强化阶段笔记

1. x86 汇编

1.1. 汇编语言基础

• 通用寄存器：EAX，EBX，ECX，EDX。可以存放任何数据。

  • A, B, C, D 为标号，E = Extended 表示 32 bit，X 表示未知。
  • 可以只用低 16 位，即 AX, BX, CX, DX。
  • 低 16 位又进一步分为低 8 位和高 8 位，分别用 AL, AH, BL, BH 等表示。

• 变址寄存器：ESI，EDI。用于线性表（数组）和字符串处理。

  • I = Index，S = Source，D = Destination。

• 堆栈寄存器：EBP，ESP。实现函数调用。

  • EBP 为栈基（栈底）指针，ESP 为栈顶指针。

• 寄存器常见用途

  

1.2. 数据传送指令

以下都用 Intel 格式为例（前面是目的数后面是源数）。若是 ATMT 格式则反过来。考试中会有说明。

1. mov
   • 格式：mov 目的操作数, 源操作数
   • 将源数（寄存器、主存或立即数）送至目的数（寄存器或主存）。
   • 目的数不能为立即数，也不能直接指向内存地址，例如 mov [1234H], eax。必须用寄存器辅助。
2. push
   • 格式：push 操作数
   • 将操作数压入栈。常用于函数调用。
   • RECALL 压栈过程：ESP 先减 4，再将操作数送 ESP 地址。出栈先读出 ESP，再 ESP 自增 4。
3. pop
   • 格式：pop 目的操作数
   • 和 push 相反。将栈顶数出栈，送到目的操作数（寄存器或主存）。目的数不能为立即数。

1.3. 算术运算和逻辑指令

1. add/sub
   • 格式：add/sub 目的操作数, 源操作数
   • 目的数加上/减去源操作数，结果送目的数。注意减法时目的数作为被减数。目的数不能为立即数。
2. inc/dec
   • 格式：inc/dec 操作数
   • 将操作数（寄存器或主存）自增或自减 1.
3. imul
   • 格式：(1) imul 目的操作数, 源操作数，(2) imul 寄存器, 操作数 1, 操作数 2
   • 带符号数相乘。
     • 格式 1，两个数相乘，结果送目的数（寄存器或主存）。
     • 格式 2，操作数 1 和 2 相乘，结果送寄存器。第一个数只能是寄存器。
   • 溢出时，置 OF = 1，CPU 会调用溢出异常处理程序。
4. idiv
   • 格式：idiv 操作数
   • 带符号整数除法。只有一个操作数作为除数，被除数默认为 eax。
   • eax 视为 64 位，除法结果商送 eax，余数送 edx。
5. and/or/xor
   • 格式：and/or/xor 目的操作数, 源操作数
   • 两个操作数按位与/或/异或运算。结果送目的数（寄存器或主存）。
6. not/neg
   • 格式：not/neg 操作数
   • 将操作数按位取反/取负值。单操作数指令，操作数不能为立即数。
7. shl/shr
   • 格式：shl/shr 目的操作数, 源操作数
   • 将目的数左移/右移指定位数，用源数给出。源数一般为立即数，有时也用寄存器。
   • 目的数一般为寄存器，不能为立即数。

1.4. 控制流指令

x86 维护一个寄存器 IP，等效于 PC。IP 不能直接操作，但可以用控制指令来修改。

1. jmp
   • 格式：jmp label
   • 无条件跳转指令。将 IP 直接修改到 label 所指示的指令地址。
2. j+condition
   • 格式：je/jne/jz/jnz/... label
   • 有条件跳转指令。满足条件时等价于 jmp，否则不执行任何操作。
   • 本质上是对 PSW 中的标志位进行判断。所以通常需要在上一条指令用 cmp/test 指令修改 PSW。
3. cmp/test
   • 格式：cmp/test 目的操作数, 源操作数
   • cmp：比较目的操作数和源操作数，根据比较结果修改 PSW。
   • test：两个操作数按位与运算。根据结果是否为 0 修改 ZF。
4. call/ret
   • 格式：call [子程序]，ret
   • 实现子程序的调用和返回。
   • call：先将当前 IP 入栈，然后无条件跳转到子程序入口地址。
   • ret：从栈顶弹出保存的 IP，然后无条件跳转到指向的地址。

1.5. 扩展：函数调用与栈帧

• 栈帧：函数运行过程中为了存储形参和一些局部变量，需要占据的一段栈地址范围。

• enter 和 leave 指令：enter 用于为被调用的函数创建栈帧，修改 ebp 和 esp。leave 在函数返回时清理栈帧，恢复调用前的 ebp 和 esp。由基本的 mov 和 push 指令组成。

  • enter 指令

  ; enter
  ; num_bytes 为被调用函数需要的栈空间大小
  
  push ebp             ; 当前 ebp 压栈保存
  mov ebp, esp         ; 将当前 ebp 置为 esp
  sub esp, num_bytes   ; esp 减去 num_bytes, 指向新的栈顶. num_bytes 为新函数的栈帧大小
  
  ; 新的 ebp 指向被保存的原来 ebp 的栈单元地址

  • leave 指令

  ; leave
  
  mov esp, ebp         ; 将当前 esp 置为 ebp
  pop ebp              ; 被保存的 ebp 出栈, 赋给当前 ebp, 同时 esp 自增, 恢复原来的状态

• 一般函数调用过程

  ; 被调用函数 sub
  
  sub:
  enter
  ...        ; 其他代码
  ...
  leave      ; 清理栈帧
  ret        ; 返回
  
  ; 调用方 main
  
  main:
  ...        ; 其他代码
  call sub   ; 调用 sub