Dword assembler что это

Операнды в языке ассемблера

Операнд – объект, над которым выполняется машинная команда.

Операнды ассембле­ра описываются выражениями с числовыми и текстовыми константами, мет­ками и идентификаторами переменных с использованием знаков операций и некоторых зарезервированных слов.

Операнды могут комбинироваться с арифметическими, логическими, побитовы­ми и атрибутивными операторами для расчета некоторого значения или опреде­ления ячейки памяти, на которую будет воздействовать данная команда или ди­ректива.

Способы адресации операндов

Под способами адресации понимаются существующие способы задания адреса хранения операндов:

Операнд задается на микропрограммном уровне (операнд по умолчанию): в этом случае команда явно не содержит операнда, алгоритм выполнения команды использует некоторые объекты по умолчанию (регистры, признаки и т.д.).

Операнд задается в самой команде (непосредственный операнд): операнд является частью кода команды. Для хранения такого операнда в команде выделяется поле длиной до 32 бит. Непосредственный операнд может быть только вторым операндом (источником). Операнд-получатель может находиться либо в памяти, либо в регистре.

Операнд находится в одном из регистров (регистровый операнд): в коде команды указываются именами регистров. В качестве регистров могут использоваться:

Прямая адресация : эффективный адрес определяется непосредственно полем смещения машинной команды, которое может иметь размер 8, 16 или 32 бита.

Косвенная адресация в свою очередь имеет следующие виды:

Косвенная базовая (регистровая) адресация. При такой адресации эффективный адрес операнда может находиться в любом из регистров общего назначения, кроме sp/esp и bp/ebp (это специфические регистры для работы с сегментом стека). Синтаксически в команде этот режим адресации выражается заключением имени регистра в квадратные скобки [].

Данный способ адресации позволяет динамически назначить адрес операнда для некоторой машинной команды и применяется при организации циклических вычислений и при работе со структурами данных, массивами.

Косвенная базовая (регистровая) адресация со смещением предназначена для доступа к данным с известным смещением относительно некоторого базового адреса, используется для доступа к элементам структур, когда смещение элементов известно заранее, на стадии разработки программы, а базовый (начальный) адрес структуры должен вычисляться динамически, на стадии выполнения программы. Модификация содержимого базового регистра позволяет обратиться к одноименным элементам различных экземпляров однотипных структур данных.

Косвенная индексная адресация. Для формирования эффективного адреса используется один из регистров общего назначения, но обладает возможностью масштабирования содержимого индексного регистра.

Значение эффективного адреса второго операнда вычисляется выражением mas+( esi *4) и представляет собой смещение относительно начала сегмента данных.

Наличие возможности масштабирования существенно помогает в решении проблемы индексации при условии, что размер элементов массива постоянен и составляет 1, 2, 4 или 8 байт.

Данный вид адресации также может использоваться со смещением.

Косвенная базовая индексная адресация. Эффективный адрес формируется как сумма содержимого двух регистров общего назначения: базового и индексного. В качестве этих регистров могут применяться любые регистры общего назначения, при этом часто используется масштабирование содержимого индексного регистра.

В случае использования косвенной базовой индексной адресация со смещением эффективный адрес формируется как сумма трех составляющих: cодержимого базового регистра, cодержимого индексного регистра и значения поля смещения в команде.

При использовании подобного выражения для перехода нельзя забывать о длине самой команды, в которой это выражение используется, так как значение счетчика адреса соответствует смещению в сегменте кода данной, а не следующей за ней команды. В приведенном выше примере команда jmp занимает 2 байта. Длина этой и некоторых других команд может зависит от того, какие в ней используются операнды. Команда с регистровыми операндами будет короче команды, один из операндов которой расположен в памяти. В большинстве случаев эту информацию можно получить, зная формат машинной команды.

Операторы в языке ассемблера

Операнды являются элементарными компонентами, из которых формируется часть машинной команды, обозначающая объекты, над которыми выполняется операция. В более общем случае операнды могут входить как составные части в более сложные образования, называемые выражениями . Выражения представляют собой комбинации операндов и операторов , рассматриваемые как единое целое. Результатом вычисления выражения может быть адрес некоторой ячейки памяти или некоторое константное (абсолютное) значение.
Выполнение операторов ассемблера при вычислении выражений осуществляется в соответствии с их приоритетами. Операции с одинаковыми приоритетами выполняются последовательно слева направо. Изменение порядка выполнения возможно путем расстановки круглых скобок, которые имеют наивысший приоритет.

