深入理解電腦系統（3.2）---資料格式、訪問資訊以及運算元指示符

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引言

 

　　本文的內容其實可以成為組合語言的基礎，因為組合語言大部分時候是在操作一些我們平時開發看不到的東西，因此本文的目的就是搞清楚，組合語言都是在操作些什麼東西。或者更準確的說，各種彙編指令都是在操作什麼樣的對象。

 

彙編層次的對象

 

　　在平時的開發過程中，CPU處理器的狀態對開發人員是隱藏的，我們看不到CPU當中各個對象的狀態。但是在組合語言中，我們可以清楚的看到這些對象的狀態，其中CPU主要包含以下幾個對象。

　　程式計數器（PC）：記錄下一條指令的地址。

　　整數寄存器檔案：共8個，可以儲存一些地址或者整數的資料。

　　條件寄存器：儲存算數或邏輯指令的狀態資訊，可以實現程式的流程式控制制。

　　浮點寄存器：儲存浮點數。

　　可以看出，這些都是CPU處理器當中的對象，上一章我們寫過一個簡單的C程式，相信如果不是看了彙編代碼，各位也都看不出來在程式運行過程中，CPU當中這些對象都在做著一些什麼樣的操作，又在儲存著一些什麼樣的內容。

 

資料的格式

 

　　在上一章當中，幾乎所有的彙編指令後面都有一個字母l，比如movl、addl、subl、pushl等等，這個l的尾碼其實就是表示的資料格式，表示我們操作的是32位的數值。

　　在電腦從16位擴充到32位，以至於當前的64位來講，資料格式就一直在變。但是曆史總會多少影響著未來的走向，因此我們習慣稱16位為“字”，而32位則為“雙字”，相應的，64位則為“四字”。

　　以下我們以IA32架構為例，來看一下各個資料格式對應的尾碼是什麼。

　　圖當中已經介紹的比較清楚，LZ這裡就不再廢話了。需要一提的就是，long long int在IA32架構中是不支援這種資料格式的，因此就沒有列出它的尾碼。另外，long double是一種擴充類型，通常採用12個位元組來表示。

　　上面的圖示使用的方式很簡單，比如mov指令，它是一個資料傳送的指令，那麼movb就代表傳送一個位元組的資料，movw就代表傳送兩個位元組的資料，而movl就代表傳送四個位元組的資料。

 

寄存器

 

　　寄存器是CPU當中非常重要的對象，一般情況下，很多臨時變數都會儲存在這裡，就像上一章當中的臨時變數t，在最佳化之後，t將不再進入主存，而只留在寄存器當中。這樣可以提高程式啟動並執行速度，因為寄存器的速度要高於主存，而且在寄存器與主存之間傳輸資料，也是十分耗時間的一件事。

　　下面是一張書中的寄存器圖示，它基於IA32架構給出。

　　可以看到，對於%esp和%ebp寄存器來講，圖中標註了它們分別是棧指標以及幀指標。而對於另外六個寄存器來講，它們大部分時候是一樣的，但是還是有些許的不同。

　　比如%eax寄存器，它很多時候用來儲存函數的傳回值。而對於%eax、%ecx、%edx、%ebx來講，它們都可以被訪問單獨的位元組。另外需要一提的是，這八個寄存器都可以被訪問雙位元組。

　　除了以上的區別之外，對於%eax、%ecx、%edx和%ebx、%esi、%edi來講，它們的使用慣例也有些許不同，這個在後面我們將深入討論。這裡各位只要大概認識一下這八位神仙就行了。

 

運算元指示符

 

　　運算元指示符這個稱謂是書上給的，但LZ覺得這個概念不太容易理解，運算元指示符其實指的就是一種取值的標識方式，用來擷取參與各種操作的運算元。

　　這些標識方式一共有三種，一種是$符號後跟一個標準C表示的整數，比如$100，$0x11等等。第二種則是寄存器，當它作為一個運算元的時候，則是取的寄存器當中的數值。另外，對於寄存器來說，也可以選擇性的操作4個、2個、1個位元組，而並不一定非要操作4個位元組。最後一種，則是我們相對來說最熟悉的，就是儲存空間或者說記憶體。當它作為一個運算元的時候，會去計算儲存空間地址的數值，然後去這個地址取相應的數值。

　　對於這三種運算元的標識方式，在書中給出了一個表格，這裡LZ貼一下。

　　第一列是代表的類型，而第一行則是指的立即數，第二行則是指的寄存器，而剩下的都是儲存空間了。對於立即數和寄存器來講，比較好理解，就是直接取值或者取寄存器的值。而對於儲存空間來講，則有很多種情況，不過我們也可以看出，上面所有的情況，其實都是最後一種的特殊情況。Imm(Eb,Ei,s)是儲存空間取值的一般形式，比如當Imm為0時，則是倒數第二種取值方式。對於其它的形式，也可以使用同樣的方式推算出來。

　　由於儲存空間相對來說，理解起來比較困難一點。因此這裡LZ舉個簡單的例子，比如對於4(%esp,%eax,4)這個運算元來講，它代表的是記憶體位址為4+%esp+4*%eax的儲存空間地區的值。

　　運算元是大部分指令都有的，因此上面的這些標識方式，在之後的文章中我們會經常看到，它們將會成為各位猿友很好的朋友。

 

文章小結

 

　　本章只介紹了一些彙編當中基礎的知識，這些內容相對來講不是特別困難，但卻是開啟後面神秘大門的鑰匙。因此倘若有哪位猿友不是太理解本章的內容的話，LZ希望各位可以從實踐入手去理解一下本章的內容。這一點可以結合上一章來看，從上一章給出的彙編代碼中尋找資料格式、運算元以及寄存器的部分，這應該是十分輕鬆的，因為上一章的彙編代碼中充斥著這三個部分的內容。

深入理解電腦系統（3.2）---資料格式、訪問資訊以及運算元指示符