x86 汇编语言详细笔记

1. 高级语言与机器代码的对应关系

汇编语言是机器代码的符号化表示，直接对应处理器指令。高级语言（如 C/C++）通过编译器生成汇编代码，再转换为机器码（二进制）。

1.1 编译过程示例

以 C 语言代码为例：

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

GCC 生成的 AT&T 格式汇编（32 位）：

add:
    push   %ebp
    mov    %esp, %ebp
    mov    0x8(%ebp), %eax   ; 取第一个参数a
    add    0xc(%ebp), %eax   ; 加上第二个参数b
    pop    %ebp
    ret

对应的机器码（十六进制）：

55 89 E5 8B 45 08 03 45 0C 5D C3

• 55 → push %ebp
• 89 E5 → mov %esp, %ebp
• 8B 45 08 → mov 0x8(%ebp), %eax

1.2 反汇编工具

• objdump：objdump -d 可执行文件
• GDB：disassemble 函数名

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2. AT&T 格式与 Intel 格式的对比

x86 汇编有两种主流语法：AT&T（GCC 默认）和 Intel（NASM/MASM）。

特性	AT&T 格式	Intel 格式
操作数顺序	源操作数在前，目标在后	目标在前，源在后
寄存器前缀	%（如%eax）	无（如eax）
立即数前缀	$（如$0x10）	无（如10h）
内存引用符号	()（如(%eax)）	[]（如[eax]）
指令后缀	操作数大小（如movl表示 32 位）	无（通过操作数推断，如dword ptr）

示例对比

; AT&T格式
movl $0x10, %eax       ; 将立即数0x10加载到eax
addl 4(%ebx), %eax     ; eax += *(ebx + 4)

; Intel格式
mov eax, 10h           ; 同AT&T第一行
add eax, [ebx + 4]     ; 同AT&T第二行

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3. 常用 x86 汇编指令

3.1 数据传送指令

指令	功能	示例
mov	数据移动	mov %eax, %ebx（AT&T）
push	压栈	push $0x20
pop	弹栈	pop %eax
lea	加载有效地址	lea (%eax,%ebx,4), %ecx

3.2 算术运算

指令	功能	示例
add	加法	add $5, %eax
sub	减法	sub %ebx, %eax
mul	无符号乘法（结果在 EDX:EAX）	mul %ebx
div	无符号除法（除数在 EDX:EAX）	div %ebx

3.3 逻辑运算

指令	功能	示例
and	按位与	and $0x0F, %al
or	按位或	or %ebx, %eax
xor	按位异或	xor %eax, %eax（清零 eax）
not	按位取反	not %eax

3.4 控制流指令

指令	功能	示例
jmp	无条件跳转	jmp label
call	调用函数	call func
ret	函数返回	ret
cmp	比较操作数	cmp $10, %eax
test	位测试（常用于逻辑判断）	test %eax, %eax

3.5 条件跳转指令

指令	触发条件	说明
je/jz	相等/结果为 0	je label
jne/jnz	不等/结果非 0	jne label
jg	有符号大于	jg label
jl	有符号小于	jl label
ja	无符号大于	ja label
jb	无符号小于	jb label

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4. 选择语句的机器级表示

4.1 if-else 语句

C 代码：

if (a > b) {
    max = a;
} else {
    max = b;
}

对应的 AT&T 汇编：

movl a, %eax     ; 加载a到eax
movl b, %ebx     ; 加载b到ebx
cmp %ebx, %eax   ; 比较eax和ebx（a - b）
jle else_block   ; 若a <= b，跳转到else
movl %eax, max   ; max = a
jmp end_if       ; 跳过else块
else_block:
movl %ebx, max   ; max = b
end_if:

4.2 switch-case 语句

编译器通常将switch转换为跳转表（Jump Table）或连续cmp指令。

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5. 循环语句的机器级表示

5.1 while 循环

C 代码：

int i = 0;
while (i < 10) {
    sum += i;
    i++;
}

对应的 AT&T 汇编：

movl $0, %eax       ; eax = i = 0
movl $0, %ebx       ; ebx = sum = 0
loop_start:
cmp $10, %eax       ; 比较i和10
jge loop_end        ; 若i >= 10，跳出循环
add %eax, %ebx      ; sum += i
inc %eax            ; i++
jmp loop_start      ; 继续循环
loop_end:

5.2 for 循环

C 代码：

for (int i=0; i<10; i++) {
    sum += i;
}

汇编实现与while完全相同（编译器优化后）。

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6. 内存寻址模式

x86 支持多种寻址方式，用于访问复杂数据结构（如数组、结构体）。

6.1 常见寻址模式

模式	示例（AT&T）	说明
直接寻址	movl 0x1000, %eax	访问固定地址
寄存器间接寻址	movl (%ebx), %eax	地址由寄存器给出
基址+偏移	movl 4(%ebx), %eax	地址 = ebx + 4
基址+变址+比例因子	movl (%ebx,%ecx,4), %eax	地址 = ebx + ecx*4

6.2 数组访问示例

C 代码：

int arr[3] = {10, 20, 30};
int val = arr[2];

AT&T 汇编：

movl $2, %ecx           ; 索引ecx=2
movl arr(,%ecx,4), %eax ; eax = arr[2]（地址 = arr + ecx*4）

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7. 栈帧与函数调用

7.1 栈帧结构

• ebp：栈基址指针（指向当前栈帧底部）。
• esp：栈顶指针。

7.2 函数调用示例

C 代码：

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
int main() {
    add(3, 5);
}

AT&T 汇编：

main:
    push $5         ; 参数b
    push $3         ; 参数a
    call add        ; 调用函数
    add $8, %esp    ; 清理栈（平衡堆栈）

add:
    push %ebp
    mov %esp, %ebp
    mov 8(%ebp), %eax   ; 取a
    add 12(%ebp), %eax  ; 加b
    pop %ebp
    ret

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8. 高级主题

8.1 SIMD 指令集

• SSE/AVX：用于向量化计算（如并行处理浮点数）。
• 示例：movaps（对齐加载）、addps（浮点向量加法）。

8.2 内联汇编

在 C 代码中嵌入汇编（GCC 语法）：

int a = 10, b;
asm("movl %1, %%eax; add $5, %%eax; movl %%eax, %0"
    : "=r"(b)      // 输出
    : "r"(a)       // 输入
    : "%eax"       // 破坏的寄存器
);

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9. 调试与分析工具

• GDB：单步调试、查看寄存器和内存。
• strace：跟踪系统调用。
• perf：性能分析。

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总结

x86 汇编语言是理解计算机底层运行机制的关键。通过分析高级语言与汇编的对应关系、掌握常用指令和控制结构，能够深入优化代码、分析二进制程序或进行逆向工程。实践中建议结合反汇编工具和调试器逐步验证逻辑。