Rax assembler что это

Уроки FASM. Регистры. Window x32

Что это такое и зачем нужны?

Это самая быстрая память в ПК по сравнению с ОЗУ. Но при этом размер регистров намного меньше чем ОЗУ, по этой причине используют ОЗУ.

Регистр RAX это дополнение EAX, EAX это дополнение AX, AX это объединение 2 регистров AH и AL.

wikipedia

OllyDbg

Ollydbg

Зачем так много разновидностей 1 регистра?

Для поддержке более старых версий процессоров x86 (обратная совместимость, например: на 64 битном ЦП запустить 32 битную программу)

Какие бывают регистры?

Их очень много и каждый под свои задачи, но есть регистры общего доступа, с которыми мы будем работать.

Это 32 битные регистры (16, 8):

ESI (SI, это 16 битный регистр, меньше нет)

EDI (DI, это 16 битный регистр, меньше нет)

Как работать с регистрами?

В них можно хранить любую информацию: числа со знаком (int), числа без знака (unsigned int), числа с плавающей запятой (float, в x64 можно хранить double в регистре), адрес, символы (не превышая размер регистра), и другую информацию.

Попробуем записать значение в регистры:

Что за регистр FLAGS?

Это регистр состояния ЦП, он нужен для проверки и сравнению чисел, проверки регистров.

Источник

Обьясните кто то про регистры в Ассемблере?

Мне выбивает «Ошибка сегментирования».
Как вы поняли регистры? Я вот например из-за ошибки сегментирования не могу понять как её исправить, потому что я не знаю как работают регистры и что они значат.
Изначально код был правильный, но я поменял там имена регистров что бы потренироваться.
Вообщем очень туго мне с ассемблером, пожалуйста, обьясните что это и как это работает и где это выучить что бы мне было понятно зачем я пишу эти регистры и что в них помещать.

Средний 2 комментария

Откуда 32-битный вызов на x64 — дайте пруфлинк, может, в вашем линуксе так и есть.

Регистры — это маленькие и очень быстрые ячейки памяти, встроенные в процессор. Их ограниченное количество, и у них конкретные чётко зафиксированные названия.

Часто для работы с данными малых разрядностей и совместимости с ранним кодом процессор даёт доступ и к половинкам регистров. Так, нижняя половина регистра rax — eax, нижняя четверть — ax, половины ax (соответственно восьмушки rax) называются al и ah. Сами понимаете: когда процессор был 16 бит, регистр назывался ax = al + ah. Сделали 32 бита — стал eax. Сделали 64 бита — стал rax.

Для вызова системных функций Linux используется такое соглашение вызова. Все функции висят на прерывании 0x80, rax — название функции, остальные параметры рассовываются по регистрам.

Насчёт int, char, double. Знаковость (signed/unsigned) определяется инструкциями ассемблера (например, ja = jump if above для unsigned, jg = jump if greater для signed). Длина — задействованным куском регистра (rax = long long, eax = int/long, ax = short, al = char). С дробными числами работает отдельный блок процессора, т.н. сопроцессор, со своими регистрами (в первых x86 он был отдельной микросхемой, существовавшей не во всех компьютерах, отсюда название).

Источник

Регистр RAX: что значит R

В 32-х битной системе был регистр EAX (extended AX)
Теперь в 64-х битной RAX
Вопрос что значит R (Как расшифровываеться )

Добавлено через 1 час 55 минут
Неужеле никто незнает?

eax обнуляет rax
всегда ли манипуляции с 32 битной частью регистра обнуляют старшую половину 64 регистра? это.

Почему не работает mov RAX,RBX??
Вопрос по ассамблеру.(FAsm 1.68 последней версии) только что скачал с официального сайта.При.

Решение

С чувством юмора у инженеров Интела напряг

Я вот был нашол такое.
В 64-разрядных процессорах используется свой регистр-указатель инструкций — RIP.

Младшей частью этого регистра является регистр EIP.

На основе RIP в 64-разрядных процессорах введён новый метод адресации RIP-relative. В остальном работа RIP аналогична работе регистра EIP.
Может и в RAX тоже relative?

Что значит Handle hf? Что в эту функцию нужно передавать
мне нужно создать функцию Node * ReadNode(HANDLE hf); (Node это структура) Так вот вопрос в том.