Характеристика основных операторов.

Операторы сдвига выполняют сдвиг выражения на указанное количество разрядов. Например,

Операторы сравнения (возвращают значение истина или ложь) предназначены для формирования логических выражений. Логическое значение истина соответствует логической единице, а ложь – логическому нулю. Логическая единица – значение бита равное 1, логический ноль – значение бита, равное 0.

Назначение операторов сравнения приведено в таблице

Логические операторы выполняют над выражениями побитовые операции. Выражения должны быть константными. Например,

Индексный оператор [ ]. Транслятор воспринимает наличие квадратных скобок как указание сложить значение выражения за [] со значением выражения, заключенным в скобки. Например,

Наличие индексного оператора указывает транслятору, что необходимо получить значение по вычисленному адресу.

Оператор переопределения типа ptr применяется для переопределения или уточнения типа метки или переменной, определяемых выражением. Тип может принимать одно из следующих значений.

В примере для сравнения значения по адресу esi с константой необходимо явно указать, данные какого типа будут сравниваться.

Оператор переопределения сегмента : (двоеточие) вычисляет физический адрес относительно конкретно задаваемой сегментной составляющей, в качестве которой могут выступать:

Оператор именования типа структуры . (точка) также заставляет транслятор производить определенные вычисления, если встречается в выражении.

Оператор получения сегментной составляющей адреса выражения seg возвращает физический адрес сегмента для выражения, в качестве которого могут выступать метка, переменная, имя сегмента, имя группы или некоторое символическое имя.

Оператор получения смещения выражения offset позволяет получить значение смещения выражения в байтах относительно начала того сегмента, в котором выражение определено. Например,

Оператор type возвращает число байтов, соответствующее определению указанной переменной:

Оператор width возвращает размер в битах объекта типа RECORD или его поля.

Источник

Дневники чайника. Чтива 0, виток0

Пятый день.
О словах и двойных словах
(форматы данных)

То, что я здесь напишу, довольно туго для восприятия, однако со временем всё уляжется. Не расстраивайтесь, если вдруг в этой главе покажется, что Ассемблер очень сложный, вспомните о таком фокусе.

Не каждый водитель знает, что для того, чтоб машина ехала вперёд, колесо в точке соприкосновения с дорогой должно двигаться назад. Хотя такая информация была сообщена каждому водителю и каждому человеку. Ну, едет машина и едет, какая разница, куда крутятся колёса. Это нужно знать только при смене колёс, чтоб не перепутать направленность резины, или во время ремонта.

Примерно такая же информация будет изложена в этой главе. На практике всё быстро усвоится, если вам придется сталкиваться с машинным кодом и данными.

Матрос, ты должен знать своего друга (со стороны потенциального противника) лучше, чем себя.

Бинарники организуются в отряды по восемь, эти отряды называются байтами. Запомнил?

2 байта организуются в слово (word).

В предыдущей программе мы столкнулись вот с такой строкой:

«d,» здесь как раз и заменяет dword.

Я объяснил, что когда операнд находится в квадратных скобках, при команде mov это означает, что нужно производить действие по адресу в памяти, указанному операндом. То есть в BX раньше должен быть положен адрес. В ходе выполнения этой строки BX не изменяется, изменится только память по адресу, указанному BX. Размер изменяемой памяти dword (4 байта, двойное слово).

Остаётся маленький такой вопросик: почему в дизассемблере байты операндов команд процессора мы видим зеркально значениям операндов в командах Асма?

Адрес, который был указан в BX, равен 0133h.

А действие выглядит так:

В отладчике вы видели это вот так:

Допустим, мы набрали вот такую строку:

Здесь мы указали, что размер данных word (2 байта) и эти данные будут помещены в память по адресу 800h.

Объясню сейчас коротко.

Раз мы имеем заданный размер word (или как в Hiew’е «w,»), мы имеем некое ЦЕЛОЕ.

