《深入理解计算机系统》练习题3.27-3.28 被调用者保存寄存器栈指针

比眉伴天荒 2022-04-14 06:56 146阅读 0赞

# 3.27 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2FubGlhbjUyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
要求你将书中的阶乘函数，利用guarded-do的翻译策略，转换成c的goto版本，答案如上图。  
注意第一次测试为`if(n <= 1)`，这是因为，第一次测试实际是`2 <= n`，它的反面是`2 > n`即`n < 2`即`n <= 1`。

# 3.28 反转x的二进制 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2FubGlhbjUyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
题面上的汇编如上，在用汇编推理c语句时，对于for循环的测试条件，我刚开始没有想通，因为没有看见cmp指令。  
原理：`jne .L10`是检测ZF标志位的，与它最近的语句`subq $1, %rdx`是有可能置ZF为1的，当%rdx为0时。

long fun_b(unsigned long x){ 
    	long val = 0;
    	long i;
    	for(i = 64; i != 0; i--){ 
    		val = (val << 1) | (x & 0x1);
    		x >>= 1;
    	}
    	return val;
    }

此函数用来获得x的二进制的反转。  
`x & 0x1`获得当前x的第0位的数。`val << 1`将已经存储的二进制数移到更高一位上去。`x >> 1`既然当前x的第0位已经存储在了val，那么便丢弃掉第0位，右移1位，把第1位的数作为新的第0位的数。

# 3.7.5 寄存器中的局部存储空间 #

除了栈指针%rsp外，寄存器分为**被调用者保存**寄存器，和**调用者保存**寄存器。

在过程P调用Q时，如果值放在了被调用者保存寄存器中，那么它们的值在Q返回到P时，与P刚调用Q时，是一样的。**Q如何保证这些值不变（要么不去碰它，要么暂时先放入栈帧中），对于P来说不用知道，因为对于P来说是透明的，P只需要在调用Q之前，将需要存储的值放入这些被调用者保存寄存器即可。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2FubGlhbjUyMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
对于如上汇编代码，有三点需要注意：  
1.两次push和两次pop。`pushq %rbp`和`pushq %rbx`先将寄存器中的值放入栈中，注意两个都是被调用者保存寄存器。也许你会觉得奇怪，第5和第8行已经按照要求，在调用Q之前把需要存储的值存入到了`%rbp %rbx`，为什么还要把`%rbp %rbx`的刚开始的值入栈存起来呢。

这是因为，刚开始的时候`%rbp %rbx`这两个寄存器可能就已经存了需要保存的值，但因为调用Q所以`%rbp %rbx`要暂时另作它用。换个角度说，当前的调用者P可能是别的过程的被调用者。这也就是原文中的“当然，要先把之前的值保存到栈上”这句话的意思。

2.为了存调用返回地址，需要手动分配栈空间。`subq $8, %rsp`这里分配的8字节栈空间，存了两次调用返回地址（分别是第8行和第11行的指令的地址），这里的8字节栈空间是被第二次利用了。

3.注意`pushq %rbp`和`pushq %rbx`和`subq $8, %rsp`的顺序，它们与后面第12、13、14行指令的顺序，这里是符合栈的先进后出的。

# 栈指针%rsp #

阅读了这么多汇编代码后，总结下栈指针%rsp。  
1.栈指针%rsp它其实不算是个寄存器，顾名思义，它是一个指针，指向当前栈顶地址。

2.比如`%rax`，它一个普通的寄存器，取`%rax`时，就会取它装有的8字节数据，可能它是个指针；取`(%rax)`时，则成了内存引用，会取出这个指针指向的数据；  
而`%rsp`，它是栈指针，取`%rsp`时，返回的是当前栈指针的地址形如`0x7fffffffe820`；取`(%rsp)`时，则可能取出从820-827这8个字节里面存的数据；而一般来说，我们不需要取`%rsp`，因为要栈顶地址来根本没用啊。

# 指针的理解 #

数据在计算机中是一个一个字节存的，而每个字节都有一个序号，我们称这些字节序号为地址，或指针。  
这个序号的表示范围为8个字节的表示范围，8\*8=64，即可以用64二进制来表示一个地址。按照无符号数来说，这个序号的范围是0 ~  2 64 − 1 2^\{64\}-1 264−1。由于一个十六进制数可以表示4位二进制，而一个字节是8位二进制，所以一个字节的值可以用两个十六进制数来表示，而地址可以用16个十六进制数来表示。

以`movq (%rdi), %rax`为例，假设8字节寄存器`%rdi`存的是一个指针，即字节序号，这里假设为A。`(%rdi)`为内存引用，配合movq（q为四字，8字节），这条指令就会取A,A+1,A+2…A+6,A+7这8个字节存的数据，再放到`%rax`这个8字节寄存器中（取的是8字节的数据，容器的量也是8字节，肯定没有问题）。

接上一条指令，`movq %rax, (%rsi)`，首先会取出8字节的数据来，假设`%rsi`寄存器存的是一个指针，地址为B，配合movq（q为四字，8字节），这条指令会取出的8个字节的数据，分别放到B,B+1,B+2…B+6,B+7这8个字节中。

注意内存引用时，括号内的寄存器必为8字节寄存器，且这8个字节存的是一个指针。

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