6 cores are activated что это значит и что с этим делать?
Доброго времени суток уважаемые форумчане. Возникла вот такая незадача с компом. Пишет 6 cores are.

Источник

Разбираемся в С, изучая ассемблер

В прошлый раз Аллан О’Доннелл рассказывал о том, как изучать С используя GDB. Сегодня же я хочу показать, как использование GDB может помочь в понимании ассемблера.

Уровни абстракции — отличные инструменты для создания вещей, но иногда они могут стать преградой на пути обучения. Цель этого поста — убедить вас, что для твердого понимания C нужно также хорошо понимать ассемблерный код, который генерирует компилятор. Я сделаю это на примере дизассемблирования и разбора простой программы на С с помощью GDB, а затем мы используем GDB и приобретенные знания ассемблера для изучения того, как устроены статические локальные переменные в С.

Примечание автора: Весь код из этой статьи был скомпилирован на процессоре x86_64 под Mac OS X 10.8.1 с использованием Clang 4.0 с отключенной оптимизацией (-O0).

Изучаем ассемблер с помощью GDB

Давайте начнем с дизассемблирования программы с помощью GDB и научимся читать выходные данные. Наберите следующий текст программы и сохраните его в файле simple.c:

Теперь скомпилируйте его в отладочном режиме и с отключенной оптимизацией и запустите GDB.

Поставьте точку останова на функции main и продолжайте выполнение до тех пор, пока не дойдете до оператора return. Введите число 2 после оператора next, чтобы указать, что мы хотим выполнить его дважды:

Теперь используйте команду disassemble, чтобы вывести ассемблерные инструкции текущей функции. Также можно передавать команде disassemble имя функции, чтобы указать другую функцию для исследования.

По умолчанию команда disassemble выводит инструкции в синтаксисе AT&T, который совпадает с синтаксисом, используемым ассемблером GNU. Синтаксис AT&T имеет формат: mnemonic source, destination. Где mnemonic — это понятные человеку имена инструкций. А source и destination являются операндами, которые могут быть непосредственными значениями, регистрами, адресами памяти или метками. В свою очередь, непосредственные значения — это константы, они имеют префикс $. Например, $0x5 соответствует числу 5 в шестнадцатеричном представлении. Имена регистров записываются с префиксом %.

Регистры

На изучение регистров стоит потратить некоторое время. Регистры — это места хранения данных, которые находятся непосредственно на центральном процессоре. С некоторыми исключениями, размер или ширина регистров процессора определяет его архитектуру. Поэтому, если у вас есть 64-битный CPU, то его регистры будут иметь ширину в 64 бита. То же самое касается и 32-битных и 16-битных процессоров и т. д. Скорость доступа к регистрам очень высокая и именно из-за этого в них часто хранятся операнды арифметических и логических операций.

Семейство процессоров с архитектурой x86 имеет ряд специальных регистров и регистров общего назначения. Регистры общего назначения могут быть использованы для любых операций, и данные, хранящиеся в них, не имеют особого значения для процессора. С другой стороны, процессор в своей работе опирается на специальные регистры, и данные, которые хранятся в них, имеют определенное значение в зависимости от конкретного регистра. В нашем примере %eax и %ecx — регистры общего назначения, в то время как %rbp и %rsp — специальные регистры. Регистр %rbp — это указатель базы, который указывает на базу текущего стекового фрейма, а %rsp — указатель стека, который указывает на вершину текущего стекового фрейма. Регистр %rbp всегда имеет большее значение нежели %rsp, потому что стек всегда начинается со старшего адреса памяти и растет в сторону младших адресов. Если Вы не знакомы с понятием “стек вызовов”, то можете найти хорошее объяснение на Википедии.

Особенность процессоров семейства x86 в том, что они сохраняют полную совместимость с 16-битными процессорами 8086. В процессе перехода x86 архитектуры от 16-битной к 32-битной и в конце-концов к 64-битной, регистры были расширены и получили новые имена, чтобы сохранить совместимость с кодом, который был написан для более ранних процессоров.