Вот как эта строка будет выглядеть в Hiew’e:

Вопрос, который наверняка возник у всех (и я предполагаю, что у многих в нецензурной форме): «На. в смысле зачем?»

Это нужно для того, чтобы процессор забирал байты из памяти, начиная с младшего (так быстрее вычислять). Ведь получается, что адрес числовой переменной любого размера, хоть word, хоть dword, будет указывать на младший байт в числе, далее пойдёт следующий байт в числе, и самый старший байт в числе всегда окажется в конце. Вычислять процессору так значительно быстрее.

Я думаю, что многие читатели совсем запутались, тут есть только одно утешение: перекладывать байты в голове совсем не нужно. Чтобы получить целое число из байтов или, наоборот, из числа сложить байты, достаточно переключить режим отображения в программе. Мало того, при простом программировании можно забыть об этих премудростях и вспоминать лишь изредка.

Всё, из теории остались только циклы и стек, о них мы будем говорить завтра.

Матрос! Я что-то не заметил, чтоб ты разрабатывал кнопку F10!

Если ты хочешь стать капитаном собственного корабля, пусть даже и без гипердвигателя, ты должен отлаживать и отлаживать.

Послезавтра я увижу своё отражение в F10-key у тебя на клавиатуре или я высажу тебя на ближайшей заброшенной планете.

А чтоб было веселей давить на кнопку F10, загони в отладчик следующую программу (prax03.com).

Набивайте всё сами, только так можно научиться.

В Hiew’e она должна выглядеть так:

Но это не всё, теперь переключитесь на Hex-режим (F4) и добейте программу следующими байтами после всего кода. Это будут «данные».

На самом деле все эти пробелы (20h) программе НЕ нужны. Но когда вы будете смотреть программу в отладчике, они вам помогут.

Если у вас будет сдвиг хоть на байт, программа будет ошибочной. Поэтому проверьте, чтобы строка «-=Асм=-$» начиналась с 50h и, что ещё более важно, два нулевых байта (00 00) должны быть в файле по адресам 75 и 76h. Обязательно посмотрите в отладчике, что будет происходить с этими байтами (там они будут 175h и 176h). Всё остальное здесь мишура и для выполнения программы совершенно не имеет значения.

При отладке могут появляться сообщения насчёт экрана. ну и фиг с ними. Если в CV опция Screen Swap ещё не выключена, то это обязательно нужно сделать.

Здесь очень много нового, и я надеюсь, вам будет интересно узнать, как работают новые команды CMP и JNE.

Я вынужден их использовать только для того, чтобы программа была полноценная и вы могли наглядно изучать главные команды Ассемблера.

В данном примере будут задействованы int 10h для очистки экрана (AL=3) и для расположения курсора текста (AH=2). Ну и int 21h для вывода текста на экран. Всё, других прерываний в уроках больше не будет. О них за долгие годы написано достаточно.

Источник

wiki.vspu.ru

портал образовательных ресурсов

Содержание

Введение в Ассемблер. Работа с регистрами. Адресация и команды пересылки данных. Арифметические операции с целыми числами

Цели:

Основная нагрузка при работе компьютера ложится на процессор и память. Процессор выполняет команды, хранящиеся в памяти. В памяти хранятся также и данные. Между процессором и памятью происходит непрерывный обмен информацией. Процессор имеет свою небольшую память, состоящую из регистров. Команда процессора, использующая находящиеся в регистрах данные, выполняется много быстрее аналогичных команд над данными в памяти. Поэтому часто для того, чтобы выполнить какую-либо команду, данные для неё предварительно помещают в регистры. Результат команды можно при необходимости поместить обратно в память. Обмен данными между памятью и регистрами осуществляют команды пересылки. Кроме этого, можно обмениваться данными между регистрами, посылать и получать данные от внешних устройств. В регистр и ячейку памяти можно посылать и непосредственный операнд – число. Кроме этого имеются команды, с помощью которых можно помещать и извлекать данные из стека – специальной области памяти, используемой для хранения адресов возврата из функций, передаваемых в функцию параметров и локальных переменных.

