如何看懂 x86 汇编（ATT 版）

上次学 CSAPP 的时候学过 AT&T 格式的汇编，当时觉得简单就没记笔记，结果现在基本忘完了。

我决定分为这几步来介绍：基本语法、关联知识、常见套路、相关工具。

基本语法

操作数修饰

寄存器使用 % 前缀。

立即数使用 $ 前缀。

指令格式

opcode src, dest

指令后缀

如果省略后缀，GAS 会从 oprand 的大小来决定。

GNU汇编器（GNU Assembler），简称为 GAS，是由GNU计划所使用的汇编器

寄存器

寄存器的命名规则

寄存器还有修饰。

• r- 表示 64 位的寄存器，例如 %rax

• e- 表示 32 位的寄存器，例如 %eax

• 没有，表示 16 位的寄存器，例如 %ax

• x 换成 l 表示低位。例如 %al 表示 %ax 的低 8 位。

• x 换成 h 表示高位。例如 %ah 表示 %ax 的高 8 位。

寄存器使用约定

x86 调用约定（不同编译器可能不遵守）：

• %rax：用作返回值寄存器

• %rip：指令指针寄存器，存放下条指令的地址

函数调用时

如果参数数量小于等于 6，就通过 %rdi、%rsi、%rdx、%rcx、%r8、%r9 的寄存器来传递参数，分别对应函数的第 1 ~ 6 个参数。

如果参数数量大于 6，就需要通过栈来传递。传递时对齐 8 字节。

调用者保存寄存器和被调用者保存寄存器

Caller saved: %rdi, %rsi, %rdx, %rcx, %r8, %r9, %r10, %r11 Callee saved: %rbx, %rbp, %rsp, %r12, %r13, %r14

寻址

通用形式

Imm(rb,ri,s) 

其中Imm为立即数，表示一个偏移量，rb则为基址寄存器，ri为变址寄存器，s为比例因子。

有效地址被计算为：

Imm + rb + ri * s 

重要的指令

call

• 负责将被调指令地址写入 rip

• 还要负责将返回地址压入栈中

push / pop

push把数据压入栈。等价于：先减去栈指针的值，然后将压入数据的值写入栈顶。

1pushl $0x1234
2// 等价于
3sub $0x4， %rsp
4movl $0x1234 (%rsp)

pop 把数据弹出栈，是 push 的逆变换。等价于：把栈顶数据写入操作数，然后增加栈指针的值。

1popq %rax
2// 等价于
3movq (%rsp), %rax
4addq $8, %rsp

跳转

位拓展

当我们将较小的值传送到较大的值时，如将16位的值传送到32位中，我们便需要对高位进行处理。

• movz 将剩余字节填充为0

• movs 将设关于字节填充为最高位

注意没有将4字节0拓展为8字节的指令，但根据我们的特殊规则，生成4字节的指令会把高4字节置为0。

关联知识

格外需要注意栈是头朝下（从高地址向低地址增长）的

栈帧布局：

（上图注释者 xiehongfeng100）

CPU 并不能超然地“看”到整个栈。%rsp 和 %rbp 都可以被称为栈指针（stack pointer）。

• %rsp 是栈顶指针，它指示栈顶的位置。

• %rbp 是栈基址指针，它指向当前栈底的位置，它是历史栈顶的快照，因此也充当各栈帧的分隔符。

通过 %rbp，内存中串起一个栈帧链表。只要不断对其解引用就可以回溯到最前面的栈帧。

常见套路

subq $16, %rsp

常见于调用另一个函数前。作用：预留栈空间，从而存入参数。

后面通常是跟 movq $val, (%rsp) 这样的指令，用于将参数压栈。并且从 16 可以看出要压入两个参数。调用完之后，会通过 addq $16, %rsp 来释放栈空间。

局部变量需要字节对齐

实例分析

手把手带你看汇编

1int32_t square(int32_t num) {
2    int k = 10;
3    return 5 * num + 6 - k;
4}

 1square:
 2        // 注意，此时 create_obj 的栈帧还未构建完毕
 3        // 因此 rsp 虽然是栈顶指针，但起始指向的是上一个汉奸的栈顶
 4        // 同时 rbp 也是指向上一个函数的栈底
 5        pushq   %rbp                // 保存前一个栈帧栈底到当前栈顶。
 6                                    // 这是为了让上一个函数调用后能恢复它栈底的值到 %rbp。
 7        movq    %rsp, %rbp          // 保存当前栈顶的值到 `%rbp`，作为当前函数的栈底指针的值。
 8        movl    %edi, -20(%rbp)     // 将函数的第一个参数 num 保存到当前函数的栈底 -20 处。
 9        movl    $10, -4(%rbp)       // 将函数的第一个局部变量 k 保存到当前函数的栈底 -4 处。
10        movl    -20(%rbp), %edx     // 将变量 num 保存到 %edx 中。
11        movl    %edx, %eax          // 将变量 num 保存到 %eax 中。
12        sall    $2, %eax            // 将变量 num 乘以 4。(左移 2 相当于乘以 4) 得到 %eax = num * 4。
13        addl    %edx, %eax          // 将变量 %eax 加上 %edx ，即 %eax = num * 4 + num = num * 5。
14        addl    $6, %eax            // 将变量 %eax 加上 6，即 %eax = num * 5 + 6;
15        subl    -4(%rbp), %eax      // 将变量 %eax 减去 k ，即 %eax = num * 5 + 6 - k;        
16        popq    %rbp                // 将栈顶保存到 %rbp 中，并释放栈帧。
17        ret