Возьмем регистр общего назначения AX, который имеет ширину в 16 бит. Доступ к его старшему байту осуществляется по имени AH, а к младшему — по имени AL. Когда появился 32-битный 80386, расширенный (Extended) AX или EAX стал 32-битным регистром, в то время как AX остался 16-битным и стал младшей половиной регистра EAX. Аналогичным образом, когда появилась x86_64, то был использован префикс “R” и EAX стал младшей половиной 64-битного регистра RAX. Ниже приведена диаграмма, основанная на статье из Википедии, чтобы проиллюстрировать вышеописанные связи:

Назад к коду

Этого уже должно быть достаточно, чтобы перейти к разбору нашей дизассемблированой программы:

Первые две инструкции называются прологом функции или преамбулой. Первым делом записываем старый указатель базы в стек, чтобы сохранить его на будущее. Потом копируем значение указателя стека в указатель базы. После этого %rbp указывает на базовый сегмент стекового фрейма функции main.

Эта инструкция копирует 0 в %eax. Соглашение о вызовах архитектуры x86 гласит, что возвращаемые функцией значения хранятся в регистре %eax, поэтому вышеуказанная инструкция предписывает нам вернуть 0 в конце нашей функции.

Вы также можете заметить, что mnemonic имеет суффикс l. Это означает, что операнд будет иметь тип long (32 бита для целых чисел). Другие возможные суффиксы — byte, short, word, quad, и ten. Если Вам попадется инструкция, не имеющая суффикса, то размер такой инструкции будет подразумеваться из размера регистра источника или регистра назначения. Например, в предыдущей строчке %eax имеет ширину 32 бита, поэтому инструкция mov на самом деле является movl.

Теперь мы переходим в самую сердцевину нашей тестовой программы. Приведенная строка ассемблера — это первая строка на С в функции main, и она помещает число 5 в следующий доступный слот локальной переменной (%rbp — 0x8), на 4 байта ниже от нашей предыдущей локальной переменной. Это местоположение переменной a. Мы можем использовать GDB, чтобы проверить это:

Заметьте, что адрес памяти один и тот же. Также Вы можете обратить внимание, что GDB устанавливает переменные для наших регистров, поэтому, как и перед всеми переменными в GDB, перед их именем стоит префикс $, в то время как префикс % используется в ассемблере от AT&T.

Далее мы помещаем переменную a в %ecx, один из наших регистров общего назначения, добавляем к ней число 6 и сохраняем результат в %rbp — 0xc. Это вторая строчка функции main. Вы могли уже догадаться, что адрес %rbp — 0xc соответствует переменной b, что мы тоже можем проверить с помощью GDB:

Остальное в функции main — это просто процесс уборки, который еще называют эпилогом.

Мы достаем старый указатель базы и помещаем его обратно в %rbp, а затем инструкция retq перебрасывает нас к адресу возвращения, который тоже хранится в стековом фрейме.

До этого момента мы использовали GDB для дизассемблирования небольшой программы на С, прошли через чтение синтаксиса ассемблера от AT&T и раскрыли тему регистров и операндов адресов памяти. Также мы использовали GDB для проверки места хранения локальных переменных по отношению к %rbp. Теперь используем приобретенные знания для объяснения принципов работы статических локальных переменных.

Разбираемся в статических локальных переменных

Статические локальные переменные — это очень классная особенность С. В двух словах, это локальные переменные, которые инициализируются один раз и сохраняют свое значение между вызовами функции, в которой были объявлены. Простой пример использования статических локальных переменных — это генератор в стиле Python. Вот один такой, который генерирует все натуральные числа вплоть до INT_MAX.

Когда вы скомпилируете и запустите эту программу, то она выведет три первых натуральных числа:

Но как это работает? Чтобы это выяснить, перейдем в GDB и посмотрим на ассемблерный код. Я удалил адресную информацию, которую GDB добавляет в дизассемблерный вывод и теперь все помещается на экране:

Первое, что нам нужно сделать, это выяснить, на какой инструкции мы сейчас находимся. Сделать это мы можем путем изучения указателя инструкции или счетчика команды. Указатель инструкции — это регистр, который хранит адрес следующей инструкции. В архитектуре x86_64 этот регистр называется %rip. Мы можем получить доступ к указателю инструкции с помощью переменной $rip, или, как альтернативу, можем использовать архитектурно независимую переменную $pc:

Указатель инструкции содержит указатель именно на следующую инструкцию для выполнения, что значит, что третья инструкция еще не была выполнена, но вот-вот будет.