Адресация и выделение памяти

Для процессора вся память представляет собой последовательность однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой адрес. Для того, чтобы оперировать большими числами, пары ячеек объединяют в слова, пары слов – в двойные слова, пары двойных слов – в учетверенные слова. Чаще всего в программах оперируют байтами, словами и двойными словами (в соответствии с одно-, двух- и четырехбайтовыми регистрами процессоров). Адресом слова и двойного слова является адрес их младшего байта.

Здесь используется доступ к переменной типа BYTE по указателю – структура BYTE PTR [EAX]. Немного позже мы увидим, как этот прием используется при написании программ.

Задания.

Объясните полученный результат (напоминаем, что адресом слова или двойного слова является адрес их младшего байта). Проделайте то же самое, используя указатель типа WORD.

Доступ к переменной по указателю используется и в языках высокого уровня (очень часто – при создании динамических массивов).

Указатель – это переменная, которая содержит адрес другой переменной (говорят, что указатель указывает на переменную того типа, адрес которой он содержит). Существует одноместная (унарная, т.е. для одного операнда) операция взятия адреса переменной & (амперсанд, как в названии мультфильма Tom&Jerry). Если имеем объявление int a, то можно определить адрес этой переменной: &a. Если Pa – указатель, который будет указывать на переменную типа int, то можно записать: Pa=&a. Существует унарная операция * (она называется операцией разыменования), которая действует на переменную, содержащую адрес объекта, т.е. на указатель. При этом извлекается содержимое переменной, адрес которой находится в указателе. Если Pa=&a, то, воздействуя на обе части операцией * получим (по определению этой операции): *Pa=a. Исходя из этого, указатель объявляется так:

Это и есть правило объявления указателя: указатель на переменную какого-то типа – это такая переменная, при воздействии на которую операцией разыменования получаем значение переменной того же типа. На листинге 3 приведен пример использования указателя в языке Си.

На листинге 4 представлена программа, позволяющая получать адреса элементов массивов разных типов средствами Cи. Обратите внимание на значения соседних адресов элементов массива.

Один из наиболее часто встречающихся случаев – использование указателей для динамического выделения памяти при создании массивов (листинг 5).

Задание. Выведите на экран адреса элементов массива, созданного в программе, показанной на листинге 5. Попробуйте создать динамический массив типа double, заполнить его, вывести на печать элементы массива и их адреса.

Арифметические операции над целыми числами

Сложение и вычитание целых чисел

Рассмотрим 3 основные команды сложения. Команда INC осуществляет инкремент, т.е. увеличение содержимого операнда на 1, например, INC EAX. Команда INC устанавливает флаги OF, SF, ZF, AF, PF в зависимости от результатов сложения. Команда ADD осуществляет сложение двух операндов. Результат пишется в первый операнд (приемник). Первый операнд может быть регистром или переменной. Второй операнд – регистром, переменной или числом. Невозможно, однако, осуществлять операцию сложения одновременно над двумя переменными. Команда действует на флаги CF, OF, SF, ZF, AF, PF. Её можно использовать для знаковых и для беззнаковых чисел. Команда ADC осуществляет сложение двух операндов подобно команде ADD и флага (бита) переноса. С её помощью можно осуществлять сложение чисел, размер которых превышает 32 бита или изначально длина операндов превышает 32 бита.

Умножение целых чисел

В отличие от сложения и вычитания умножение чувствительно к знаку числа, поэтому существует две команды умножения: MUL – для умножения беззнаковых чисел, IMUL – для умножения чисел со знаком. Единственным оператором команды MUL может быть регистр или переменная. Здесь важен размер этого операнда (источника).

Команда IMUL имеет 3 различных формата. Первый формат аналогичен команде MUL. Остановимся на двух других форматах.

operand1 должен быть регистр, operand2 может быть числом, регистром или переменной. В результате выполнения умножения (operand1 умножается на operand2, и результат помещается в operand1) может получиться число, не помещающееся в приемнике. В этом случае флаги CF и AF будут равны 1 (0 в противном случае).

В данном случае operand2 (регистр или переменная) умножается на operand3 (число) и результат заносится в operand1 (регистр). Если при умножении возникнет переполнение, т.е. результат не поместится в приемник, то будут установлены флаги CF и OF. Применение команд умножения приведено на листинге 8.

