算法下午茶系列-重温汇编(1)[AT&T汇编基础]

     汇编在LINUX系统下的意义远远大于WINDOWS系统，LINUX内核部分代码就是汇编编写的。然后，绝大多数 Linux 程序员以前只接触过DOS/Windows 下的汇编语言，这些汇编代码都是 Intel 风格的。但在 Unix 和 Linux 系统中，更多采用的还是 AT&T 格式，两者在语法格式上有着很大的不同，因此应对AT&T汇编应有一个基本的了解和熟悉。 

    我们在LINUX下用C编写一段最简单的helloworld程序，命令为hello.c

#include <stdio.h>
 int main()
{ 
printf("hello,world\n");
 exit(0); 
} 

然后，使用GCC编译，同时使用-s参数生成中间汇编代码，看看AT&T汇编的真实面目


gcc -S  hello.c

 

 

.file	"hello.c"

	.section	.rodata

.LC0:

	.string	"hello,world"

	.text

.globl main

	.type	main, @function

main:

	pushl	%ebp

	movl	%esp, %ebp

	andl	$-16, %esp

	subl	$16, %esp

	movl	$.LC0, (%esp)

	call	puts

	movl	$0, (%esp)

	call	exit

	.size	main, .-main

	.ident	"GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"

	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

 

汇编器（assembler）的作用是将用汇编语言编写的源程序转换成二进制形式的目标代码。Linux 平台的标准汇编器是 GAS，它是 GCC 所依赖的后台汇编工具，通常包含在 binutils 软件包中。
AT&T汇编主要有以下特点：
1、在 AT&T 汇编格式中，寄存器名要加上 '%' 作为前缀。

如：

把eax寄存器的内容复制到ebx中

movl %eax,%ebx
2、用 '$' 前缀表示一个立即操作数。

如：将1复制到eax中

movl $1, %eax
3、目标操作数在源操作数的右边

movl %eax,%ebx
eax是源操作数，ebx是目标操作数
4、在 AT&T 汇编格式中，操作数的字长由操作符的最后一个字母决定，后缀'b'、'w'、'l'分别表示操作数为字节（byte，8 比特）、字（word，16 比特）和长字（long，32比特）

比如:

movl对32位进行操作，将eax寄存器32位的内容复制到ebx中

movl %eax, %ebx

movw对16位进行操作，将ax寄存器的内容复制到bx中

movw %ax, %bx

movb对8位进行操作，将al寄存器的内容复制到bl中

movb %al, %bl

 

我们再以入栈为例:

pushl %ecx  # 32位ecx的内容入栈

pushw %cx   # 16位ecx的内容入栈

pushl $180  # 80做为一个32位整数入栈

pushl data  # data变量内容入栈，长度为32位

pushl $data # 这一个操作很特别，在变量前面加上$表示取变量的地址，这是将data变量的地址入栈
5、在 AT&T 汇编格式中，绝对转移和调用指（jump/call）的操作数前要加上'*'作为前缀
6、远程转移指令和远程子调用指令的操作码，在 AT&T 汇编格式中为 ljump和lcall
我们从生成的中间代码可以看出这几个特点。

我们再来看一段用AT&T汇编编写的helloworld程序

 

.section .data#初始化的变量
output:
   .ascii "hello,world\n"
   #要打印的字符串，.data为初始化值的变量。output是标签，指示字符串开始的位置，ascii为数据类型
.section .bss#未初始化的变量，由0填充的缓冲区
   .lcomm num,20
   #lcomm为本地内存区域，即本地汇编外的不能进行访问。.comm是通用内存区域。
.section .text#汇编语言指令码
   .globl _start#启动入口
   _start:
   movl $4,%eax#调用的系统功能,4为write   
   movl $output,%ecx#要打印的字符串
   movl $1,%ebx#文件描述符，屏幕为1   
   movl $12,%edx#字符串长度
   int $0x80#显示字符串hello,world
   
   movl $0,%eax
   movl $num,%edi
   movl $65,1(%edi)#A 的ascii
   movl $66,2(%edi)#B 的ascii 
   movl $67,3(%edi)#C 的ascii 
   movl $68,4(%edi)#D 的ascii
   movl $10,5(%edi)#\n的ascii 
   
   movl $4,%eax#调用的系统功能,4为write    
   movl $num,%ecx#要打印的字符串  
   movl $1,%ebx#文件描述符，屏幕为1   
   movl $6,%edx#字符串长度
   int $0x80#显示字符串ABCD
         
   movl $1,%eax#1为退出
   movl $0,%ebx#返回给shell的退出代码值

   int $0x80#内核软中断，退出系统
   
   
   