Поскольку знать следующую инструкцию — это очень полезно, то мы заставим GDB показывать нам следующую инструкцию каждый раз, когда программа останавливается. В GDB 7.0 и выше, вы можете просто выполнить команду set disassemble-next-line on, которая показывает все инструкции, которые будут исполнены в следующей строке программного кода. Но я использую Mac OS X, который поставляется с версией GDB 6.3, так что мне придется пользоваться командой display. Эта команда аналогична x, за исключением того, что она показывает значение выражения после каждой остановки программы:

Теперь GDB настроен так, чтобы всегда показывать следующую инструкцию перед своим выводом.

Мы уже прошли пролог функции, который рассматривали ранее, поэтому начнем сразу с третьей инструкции. Она соответствует первой строке кода, которая присваивает 1 переменной a. Вместо команды next, которая переходит к следующей строчке кода, мы будем использовать nexti, которая переходит к следующей ассемблерной инструкции. Теперь исследуем адрес %rbp — 0x4, чтобы проверить гипотезу о том, что переменная a хранится именно здесь:

И мы видим, что адреса одинаковые, как мы и ожидали. Следующая инструкция более интересная:

Несмотря на то, что дизассемблер показывает как получателя регистр %eax, мы выводим $rax, поскольку GDB задает переменные для полной ширины регистра.

В этой ситуации, мы должны помнить, что в то время как переменные имеют типы, которые определяют знаковые они или беззнаковые, регистры таких типов не имеют, поэтому GDB выводит значение регистра %rax как беззнаковое. Давайте попробуем еще раз, приведя значение %rax к знаковому целому:

Похоже на то, что мы нашли b. Можем повторно убедиться в этом, используя команду x:

С таким подходом, вещи начинают обретать смысл. После сохранения b в %eax, мы переходим к следующей строке кода, где мы увеличиваем b. Это соответствует следующим инструкциям:

Здесь мы добавляем 1 к %eax и записываем результат обратно в память. Давайте выполним эти инструкции и посмотрим на результат:

Следующие две инструкции отвечают за возвращение результата a + b:

Здесь мы загружаем переменную a в %eax, а затем добавляем b. На данном этапе мы ожидаем, что в %eax хранится значение 1. Давайте проверим:

Регистр %eax используется для хранения значения, возвращаемого функцией natural_generator, и мы ожидаем на эпилог, который очистит стек и приведет к возвращению:

Мы разобрались, как переменная b инициализируется. Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда функция natural_generator вызывается повторно:

Поскольку переменная b не хранится на стеке с остальными переменными, она все еще 0 при повторном вызове natural_generator. Не важно сколько раз будет вызываться наш генератор, переменная b всегда будет сохранять свое предыдущее значение. Все это потому, что она хранится вне стека и инициализируется, когда загрузчик помещает программу в память, а не по какому-то из наших машинных кодов.

Заключение

Мы начали с разбора ассемблерных команд и научились дизассемблировать программу с помощью GDB. В последствии, мы разобрали, как работают статические локальные переменные, чего мы не смогли бы сделать без дизассемблирования исполняемого файла.
Мы провели много времени, чередуя чтение ассемблерных инструкций и проверки наших гипотез с помощью GBD. Это может показаться скучным, но есть веская причина для следующего подхода: лучший способ изучить что-то абстрактное, это сделать его более конкретным, а один из лучших способов сделать что-то более конкретным — это использовать инструменты, которые помогут заглянуть за слои абстракции. Лучший способ изучить эти инструменты — это заставлять себя использовать их, пока это не станет для вас обыденностью.

От переводчика: Низкоуровневое программирование — не мой профиль, поэтому если допустил какие-то неточности, буду рад узнать о них в ЛС.

Источник

Записки программиста

Шпаргалка по основным инструкциям ассемблера x86/x64

В прошлой статье мы написали наше первое hello world приложение на асме, научились его компилировать и отлаживать, а также узнали, как делать системные вызовы в Linux. Сегодня же мы познакомимся непосредственно с ассемблерными инструкциями, понятием регистров, стека и вот этого всего. Ассемблеры для архитектур x86 (a.k.a i386) и x64 (a.k.a amd64) очень похожи, в связи с чем нет смысла рассматривать их в отдельных статьях. Притом акцент я постараюсь делать на x64, попутно отмечая отличия от x86, если они есть. Далее предполагается, что вы уже знаете, например, чем стек отличается от кучи, и объяснять такие вещи не требуется.