Листинг 8. Применение команд умножения

Деление целых чисел

Деление беззнаковых чисел осуществляется с помощью команды DIV. Команда имеет только один операнд – это делитель. Делитель может быть регистром или ячейкой памяти. В зависимости от размера делителя выбирается и делимое.

Команда знакового деления IDIV полностью аналогична команде DIV. Существенно, что для команд деления значения флагов арифметических операций не определены. В результате деления может возникнуть либо переполнение, либо деление на 0. Обработку исключения должна обеспечить операционная система.

Источник

Постигаем Си глубже, используя ассемблер

Вдохновением послужила эта статья: Разбираемся в С, изучая ассемблер. Продолжение так и не вышло, хотя тема интересная. Многие бы хотели писать код и понимать, как он работает. Поэтому я запущу цикл статей о том, как выглядит Си-код после декомпиляции, попутно разбирая основные структуры кода.

От читающих потребуются хотя бы базовые знания в следующих вещах:

Что будем использовать?

При более основательном подходе к изучению, лучше пользоваться оффлайн версиями компиляторов, можете взять связку из актуального gcc, OllyDbg и NASM. Отличия должны быть минимальны.

Простейшая программа

Эта статья не стремится повторить ту, которую я приводил в самом начале. Но начинать нужно с азов, поэтому часть материала будет вынуждено пересекаться. Надеюсь на понимание.

Первое, что нужно усвоить, компилятор даже при оптимизации нулевого уровня (-O0), может вырезать код, написанный программистом. Поэтому код следующего вида:

Ничем не будет отличаться от:

Поэтому придется писать таким образом, чтобы при декомпиляции мы, все же, увидели превращение нашего кода во что-то осмысленное, поэтому примеры могут выглядеть, как минимум странно.

Второе, нам нужны флаги компиляции. Достаточно двух: -O0 и -m32. Этим мы задаем нулевой уровень оптимизации и 32-битный режим. С оптимизаций должно быть очевидно: нам не хочется видеть интерпретацию нашего кода в asm, а не оптимизированного. С режимом тоже должно быть очевидно: меньше регистров — больше внимания к сути. Хотя эти флаги я буду периодически менять, чтобы углубляться в материал.

Таким образом, если вы пользуетесь gcc, то компиляция может выглядеть так:

Соответственно, если вы пользуетесь godbolt, то вам нужно указать эти флаги в строку ввода рядом с выбором компилятора. (Первые примеры я демонстрирую на gcc 4.4.7, потом поменяю на более поздний)

Теперь, можно посмотреть первый пример:

Итак, следующий код соответствует этому:

Первые две строчки соответствую прологу функции (точнее три, но третью хочу пояснить сейчас), и мы их разберем в статье о функциях. Сейчас просто не обращайте на них внимание, тоже самое касается последних 3х строчек. Если вы не знаете asm, давайте смотреть, что означают эти команды.

Инструкции ассемблера имеют вид:

mnemonic dst, src
т. е.

инструкция получатель, источник

Тут нужно оговориться, что AT&T-синтаксис имеет другой порядок, и потом мы к нему еще вернемся, но сейчас нас интересует синтаксис схожий с NASM.

Начнем с инструкции mov. Эта инструкция перемещает из памяти в регистры или из регистров в память. В нашем случае она перемещает число 1 в регистр ebx.

Давайте кратко о регистрах: в архитектуре x86 восемь 32х битных регистров общего назначения, это значит, что эти регистры могут быть использованы программистом (в нашем случае компилятором) при написании программ. Регистры ebp, esp, esi и edi компилятор будет использовать в особых случаях, которые мы рассмотрим позже, а регистры eax, ebx, ecx и edx компилятор будет использовать для всех остальных нужд.

Таким образом mov ebx, 1, прямо соответствует строке register int a = 1;

И означает, что в регистр ebx было перемещено значение 1.

А строчка mov eax, ebx, будет означать, что в регистр eax будет перемещено значение из регистра ebx.

Есть еще две строчки push ebx и pop ebx. Если вы знакомы с понятием «стек», то догадываетесь, что сначала компилятор поместил ebx в стек, тем самым запомнил старое значение регистра, а после окончания работы программы, вернул из стека это значение обратно в регистр ebx.

