通過(guò)閱讀匯編代碼，我們能夠理解編譯器的優(yōu)化能力，并分析出代碼中潛在的低效率。
一、機(jī)器級(jí)代碼
在整個(gè)編譯過(guò)程中，編譯器會(huì)完成大部分工作，將把C提供的相對(duì)比較抽象的執(zhí)行模型表示的程序轉(zhuǎn)化為處理器執(zhí)行的非?；镜闹噶?。與目標(biāo)代碼相比，匯編代碼是可讀性更好的文本格式表示。能夠理解匯編代碼以及它是如何與原始C代碼相對(duì)應(yīng)，是理解計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行程序的關(guān)鍵一步。
對(duì)C程序員屏蔽的處理器狀態(tài)可見(jiàn)的
- 程序計(jì)數(shù)器（%eip)：表示將要執(zhí)行下一條指令在存儲(chǔ)器中的地址
- 整數(shù)寄存器文件包含8個(gè)被命名的位置，分別存儲(chǔ)32位的值。這些寄存器可以存儲(chǔ)地址（對(duì)應(yīng)于C的指針）或整數(shù)數(shù)據(jù)。有的寄存器用來(lái)記錄某些重要的程序狀態(tài)，其他寄存器用來(lái)保存臨時(shí)數(shù)據(jù)。
- 條件寄存器保存最近執(zhí)行的算術(shù)指令狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制流中的條件變化，比如if或while
- 浮點(diǎn)寄存器文件包含8個(gè)位置，用來(lái)存放浮點(diǎn)數(shù)據(jù)
(1)代碼示例
假設(shè)我們寫(xiě)了一個(gè)C代碼文件code.c,包含下面這樣的過(guò)程定義
int accum = 0;
int sum(int x, int y)
{
int t = x + y;
acum += t;
return t;
}
在命令行執(zhí)行”-S“選項(xiàng)，看到C編譯器產(chǎn)生的匯編代碼
unix> gcc -O2 -S code.c
編譯器產(chǎn)生一個(gè)匯編文件code.s，不做其他近一步工作
匯編代碼文件包含各種聲明
sum:
pushl %ebp
movl %esp,%ebp
mov1 12(%ebp),%eax
addl 8(%ebp),%eax
addl %eax,accum
mov1 %ebp,%esp
pop1 %ebp
ret
上面代碼中每個(gè)縮進(jìn)去的行都對(duì)應(yīng)于一條機(jī)器指令。比如pushl 指令表示應(yīng)該將寄存器%ebp的內(nèi)容壓入棧中。
(2)訪問(wèn)信息
一個(gè)IA32中央處理單元(cpu)包含一組8位值的寄存器，這些寄存器用來(lái)存儲(chǔ)整數(shù)數(shù)據(jù)和指針。下圖顯示了8個(gè)寄存器，以%e開(kāi)頭。在過(guò)程處理中，對(duì)前三個(gè)寄存器(%eax,%ecx和%edx)的保存和恢復(fù)慣例將不同于接下來(lái)的三個(gè)寄存器(%ebx,%edi,%esi)，最后兩個(gè)寄存器(%ebp和%esp)保存著指向棧中重要位置的指針，只有根據(jù)棧慣例的標(biāo)準(zhǔn)才能修改這兩個(gè)寄存器中的值
(a)操作指示符
大多數(shù)指令都有一個(gè)或多個(gè)操作數(shù)，指示出執(zhí)行一個(gè)操作中藥引用的源數(shù)據(jù)值，以及放置結(jié)果的目的位置。源數(shù)據(jù)值可以以常數(shù)形式給出，或是從寄存器或存儲(chǔ)器中讀出，結(jié)果可以存放在寄存器或存儲(chǔ)器中。
各種操作數(shù)可能被分為三種類型。
-
立即數(shù)，也就是常數(shù)值。
-577或$0x1F
- 寄存器，某個(gè)寄存器中的內(nèi)容
- 存儲(chǔ)器引用，根據(jù)計(jì)算出來(lái)的地址（有效地址）訪問(wèn)某個(gè)存儲(chǔ)器位置。