Регистры общего назначения

Регистр — это небольшой (обычно 4 или 8 байт) кусочек памяти в процессоре с чрезвычайно большой скоростью доступа. Регистры делятся на регистры специального назначения и регистры общего назначения. Нас сейчас интересуют регистры общего назначения. Как можно догадаться по названию, программа может использовать эти регистры под свои нужды, как ей вздумается.

На x86 доступно восемь 32-х битных регистров общего назначения — eax, ebx, ecx, edx, esp, ebp, esi и edi. Регистры не имеют заданного наперед типа, то есть, они могут трактоваться как знаковые или беззнаковые целые числа, указатели, булевы значения, ASCII-коды символов, и так далее. Несмотря на то, что в теории эти регистры можно использовать как угодно, на практике обычно каждый регистр используется определенным образом. Так, esp указывает на вершину стека, ecx играет роль счетчика, а в eax записывается результат выполнения операции или процедуры. Существуют 16-и битные регистры ax, bx, cx, dx, sp, bp, si и di, представляющие собой 16 младших бит соответствующих 32-х битных регистров. Также доступны и 8-и битовые регистры ah, al, bh, bl, ch, cl, dh и dl, которые представляют собой старшие и младшие байты регистров ax, bx, cx и dx соответственно.

Рассмотрим пример. Допустим, выполняются следующие три инструкции:

Значения регистров после записи в eax значения 0 x AABBCCDD:

Значения после записи в регистр al значения 0 x EE:

Значения регистров после записи в ax числа 0 x 1234:

Как видите, ничего сложного.

На x64 размер регистров был увеличен до 64-х бит. Соответствующие регистры получили название rax, rbx, и так далее. Кроме того, регистров общего назначения стало шестнадцать вместо восьми. Дополнительные регистры получили названия r8, r9, …, r15. Соответствующие им регистры, которые представляют младшие 32, 16 и 8 бит, получили название r8d, r8w, r8b, и по аналогии для регистров r9-r15. Кроме того, появились регистры, представляющие собой младшие 8 бит регистров rsi, rdi, rbp и rsp — sil, dil, bpl и spl соответственно.

Про адресацию

Как уже отмечалось, регистры могут трактоваться, как указатели на данные в памяти. Для разыменования таких указателей используется специальный синтаксис:

Эта запись означает «прочитай 8 байт по адресу, записанному в регистре rsp, и сохрани их в регистр rax». При запуске программы rsp указывает на вершину стека, где хранится число аргументов, переданных программе (argc), указатели на эти аргументы, а также переменные окружения и кое-какая другая информация. Таким образом, в результате выполнения приведенной выше инструкции (разумеется, при условии, что перед ней не выполнялось каких-либо других инструкций) в rax будет записано количество аргументов, с которыми была запущена программа.

В одной команде можно указывать адрес и смешение (как положительное, так и отрицательное) относительно него:

Эта запись означает «возьми rsp, прибавь к нему 8, прочитай 8 байт по получившемуся адресу и положи их в rax». Таким образом, в rax будет записан адрес строки, представляющей собой первый аргумент программы, то есть, имя исполняемого файла.

При работе с массивами бывает удобно обращаться к элементу с определенным индексом. Соответствующий синтаксис:

Читается так: «посчитай rcx*8 + rsp + 16, и поменяй местами 8 байт (размер регистра) по получившемуся адресу и значение регистра rax». Другими словами, rsp и 16 все так же играют роль смещения, rcx играет роль индекса в массиве, а 8 — это размер элемента массива. При использовании данного синтаксиса допустимыми размерами элемента являются только 1, 2, 4 и 8. Если требуется какой-то другой размер, можно использовать инструкции умножения, бинарного сдвига и прочие, которые мы рассмотрим далее.

Наконец, следующий код тоже валиден:

.data
msg :
. ascii «Hello, world!\n»
. text

В смысле, что можно не указывать регистр со смещением или вообще какие-либо регистры. В результате выполнения этого кода в регистры al и ah будет записан ASCII-код буквы H, или 0 x 48.