Почему компилятор помещает значение 1 из регистра ebx в eax? Это связано с соглашением о вызовах функций языка Си. Там несколько пунктов, все они нас сейчас не интересуют. Важно то, что результат возвращается в eax, если это возможно. Таким образом понятно, почему единица в итоге оказывается в eax.

Но теперь логичный вопрос, а зачем понадобился ebx? Почему нельзя было написать сразу mov eax, 1? Все дело в уровне оптимизации. Я же говорил: компилятор не должен вырезать наш код, а мы написали не return 1, мы использовали регистровую переменную. Т. е. компилятор сначала поместил значение в регистр, а затем, следуя соглашению, вернул результат. Поменяйте уровень оптимизации на любой другой, и вы увидите, что регистр ebx, действительно, не нужен.

Кстати, если вы пользуетесь godbolt, то вы можете наводить мышкой на строку в Си, и вам подсветится соответствующий этой строке код в asm, при условии, что эта строка выделена цветом.

Усложним пример и перестанем пользоваться регистровыми переменными (Вы же их нечасто используете?). Посмотрим во что превратится такой код:

Опять же, пропустим верхние 3 строчки и нижние 2. Теперь у нас переменная а локальная, следовательно память ей выделяется на стеке. Поэтому мы видим следующую магию: DWORD PTR [ebp-8], что же она означает? DWORD PTR — это переменная типа двойного слова. Слово — это 16 бит. Термин получил распространение в эпоху 16-ти битных процессоров, тогда в регистр помещалось ровно 16 бит. Такой объем информации стали называть словом (word). Т. е. в нашем случае dword (double word) 2*16 = 32 бита = 4 байта (обычный int).

В регистре ebp содержится адрес на вершину стека для текущей функции (мы к этому еще вернемся, потом), поэтому он смещается на 4 байта, чтобы не затереть сам адрес и дописывает значение нашей переменной. Только, в нашем случае он смещается на 8 байт для переменной a. Но если вы посмотрите на код ниже, то увидите, что переменная b лежит со смещением в 4 байта. Квадратные скобки означают адрес. Т. е. это строка работает следующим образом: на основе адреса, хранящегося в ebp, компилятор помещает значение 1 по адресу ebp-8 размера 4 байта. Почему минус восемь, а не плюс. Потому что плюсу бы соответствовали параметры, переданные в эту функцию, но опять же, обсудим это позже.

Следующая строка перемещает значение 1 в регистр eax. Думаю, это не нуждается в подробных объяснениях.

Далее у нас новая инструкция add, которая осуществляет добавление (сложение). Т. е. к значению в eax (1) добавляется 5, теперь в eax находится значение 6.

После этого нужно переместить значение 6 в переменную b, что и делается следующей строкой (переменная b находится в стеке по смещению 4).

Наконец, нам нужно вернуть значение переменной b, следовательно нужно переместить
значение в регистр eax (mov eax, DWORD PTR [ebp-4]).

Если с предыдущим все понятно, то можно переходить, к более сложному.

Интересные и не очень очевидные вещи.

Что произойдет, если мы напишем следующее: int var = 2.5;

Каждый из вас, я думаю, ответит верно, что в var будет значение 2. Но что произойдет с дробной частью? Она отбросится, проигнорируется, будет ли преобразование типа? Давайте посмотрим:

Компилятор сам отбросил дробную часть за ненадобностью.

Что произойдет, если написать так: int var = 2 + 3;

И мы узнаем, что компилятор сам способен вычислять константы. А в данном случае: так как 2 и 3 являются константами, то их сумму можно вычислить на этапе компиляции. Поэтому можно не забивать себе голову вычислением таких констант, компилятор может сделать работу за вас. Например, перевод в секунды из часов можно записать, как hours * 60 * 60. Но скорее, в пример тут стоит поставить операции над константами, которые объявлены в коде.

Что произойдет, если напишем такой код:

Интересно, не правда ли? Компилятор решил не пользоваться операцией умножения, а просто сложил два числа, что и есть — умножить на 2. (Я уже не буду подробно описывать эти строки, вы должны понять их, исходя из предыдущего материала)

Вы могли слышать, что операция «умножение» выполняется дольше, чем операция «сложение». Именно по этим соображениям компилятор оптимизирует такие простые вещи.