有多種尋址模式：允許不同形式的存儲(chǔ)器引用。立即數(shù)偏移，基址寄存器，變之或索引寄存器，伸縮因子(必需是1、2、4、8)。
（3）數(shù)據(jù)傳送指令
最頻繁的指令是執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送指令。操作符指令能夠完成許多機(jī)器中要好幾條指令才能完成的功能。下圖列出一些重要的數(shù)據(jù)傳送指令，最常用的是傳送雙字的movl指令。
源操作數(shù)指令一個(gè)值，它可以是立即數(shù)，可以存放在寄存器中，也可以存放在存儲(chǔ)器中。目的操作數(shù)指定一個(gè)位置，它可以是寄存器，也可以是存儲(chǔ)器地址。
第一個(gè)是原操作數(shù)，第二個(gè)是目的操作數(shù)。
movb指令是類似的，除了它只傳送一個(gè)字節(jié)。movw傳送兩個(gè)字節(jié)。movsbl和movzbl指令負(fù)責(zé)拷貝一個(gè)字節(jié)，并設(shè)置目的操作數(shù)中其余的位。movsbl指令的源操作數(shù)時(shí)單字節(jié)的，它執(zhí)行符號(hào)擴(kuò)展到32位(將高24位設(shè)置為源字節(jié)的最高位)，然后拷貝到雙字的目的中。movzbl指令的源操作數(shù)時(shí)單字節(jié)的，在前面加24個(gè)0擴(kuò)展到32位，并將結(jié)果拷貝到雙字的目的中。
pushl和popl指令都只有一個(gè)操作數(shù)----同于壓入的數(shù)據(jù)源和用于彈出的目的數(shù)據(jù)。程序棧存放在儲(chǔ)存器中某個(gè)區(qū)域。%esp保存棧頂元素的地址
(4) 算術(shù)和邏輯操作
(a)加載有效地址
加載有效地址(leal)實(shí)際上是movl指令的變形，從存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)到寄存器，實(shí)際上根本沒(méi)有引用存儲(chǔ)器。第一個(gè)操作看上去是一個(gè)寄存器引用，但該指令并不是從指定的位置讀入數(shù)據(jù)，而是將有效地址寫(xiě)入到目的操作數(shù)（如寄存器）。C中&S說(shuō)明這種操作，為后面的存儲(chǔ)器引用產(chǎn)生指針。例子，如果寄存器%eax值為x,指令leal 7(%edx,%eax ,4),%eax將設(shè)置寄存器%eax的值為x,那么leal 7(%edx,%edx,4),%eax將設(shè)置%eax的值為5x+7。注意目的操作數(shù)必須是寄存器。
(b)一元和二元操作
第二類操作是一元操作，只有一個(gè)操作數(shù)，即做源，也作目的。這個(gè)操作數(shù)可以是一個(gè)寄存器，也可以是一個(gè)存儲(chǔ)器位置。比如說(shuō)，指令incl(%esp)會(huì)使棧頂元素加1。這種說(shuō)法讓人想起C中的加1運(yùn)算符(++)和減1運(yùn)算符(--)
第三類是二元操作，第二個(gè)操作數(shù)既是源又是目的。這種語(yǔ)法讓人想起C中像+=這樣的賦值運(yùn)算符。注意，源操作數(shù)是第一個(gè)，目的操作數(shù)時(shí)第二個(gè)，這是不可交換操作持有的。例如指令subl %eax,%edx使寄存器%edx的值減去%eax中的值。第一個(gè)操作可以是立即數(shù)，寄存器或存儲(chǔ)器位置。第二個(gè)操作數(shù)可以是寄存器或存儲(chǔ)器圍桌。不過(guò)movl指令一樣，兩個(gè)操作數(shù)不能同時(shí)都是存儲(chǔ)器位置。
(c)位移操作
先給出位移量，然后是待位移的值，可以進(jìn)行算術(shù)或邏輯右移。移位量用單個(gè)字節(jié)編碼。位移量可以是一個(gè)立即數(shù)，或者存放在單字節(jié)寄存器中%cl中。左移指令：sall,shll。兩者效果都一樣，都是將右邊填上0。右移指令sarl執(zhí)行算術(shù)移位（填上符號(hào)位
，而shrl執(zhí)行邏輯位移(填上0)