В этом контексте хотелось бы упомянуть еще одну полезную ассемблерную инструкцию:

Инструкция lea очень удобна, так как позволяет сразу выполнить умножение и несколько сложений.

Fun fact! На x64 в байткоде инструкций никогда не используются 64-х битовые смещения. В отличие от x86, инструкции часто оперируют не абсолютными адресами, а адресами относительно адреса самой инструкции, что позволяет обращаться к ближайшим +/- 2 Гб оперативной памяти. Соответствующий синтаксис:

Как видите, «относительный» mov еще и на один байт короче! Что это за регистр такой rip мы узнаем чуть ниже.

Для записи же полного 64-х битового значения в регистр предусмотрена специальная инструкция:

Другими словами, процессоры x64 так же экономно кодируют инструкции, как и процессоры x86, и в наше время нет особо смысла использовать процессоры x86 в системах, имеющих пару гигабайт оперативной памяти или меньше (мобильные устройства, холодильники, микроволновки, и так далее). Скорее всего, процессоры x64 будут даже более эффективны за счет большего числа доступных регистров и большего размера этих регистров.

Арифметические операции

Рассмотрим основные арифметические операции:

# инкремент: rax = rax + 1 = 124
inc % rax

Здесь и далее операндами могут быть не только регистры, но и участки памяти или константы. Но оба операнда не могут быть участками памяти. Это правило применимо ко всем инструкциям ассемблера x86/x64, по крайней мере, из рассмотренных в данной статье.

В данном примере инструкция mul умножает al на cl, и сохраняет результат умножения в пару регистров al и ah. Таким образом, ax примет значение 0 x 12C или 300 в десятичной нотации. В худшем случае для сохранения результата перемножения двух N-байтовых значений может потребоваться до 2*N байт. В зависимости от размера операнда результат сохраняется в al:ah, ax:dx, eax:edx или rax:rdx. Притом в качестве множителей всегда используется первый из этих регистров и переданный инструкции аргумент.

Знаковое умножение производится точно так же при помощи инструкции imul. Кроме того, существуют варианты imul с двумя и тремя аргументами:

Инструкции div и idiv производят действия, обратные mul и imul. Например:

# rax = rdx:rax / rcx = 3
# rdx = rdx:rax % rcx = 87
div % rcx

Как видите, был получен результат целочисленного деления, а также остаток от деления.

Это далеко не все арифметические инструкции. Например, есть еще adc (сложение с учетом флага переноса), sbb (вычитание с учетом займа), а также соответствующие им инструкции, выставляющие и очищающие соответствующие флаги (ctc, clc), и многие другие. Но они распространены намного меньше, и потому в рамках данной статьи не рассматриваются.

Логические и битовые операции

Как уже отмечалось, особой типизации в ассемблере x86/x64 не предусмотрено. Поэтому не стоит удивляться, что в нем нет отдельных инструкций для выполнения булевых операций и отдельных для выполнения битовых операций. Вместо этого есть один набор инструкций, работающих с битами, а уж как интерпретировать результат — решает конкретная программа.

Так, например, выглядит вычисление простейшего логического выражения:

Заметьте, что здесь мы использовали по одному младшему биту в каждом из 64-х битовых регистров. Таким образом, в старших битах образуется мусор, который мы обнуляем последней командой.

Еще одна полезная инструкция — это xor (исключающее или). В логических выражениях xor используется нечасто, однако с его помощью часто происходит обнуление регистров. Если посмотреть на опкоды инструкций, то становится понятно, почему:

Как видите, инструкции xor и inc кодируются всего лишь тремя байтами каждая, в то время, как делающая то же самое инструкция mov занимает целых семь байт. Каждый отдельный случай, конечно, лучше бенчмаркать отдельно, но общее эвристическое правило такое — чем короче код, тем больше его помещается в кэши процессора, тем быстрее он работает.

В данном контексте также следует вспомнить инструкции побитового сдвига, тестирования битов (bit test) и сканирования битов (bit scan):

Еще есть битовые сдвиги со знаком (sal, sar), циклические сдвиги с флагом переноса (rcl, rcr), а также сдвиги двойной точности (shld, shrd). Но используются они не так уж часто, да и утомишься перечислять вообще все инструкции. Поэтому их изучение я оставляю вам в качестве домашнего задания.