Но усложним ему задачу и напишем так:

Пусть вас не вводит в заблуждение использование нового регистра edx, он ничем не хуже eax или ebx. Может понадобиться время, но вы должны увидеть, что единица попадает в регистр edx, затем в регистр eax, после чего значение eax складывается само с собой и после уже добавляется еще одна единица из edx. Таким образом, мы получили 1+1+1.

Знаете, бесконечно он так делать не будет, уже на *4, компилятор выдаст следующее:

Итак, у нас новая инструкция sal, что же она делает? Это двоичный сдвиг влево. Эквивалентно следующему коду в Си:

Для тех, кто не очень понимает, как работает этот оператор:

0001 сдвигаем влево (или добавляем справа) на два нуля: 0100 (т. е. 4 в 10ой системе счисления). По своей сути сдвиг влево на 2 разряда — это умножение на 4.

Забавно, что если вы умножите на 5, то компилятор сделает один sal и один add, можете сами потестировать разные числа.

На 22, компилятор на godbolt.org сдается и использует умножение, но до этого числа он пытается выкрутиться самыми разными способами. Даже вычитание использует и еще некоторые инструкции, которые мы еще не обсуждали.

Ладно, это были цветочки, а что вы думаете по поводу следующего кода:

Если вы ожидаете вычитания, то увы — нет. Компилятор будет выдавать более изощренные методы. Операция «деление» еще медленнее умножения, поэтому компилятор будет также выкручиваться:

Следует сказать, что для этого кода я выбрал компилятор существенно более поздней версии (gcc 7.2), до этого я приводил в пример gcc 4.4.7. Для ранних примеров существенных отличий не было, для этого примера они используют разные инструкции в 5ой строчке кода. И пример, сгенерированный 7.2, мне сейчас легче вам объяснить.

Стоит обратить внимание, что теперь переменная a находится в стеке по смещению 4, а не 8 и сразу же забыть об этом незначительном отличии. Ключевые моменты начинаются с mov edx, eax. Но пока пропустим значение этой строки. Инструкция shr осуществляет двоичный сдвиг вправо (т. е. деление на 2, если бы было shr edx, 1). И тут некоторые смогут подумать, а почему, действительно, не написать shr edx, 1, это же то, что делает код в Си? Но не все так просто.

Давайте проведем небольшую оптимизацию и посмотрим на что это повлияет. В действительности, мы нашим кодом выполняем целочисленное деление. Так как переменная «a» является целочисленным типом и 2 константа типа int, то результат никак не может получиться дробным по логике Си. И это хорошо, так как делить целочисленные числа быстрее и проще, но у нас знаковые числа, а это значит, что отрицательное число при делении инструкцией shr может отличаться на единицу от правильного ответа. (Это все из-за того, что 0 влезает по середине диапазона для знаковых типов). Если мы заменим знаковое деление на unsigned:

То получим ожидаемое. Стоит учесть, что godbolt опустит единицу в инструкции shr, и это не скомпилируется в NASM, но она там подразумевается. Измените 2 на 4, и вы увидите второй операнд в виде 2.

Теперь посмотрим на предыдущий код. В нем мы видим sar eax, это то же самое, что и shr, только для знаковых чисел. Остальной же код просто учитывает эту единицу, когда мы делим отрицательное число (или на отрицательное число, хотя код немного изменится). Если вы знаете, как представляются отрицательные числа в компьютере, вам будет не трудно догадаться, почему мы делаем сдвиг вправо на 31 разряд и добавляем это значение к исходному числу.

С делением на большие числа, все еще проще. Там деление заменяется на умножение, в качестве второго операнда вычисляется константа. Если вам будет интересно как, можете поломать над этим голову самостоятельно, там нет ничего сложного. Нужно просто понимать, как представляются вещественные числа в памяти.

Заключение

Для первой статьи материала уже больше, чем достаточно. Пора закруглятся и подводить итоги. Мы ознакомились с базовым синтаксисом ассемблера, выяснили, что компилятор может брать на себя простейшие оптимизации при вычислениях. Увидели разницу между регистровыми и стековыми переменными. И некоторые другие вещи. Это была вводная статья, пришлось много времени уделять очевидным вещам, но они очевидны не для всех, в будущем мы постигнем больше тонкостей языка Си.

Источник