【汇编】汇编系列七 - AT&T汇编

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一、其他汇编

1.1. Win32汇编 - 寄存器

如eax、ebx、ecx、edx、eip、esp、ebp、esi、edi等都是32位的寄存器（相比8086汇编只是在指令前面加了e前缀）。

CPU段寄存器有两个不同的工作方式：实模式、保护模式。
实模式：使用段地址:偏移地址的方式访问内存数据。
保护模式：装入段寄存器的不再是段地址，而是段选择符（Segment Selector），在编程过程中，使用偏移地址直接寻址即可。

除了8086使用的是实模式，其他汇编都是保护模式。

1.2. Win64汇编 - 寄存器

在Win64中，寄存器前缀是R，寄存器的数量也变多了。但是基本用法和8086没有太大差别。

二、AT&T汇编

2.1. AT&T汇编和Intel汇编的区别

基于x86架构的处理器所使用的汇编指令一般有2种格式。

  • Intel汇编
    • DOS（8086处理器）、Windows
    • 编译器：VC
  • AT&T汇编
    • Linux、Unix、MacOS、iOS模拟器
    • 编译器：GCC（Xcode的LLVM编译器也是基于GCC）

AT&T（American Telephone & Telegraph的缩写，读作“AT and T”），是一家美国电信公司的名称。对应的AT&T汇编指令就是这家公司制定的。

作为iOS开发工程师，最主要的汇编语言是AT&T汇编（iOS模拟器）和ARM汇编（iOS真机）。

指令的区别：

寻址方式的区别：

AT&T和ARM指令名称也不太一样：

2.2. 寄存器

64位AT&T有16个常用64位寄存器：

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%rax、%rbx、%rcx 、%rdx、%rsi、%rdi、%rbp、%rsp
%r8、%r9、%r10、%r11、%r12、%r13、%r14、%r15

寄存器的具体用途：

  • %rax作为函数返回值使用
  • %rsp指向栈顶，%rbp用于辅助栈操作
  • %rdi、%rsi、%rdx、%rcx、%r8、%r9、%r10等寄存器用于存放函数参数

r前缀的寄存器是64位寄存器，在代码中变量值会在编译时就确定使用64位、32位、16位、8位寄存器。比如一个数值很小的数，使用32位寄存器就可以满足，使用的就是e前缀，如果数值很大，32位寄存器满足不了时，就会使用64位寄存器，使用的是r前缀。如果寄存器不够用会使用栈。

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int sum(int a, int b) {
		return a + b;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
		int c = sum(1, 2);
		NSLog(@"%d", c);
		return 0;
}

// 汇编
sum:
	0x100000ef0 <+0> pushq %rbp							; 保护bp指针
  0x100000ef1 <+1> movq %rsp %rbp					; 保护sp指针
  0x100000ef4 <+4> movl %edi, -0x4(%rbp)	; 寄存器edi的值给局部变量（rbp-0x4）
  0x100000ef7 <+7> movl %esi, -0x8(%rbp)	; 寄存器esi的值给局部变量（rbp-0x8）
  0x100000efa <+10> movl -0x4(%rbp), %esi	; 局部变量（rbp-0x4）的值给寄存器esi
  0x100000efd <+13> addl -0x8(%rbp), %esi	; 局部变量（rbp-0x8）的值和寄存器esi的值相加再赋值给esi
  0x100000f00 <+16> movl %esi, %eax				; 寄存器esi的值给寄存器eax（函数返回值）
  0x100000f02 <+18> popq %rbp							; 恢复bp
  0x100000f03 <+19> retq									; 返回（退出函数）

2.3. 栈帧

AT&T汇编和8086汇编的栈帧有点不太一样，但是本质都差不多。

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long temp(long a, long b, long c) {
  	long xx = a * b * c;
  	long yy = a + b + c;
	  long zz = xx + yy;
  	long sum = xx + yy + zz;
  	return sum + 10;
}

因为temp函数仅有3个实参，调用它不要求栈使用，因为所有的实参都适用寄存器。另外，因为它是一个叶子函数，gcc选择对其所有局部变量使用红区。因此无需减少rsp来为这些数据分配空间。

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long test(long a, long b, long c, long d, long e, long f, long g, long h) {
		long xx = a * b * c * d * e * f * g * h;
		long yy = a + b + c + d + e + f + g + h;
		long zz = temp(xx, yy, 6);
		return zz + 10;
}

由rsp指向位置以外128字节的区域被视为保留的，不应该被信号或中断处理句柄改写。因此，函数可以将这个区域用于无需跨越函数调用的临时数据。特别的，叶子函数可以将这个区域用作它们整个栈帧，而不是在prologue与epilogue中调整栈指针。这个区域称为红区。
简单地说，红区是一个优化。代码可以假定rsp以下128个字节不会被信号或中断处理句柄破坏，因此可以用于临时数据，无需显式地移动栈指针。最后一句是这个优化所在——递减rsp并保存它是在对数据使用红区时，可以被节省的两条指令（rsp减和rsp加）。
不过，记住红区将被函数调用破坏，因此它通常在叶子函数（不调用其他函数的函数）中最有用。

总结：叶子函数在AT&T汇编中是做了优化的，因为叶子函数中不会调用其他函数（没有新的栈帧），所以rsp不需要移动就可以保证当前栈帧的稳定性。

三、LLDB常用指令

  • 读取寄存器的值

    • 格式：register read/格式 寄存器名称
    • 例：register read/x rax，意思是读取寄存器的值，格式是十六进制。如果不写寄存器名称，会把所有寄存器都列出来。

  • 修改寄存器的值

    • 格式：register write 寄存器名称 数值
    • 例：register write $rax 0

  • 读取内存中的值

    • 格式：x/数量-格式-字节大小 内存地址
    • 例：x/3xw 0x0000010，意思是：读取3组16进制形式展示的数据，每组4个字节

  • 修改内存中的值

    • 格式：memory write 内存地址 数值
    • 例：memory write 0x0000010 10

  • expression 表达式可以简写为expr 表达式，例如：expression $rax，expression $rax = 1

  • p或print 表达式：打印信息

  • po 表达式：全拼：print-object，打印对象，该命令还可以执行一些函数

  • po/x $rax：打印寄存器rax存储的内容（十六进制格式）。

  • po (int)$rax：打印寄存器rax存储的内容（十进制）。

  • 格式：

    • x：十六进制
    • f：浮点
    • d：十进制

  • 字节大小：

    • b： byte，1字节
    • h：half word，2字节
    • w：word，4字节
    • g：giant word，8字节

更多指令参考 help expression。

代码调试运行指令：

  • thread step-over

    • 简写：next 和 n
    • 单步运行，把子函数当做整体一步执行（源码级别）

  • thread step-in

    • 简写：step 和 s
    • 单步运行，遇到子函数会进入子函数（源码级别）

  • thread step-inst-over

    • 简写：nexti 和 ni
    • 单步运行，把子函数当做整体一步执行（汇编级别）

  • thread step-inst

    • 简写：stepi 和 si
    • 单步运行，遇到子函数会进入子函数（汇编级别）

  • thread step-out

    • 简写：finish
    • 直接执行完当前函数的所有代码，返回到上一个函数（遇到断点会卡主）