 我们对上面这段汇编代码的结构和内容进行解说：

1、.section .data段存放着初始化的变量， .section .bss段存放着未初始化的变量

2、变量的定义采用以下格式：

变量名：

  变量类型 变量值

上面代码中的output变量就是这么定义的

output:
   .ascii "hello,world\n"

下面例子定义了多个变量

.section .data
msg:
.ascii “This is a text”
x:
.double 109.45, 2.33, 19.16

y:
.int 89

z:
.int 21, 85, 27

 

.equ  a 8

 

其中，msg为字符符，x为双精度符点数，y和z为整数，a是一个特别的定义，它的是一个静态变量的定义，使用.equ 变量名 变量值来实现

3、.section .bss段中变量访问区域的定义规则为：

lcomm为本地内存区域，即本地汇编外的不能进行访问，而.comm是通用内存区域

比如上面的定义

 .lcomm num,20  

num为本地内存区域。

4、section .text段为汇编语言指令码，使用.globl _start指示_start标记后的代码为程序启动入口。

5、#表示注释，上面代码的其它部分均有注释，有汇编基础的程序员应很容易理解

 

变量的类型有以下几种：

.ascii 文本字符串

.asciz 以NULL结束的文本字符串

.byte  字节值

.double 双精度符点数

.float 单精度符点数

.int 32位整数

.long 32位整数

.octa 16位整数

.quad 8位整数

.short 16位整数

.single 单精度符点数

 

此外，AT&T汇编经常会涉及字节顺序反转，比较加载，交换,压入弹出所有寄存器等操作，以下例子涉及了这些操作，

每行代码都有详细的注释。 

 

.section .text
  data:
   .byte 0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01,0x01#8字节
.globl main
main:
  movl $0x12345678,%edx
  bswap %edx#反转字符顺序 ,结果为0x87654321 
  movl %edx,%eax
  movl $1,%ebx
  xadd %ebx,%eax#交换%eax和%ebx的值，并相加，结果放在目标位置%eax
  cmpxchg %edx,%ebx#如果目标操作数%ebx等于%eax、16位是ax,8位是al，则把源操作数%edx的值加载到%eax中、16位
  #是ax,8位是al，如果不等，则把目标操作数%ebx加到源操作数%edx加载到%eax中、16位是ax,8位是al
  
  
  movl $2,%edx#高位
  movl $3,%eax#低位
  cmpxchg8b data#如果%edx:%eax组成的8字节值与目标值data匹配，则把%edx:%eax组成的8字节值传送到目标内存位置
  #，否则将目标值data加载到%edx:%eax
pushad 
popad
#pusha/popa 压入弹出所有16位通用寄存器
#pushad/popad 压入弹出所有32位通用寄存器 
#pushf/popf 压入弹出EFLAGS寄存器的低16位
#pushf/popf 压入弹出EFLAGS寄存器的全部32位
  

 

AT&T汇编关于地址和取地址操作的示例代码如下：

.section .data
   mynum:
   .int 8
   mygs:
   .asciz "%x----%x----%x\n"
.section .text
   .globl main
   main:
   	  leal mynum,%eax #将mynum地址复制到%eax  
   	  movl (%eax),%ebx#将%eax内地址所指内容复制到%ebx
   	  movl mynum,%ecx#将mynum内容复制到%ecx中
      
   	  push %ecx
   	  push %ebx
  	  push %eax
   	  push $mygs
   	  call printf
   	  
   	  push $0
   	  call exit
   	  

 

 

乘法和除法操作如下：

 

.section .data

.section .text

  .globl main

  main:

    movl $2,%eax

    movl $5,%ebx

    mul  %ebx#%eax*%ebx->%eax，无符号乘法

    movl $-2,%eax

    movl  $5,%ebx

    imul  %ebx#%eax*%ebx->%eax，有符号乘法 

 #除法使用dev和idev(有符号)

 

 

引用来源：
1、http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-assembly/

扩展阅读：

《Professional Assembly Language》  作者: Richard Blum



如果转载请注明来源，如有错误之处，请及时指出。