Условные выражения и циклы

Выше несколько раз упоминались какие-то там флаги, например, флаг переноса. Под флагами понимаются биты специального регистра eflags / rflags (название на x86 и x64 соответственно). Напрямую обращаться к этому регистру при помощи инструкций mov, add и подобных нельзя, но он изменяется и используется различными инструкциями косвенно. Например, уже упомянутый флаг переноса (carry flag, CF) хранится в нулевом бите eflags / rflags и используется, например, в той же инструкции bt. Еще из часто используемых флагов можно назвать zero flag (ZF, 6-ой бит), sign flag (SF, 7-ой бит), direction flag (DF, 10-ый бит) и overflow flag (OF, 11-ый бит).

В результате значение rax будет равно единице, так как первая инструкция inс будет пропущена. Заметьте, что адрес перехода также может быть записан в регистре:

Впрочем, на практике такого кода лучше избегать, так как он ломает предсказание переходов и потому менее эффективен.

Условные переходы обычно осуществляются при помощи инструкции cmp, которая сравнивает два своих операнда и выставляет соответствующие флаги, за которой следует инструкция из семейства je, jg и подобных:

je 1f # перейти, если равны (equal)
jl 1f # перейти, если знаково меньше (less)
jb 1f # перейти, если беззнаково меньше (below)
jg 1f # перейти, если знаково больше (greater)
ja 1f # перейти, если беззнаково больше (above)

Существует также инструкции jne (перейти, если не равны), jle (перейти, если знаково меньше или равны), jna (перейти, если беззнаково не больше) и подобные. Принцип их именования, надеюсь, очевиден. Вместо je / jne часто пишут jz / jnz, так как инструкции je / jne просто проверяют значение ZF. Также есть инструкции, проверяющие другие флаги — js, jo и jp, но на практике они используются редко. Все эти инструкции вместе взятые обычно называют jcc. То есть, вместо конкретных условий пишутся две буквы «c», от «condition». Здесь можно найти хорошую сводную таблицу по всем инструкциям jcc и тому, какие флаги они проверяют.

Помимо cmp также часто используют инструкцию test:

Fun fact! Интересно, что cmp и test в душе являются теми же sub и and, только не изменяют своих операндов. Это знание можно использовать для одновременного выполнения sub или and и условного перехода, без дополнительных инструкций cmp или test.

Еще из инструкций, связанных с условными переходами, можно отметить следующие.

Инструкция jrcxz осуществляет переход только в том случае, если значение регистра rcx равно нулю.

Инструкции семейства cmovcc (conditional move) работают как mov, но только при выполнении заданного условия, по аналогии с jcc.

Инструкции setcc присваивают однобайтовому регистру или байту в памяти значение 1, если заданное условие выполняется, и 0 иначе.

Сравнить rax с заданным куском памяти. Если равны, выставить ZF и сохранить по указанному адресу значение указанного регистра, в данном примере rcx. Иначе очистить ZF и загрузить значение из памяти в rax. Также оба операнда могут быть регистрами.

Инструкция cmpxchg8b главным образом нужна в x86. Она работает аналогично cmpxchg, только производит compare and swap сразу 8-и байт. Регистры edx:eax используются для сравнения, а регистры ecx:ebx хранят то, что мы хотим записать. Инструкция cmpxchg16b по тому же принципу производит compare and swap сразу 16-и байт на x64.

Важно! Примите во внимание, что без префикса lock все эти compare and swap инструкции не атомарны.

Не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы изобразить при помощи этих инструкций конструкцию if-then-else или циклы for / while, поэтому двигаемся дальше.

«Строковые» операции

Рассмотрим следующий кусок кода:

В регистры rsi и rdi кладутся адреса двух строк. Командой cld очищается флаг направления (DF). Инструкция, выполняющая обратное действие, называется std. Затем в дело вступает инструкция cmpsb. Она сравнивает байты (%rsi) и (%rdi) и выставляет флаги в соответствии с результатом сравнения. Затем, если DF = 0, rsi и rdi увеличиваются на единицу (количество байт в том, что мы сравнивали), иначе — уменьшаются. Аналогичные инструкции cmpsw, cmpsl и cmpsq сравнивают слова, длинные слова и четверные слова соответственно.

