) и next (сокращённо n). Команда step производит выполнение программы с заходом в подпрограммы. Конмада next выполняет пошагово только инструкции текущей подпрограммы.

(gdb) n 20 movl $1, %ebx /* первый параметр -- в регистр %ebx (gdb) 

Итак, инструкция на строке 17 выполнена, мы ожидаем, что в регистре %eax находится число 4. Для вывода на экран различных выражений используется команда print (сокращённо p). В отличие от команд ассемблера, GDB в записи регистров использует знак $ вместо %. Посмотрим, что в регистре %eax:

(gdb) p $eax $1 = 4 (gdb) 

Действительно 4! 🙂 GDB нумерует все выведенные выражения. Сейчас мы видим первое выражение ($1), которое равно 4. Теперь к этому выражению можно обращаться по имени. Также можно производить простые вычисления:

(gdb) p $1 $2 = 4 (gdb) p $1 + 10 $3 = 14 (gdb) p 0x10 + 0x1f $4 = 47 (gdb) 

Пока мы игрались с командой print, мы уже забыли, какая инструкция исполняется следующей. Команда info line выводит информацию об указанной строке кода. Без аргументов выводит информацию о текущей строке кода.

(gdb) info line Line 20 of "hello.s" starts at address 0x8048329 <main+5> and ends at 0x804832e <main+10>. (gdb) 

Команда list (сокращённо l) выводит на экран исходный код вашей программы. В качестве аргументов ей можно передать:

  • номер_строки — номер строки в текущем файле
  • файл:номер_строки — номер строки в указаном файле
  • имя_функции — имя функции, если нет неоднозначности
  • файл:имя_функции — имя функции в указаном файле
  • *адрес — адрес в памяти, по которому расположена необходимая инструкция

Если передавать один аргумент, то команда list выведет 10 строк исходного кода вокруг этого места. Передавая два аргумента вы указываете строку начала и строку конца листинга.

(gdb) l main 12 за пределами этого файла */ 13 .type main, @function /* main -- функция (а не данные) */ 14 15 16 main: 17 movl $4, %eax /* помещаем номер системного вызова write = 4 18 в регистр %eax */ 19 20 movl $1, %ebx /* первый параметр -- в регистр %ebx 21 номер файлового дескриптора stdout = 1 */ (gdb) l *$eip 0x8048329 is at hello.s:20. 15 16 main: 17 movl $4, %eax /* помещаем номер системного вызова write = 4 18 в регистр %eax */ 19 20 movl $1, %ebx /* первый параметр -- в регистр %ebx 21 номер файлового дескриптора stdout = 1 */ 22 23 movl $hello_str, %ecx /* второй параметр -- в регистр %ecx 24 указатель на строку */ (gdb) l 20, 25 20 movl $1, %ebx /* первый параметр -- в регистр %ebx 21 номер файлового дескриптора stdout = 1 */ 22 23 movl $hello_str, %ecx /* второй параметр -- в регистр %ecx 24 указатель на строку */ 25 (gdb) 

Запомните эту команду: list *$eip. С её помощью вы всегда можете просмотреть исходный код вокруг инструкции, которая сейчас выполняется. Выполняем нашу программу дальше:

(gdb) n 23 movl $hello_str, %ecx /* второй параметр -- в регистр %ecx (gdb) n 26 movl $hello_str_length, %edx /* третий параметр -- в регистр %edx (gdb) 

Не правда ли, утомительно каждый раз нажимать n? Если просто нажать Enter, GDB повторит последнюю команду:

(gdb)  29 int $0x80 /* вызываем прерывание 0x80 */ (gdb)  Hello, world! 31 movl $1, %eax /* номер системного вызова exit = 1 */ (gdb) 

Ещё одна удобная команда, о которой стоит знать — это info registers. Конечно же, её можно сократить до i r. Ей можно передать параметр — список регистров, которые необходимо напечатать. Например, находясь в защищённом режиме, нам вряд ли будут интересны значения сегментных регистров.