Инструкции cmps интересны тем, что могут использоваться с префиксом rep, repe (repz) и repne (repnz). Например:

Префикс rep повторяет инструкцию заданное в регистре rcx количество раз. Префиксы repz и repnz делают то же самое, но только после каждого выполнения инструкции дополнительно проверяется ZF. Цикл прерывается, если ZF = 0 в случае c repz и если ZF = 1 в случае с repnz. Таким образом, приведенный выше код проверяет равенство двух буферов одинакового размера.

Аналогичные инструкции movs перекладывает данные из буфера, адрес которого указан в rsi, в буфер, адрес которого указан в rdi (легко запомнить — rsi значит source, rdi значит destination). Инструкции stos заполняет буфер по адресу из регистра rdi байтами из регистра rax (или eax, или ax, или al, в зависимости от конкретной инструкции). Инструкции lods делают обратное действие — копируют байты по указанному в rsi адресу в регистр rax. Наконец, инструкции scas ищут байты из регистра rax (или соответствующих регистров меньшего размера) в буфере, адрес которого указан в rdi. Как и cmps, все эти инструкции работают с префиксами rep, repz и repnz.

Работа со стеком и процедуры

Со стеком все очень просто. Инструкция push кладет свой аргумент на стек, а инструкция pop извлекает значение со стека. Например, если временно забыть про инструкцию xchg, то поменять местами значение двух регистров можно так:

Существуют инструкции, помещающие на стек и извлекающие с него регистр rflags / eflags:

А так, к примеру, можно получить значение флага CF:

На x86 также существуют инструкции pusha и popa, сохраняющие на стеке и восстанавливающие с него значения всех регистров. В x64 этих инструкций больше нет. Видимо, потому что регистров стало больше и сами регистры теперь длиннее — сохранять и восстанавливать их все стало сильно дороже.

Процедуры, как правило, «создаются» при помощи инструкций call и ret. Инструкция call кладет на стек адрес следующей инструкции и передает управление по указанному в аргументе адресу. Инструкция ret читает со стека адрес возврата и передает по нему управление. Например:

# выход из процедуры
ret

Как правило, возвращаемое значение передается в регистре rax или, если его размера не достаточно, записывается в структуру, адрес которой передается в качестве аргумента. К вопросу о передаче аргументов. Соглашений о вызовах существует великое множество. В одних все аргументы всегда передаются через стек (отдельный вопрос — в каком порядке) и за очистку стека от аргументов отвечает сама процедура, в других часть аргументов передается через регистры, а часть через стек, и за очистку стека от аргументов отвечает вызывающая сторона, плюс множество вариантов посередине, с отдельными правилами касательно выравнивания аргументов на стеке, передачи this, если это ООП язык, и так далее. В общем случае для произвольно взятой архитектуры, компилятора и языка программирования соглашение о вызовах может быть вообще каким угодно.

Для примера рассмотрим ассемблерный код, сгенерированный CLang 3.8 для простой программки на языке C под x64. Так выглядит одна из процедур:

# типичный пролог процедуры
# регистр rsp не изменяется, так как процедура не вызывает никаких
# других процедур
400950: 55 push %rbp
400951: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp

# типичный эпилог
4009a3: 5d pop %rbp
4009a4: c3 retq

Как видите, два аргумента были переданы процедуре через регистры rdi и rsi. По всей видимости, используется конвенция под названием System V AMD64 ABI. Утверждается, что это стандарт де-факто под x64 на *nix системах. Я не вижу смысла пересказывать описание этой конвенции здесь, заинтересованные читатели могут ознакомиться с полным описанием по приведенной ссылке.

Заключение

Еще интересный топик, оставшийся за кадром — это атомарные операции, барьеры памяти, спинлоки и вот это все. Например, compare and swap часто реализуется просто как инструкция cmpxchg с префиксом lock. По аналогии реализуется атомарный инкремент, декремент, и прочее. Увы, все это тянет на тему для отдельной статьи.

В качестве источников дополнительной информации можно рекомендовать книгу Modern X86 Assembly Language Programming, и, конечно же, мануалы от Intel. Также довольно неплоха книга x86 Assembly на wikibooks.org.

Из онлайн-справочников по ассемблерным инструкциям стоит обратить внимание на следующие:

А знаете ли вы ассемблер, и если да, то находите ли это знание полезным?

Источник