(gdb) info registers eax 0xe 14 ecx 0x804955c 134518108 edx 0xe 14 ebx 0x1 1 esp 0xbfabb55c 0xbfabb55c ebp 0xbfabb5a8 0xbfabb5a8 esi 0x0 0 edi 0xb7f6bcc0 -1208566592 eip 0x804833a 0x804833a <main+22> eflags 0x246 [ PF ZF IF ] cs 0x73 115 ss 0x7b 123 ds 0x7b 123 es 0x7b 123 fs 0x0 0 gs 0x33 51 (gdb) info registers eax ecx edx ebx esp ebp esi edi eip eflags eax 0xe 14 ecx 0x804955c 134518108 edx 0xe 14 ebx 0x1 1 esp 0xbfabb55c 0xbfabb55c ebp 0xbfabb5a8 0xbfabb5a8 esi 0x0 0 edi 0xb7f6bcc0 -1208566592 eip 0x804833a 0x804833a <main+22> eflags 0x246 [ PF ZF IF ] (gdb) 

Так, а кроме регистров у нас ещё ведь есть память, и частный случай памяти — стек. Как их посмотреть? Команда x/формат адрес отображает содержимое памяти, расположенной по адресу в заданном формате. Формат это (в таком порядке) количество элементов, буква формата, и размер элемента. Буквы формата: o(octal), x(hex), d(decimal), u(unsigned decimal), t(binary), f(float), a(address), i(instruction), c(char) and s(string). Размер: b(byte), h(halfword), w(word), g(giant, 8 bytes). Например, напечатаем 14 символов строки hello_str:

(gdb) x/14c &hello_str 0x804955c <hello_str>: 72 'H' 101 'e' 108 'l' 108 'l' 111 'o' 44 ',' 32 ' ' 119 'w' 0x8049564 <hello_str+8>: 111 'o' 114 'r' 108 'l' 100 'd' 33 '!' 10 '\n' (gdb) 

То же самое, только в шестнадцатеричном виде:

(gdb) x/14xb &hello_str 0x804955c <hello_str>: 0x48 0x65 0x6c 0x6c 0x6f 0x2c 0x20 0x77 0x8049564 <hello_str+8>: 0x6f 0x72 0x6c 0x64 0x21 0x0a (gdb) 

Напечатаем 8 верхних слов (4 байта) из стека (для «погружения в стек» читаем слева направо и сверху вниз):

(gdb) x/8xw $esp 0xbfd8902c: 0xb7e14ea8 0x00000001 0xbfd890a4 0xbfd890ac 0xbfd8903c: 0x00000000 0xb7f2dff4 0x00000000 0xb7f53cc0 (gdb) 

Было бы хорошо, если бы GDB отображал значение какого-то выражения автоматически. Это делает команда display/формат выражение. Если в формате будет указан размер, то принцип действия аналогичен x. Если размер не указан, то команда ведёт себя как print.

(gdb) display/4xw $esp 1: x/4xw $esp 0xbf8fdb9c: 0xb7e4dea8 0x00000001 0xbf8fdc14 0xbf8fdc1c (gdb) display/x $eax 2: /x $eax = 0xe (gdb) n 32 movl $0, %ebx /* передаём 0 как значение параметра */ 2: /x $eax = 0x1 1: x/4xw $esp 0xbf8fdb9c: 0xb7e4dea8 0x00000001 0xbf8fdc14 0xbf8fdc1c (gdb) 
frame

si, ni

display/i $eip
display/12i $eip-7

(gdb) define ir
Type commands for definition of "ir".
End with a line saying just "end".
>info registers
>end

(gdb) define test
Redefine command "test"? (y or n) y
Type commands for definition of "test".
End with a line saying just "end".
>x/x $esp
>x/x $esp+4
>x/x $esp+8
>end
(gdb) test
0xbfeba95c:     0xb7e8aea8
0xbfeba960:     0x00000001
0xbfeba964:     0xbfeba9d4

Глава 6. Ссылки

Содержание

Книги и спецификации:

  • //www.intel.com/products/processor/manuals/
  • //download.savannah.gnu.org/releases/pgubook/
  • //www.drpaulcarter.com/pcasm/

Программы:

  • //ald.sourceforge.net/

Tutorials and FAQs:

  • //la.kmv.ru/intro/Assembly-Intro.html
  • //web.cecs.pdx.edu/~bjorn/CS200/linux_tutorial/
  • //docs.cs.up.ac.za/programming/asm/derick_tut/
  • //www.unknownroad.com/rtfm/gdbtut/
  • //asm.sourceforge.net/resources.html
  • //en.wikibooks.org/wiki/X86_Assembly
  • //en.wikipedia.org/wiki/X86

А также:

  • info gas
  • info gdb

Электропочта автора — gribozavr☭gmail.com

[C] Dmitri Gribenko

 

Источник WASM.RU /06.06.2008/

Поделиться в соц сетях

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Есть идеи, замечания, предложения? Воспользуйтесь формой Обратная связь или отправьте сообщение по адресу replay@sciencestory.ru
© 2017 Истории науки. Информация на сайте опубликована в ознакомительных целях может иметь ограничение 18+