Что означают квадратные скобки в ассемблере

Операнды в языке ассемблера

Операнд – объект, над которым выполняется машинная команда.

Операнды ассембле­ра описываются выражениями с числовыми и текстовыми константами, мет­ками и идентификаторами переменных с использованием знаков операций и некоторых зарезервированных слов.

Операнды могут комбинироваться с арифметическими, логическими, побитовы­ми и атрибутивными операторами для расчета некоторого значения или опреде­ления ячейки памяти, на которую будет воздействовать данная команда или ди­ректива.

Способы адресации операндов

Под способами адресации понимаются существующие способы задания адреса хранения операндов:

Операнд задается на микропрограммном уровне (операнд по умолчанию): в этом случае команда явно не содержит операнда, алгоритм выполнения команды использует некоторые объекты по умолчанию (регистры, признаки и т.д.).

Операнд задается в самой команде (непосредственный операнд): операнд является частью кода команды. Для хранения такого операнда в команде выделяется поле длиной до 32 бит. Непосредственный операнд может быть только вторым операндом (источником). Операнд-получатель может находиться либо в памяти, либо в регистре.

Операнд находится в одном из регистров (регистровый операнд): в коде команды указываются именами регистров. В качестве регистров могут использоваться:

Прямая адресация : эффективный адрес определяется непосредственно полем смещения машинной команды, которое может иметь размер 8, 16 или 32 бита.

Косвенная адресация в свою очередь имеет следующие виды:

Косвенная базовая (регистровая) адресация. При такой адресации эффективный адрес операнда может находиться в любом из регистров общего назначения, кроме sp/esp и bp/ebp (это специфические регистры для работы с сегментом стека). Синтаксически в команде этот режим адресации выражается заключением имени регистра в квадратные скобки [].

Данный способ адресации позволяет динамически назначить адрес операнда для некоторой машинной команды и применяется при организации циклических вычислений и при работе со структурами данных, массивами.

Косвенная базовая (регистровая) адресация со смещением предназначена для доступа к данным с известным смещением относительно некоторого базового адреса, используется для доступа к элементам структур, когда смещение элементов известно заранее, на стадии разработки программы, а базовый (начальный) адрес структуры должен вычисляться динамически, на стадии выполнения программы. Модификация содержимого базового регистра позволяет обратиться к одноименным элементам различных экземпляров однотипных структур данных.

Косвенная индексная адресация. Для формирования эффективного адреса используется один из регистров общего назначения, но обладает возможностью масштабирования содержимого индексного регистра.

Значение эффективного адреса второго операнда вычисляется выражением mas+( esi *4) и представляет собой смещение относительно начала сегмента данных.

Наличие возможности масштабирования существенно помогает в решении проблемы индексации при условии, что размер элементов массива постоянен и составляет 1, 2, 4 или 8 байт.

Данный вид адресации также может использоваться со смещением.

Косвенная базовая индексная адресация. Эффективный адрес формируется как сумма содержимого двух регистров общего назначения: базового и индексного. В качестве этих регистров могут применяться любые регистры общего назначения, при этом часто используется масштабирование содержимого индексного регистра.

В случае использования косвенной базовой индексной адресация со смещением эффективный адрес формируется как сумма трех составляющих: cодержимого базового регистра, cодержимого индексного регистра и значения поля смещения в команде.

При использовании подобного выражения для перехода нельзя забывать о длине самой команды, в которой это выражение используется, так как значение счетчика адреса соответствует смещению в сегменте кода данной, а не следующей за ней команды. В приведенном выше примере команда jmp занимает 2 байта. Длина этой и некоторых других команд может зависит от того, какие в ней используются операнды. Команда с регистровыми операндами будет короче команды, один из операндов которой расположен в памяти. В большинстве случаев эту информацию можно получить, зная формат машинной команды.

Операторы в языке ассемблера

Операнды являются элементарными компонентами, из которых формируется часть машинной команды, обозначающая объекты, над которыми выполняется операция. В более общем случае операнды могут входить как составные части в более сложные образования, называемые выражениями . Выражения представляют собой комбинации операндов и операторов , рассматриваемые как единое целое. Результатом вычисления выражения может быть адрес некоторой ячейки памяти или некоторое константное (абсолютное) значение.
Выполнение операторов ассемблера при вычислении выражений осуществляется в соответствии с их приоритетами. Операции с одинаковыми приоритетами выполняются последовательно слева направо. Изменение порядка выполнения возможно путем расстановки круглых скобок, которые имеют наивысший приоритет.

Характеристика основных операторов.

Операторы сдвига выполняют сдвиг выражения на указанное количество разрядов. Например,

Операторы сравнения (возвращают значение истина или ложь) предназначены для формирования логических выражений. Логическое значение истина соответствует логической единице, а ложь – логическому нулю. Логическая единица – значение бита равное 1, логический ноль – значение бита, равное 0.

Назначение операторов сравнения приведено в таблице

Логические операторы выполняют над выражениями побитовые операции. Выражения должны быть константными. Например,

Индексный оператор [ ]. Транслятор воспринимает наличие квадратных скобок как указание сложить значение выражения за [] со значением выражения, заключенным в скобки. Например,

Наличие индексного оператора указывает транслятору, что необходимо получить значение по вычисленному адресу.

Оператор переопределения типа ptr применяется для переопределения или уточнения типа метки или переменной, определяемых выражением. Тип может принимать одно из следующих значений.

В примере для сравнения значения по адресу esi с константой необходимо явно указать, данные какого типа будут сравниваться.

Оператор переопределения сегмента : (двоеточие) вычисляет физический адрес относительно конкретно задаваемой сегментной составляющей, в качестве которой могут выступать:

Оператор именования типа структуры . (точка) также заставляет транслятор производить определенные вычисления, если встречается в выражении.

Оператор получения сегментной составляющей адреса выражения seg возвращает физический адрес сегмента для выражения, в качестве которого могут выступать метка, переменная, имя сегмента, имя группы или некоторое символическое имя.

Оператор получения смещения выражения offset позволяет получить значение смещения выражения в байтах относительно начала того сегмента, в котором выражение определено. Например,

Оператор type возвращает число байтов, соответствующее определению указанной переменной:

Оператор width возвращает размер в битах объекта типа RECORD или его поля.

Источник

FasmWorld Программирование на ассемблере FASM для начинающих и не только

Учебный курс. Часть 14. Режимы адресации

Автор: xrnd | Рубрика: Учебный курс | 22-04-2010 | Распечатать запись

Режимы адресации — это различные способы указания местоположения операндов. До этой части в учебном курсе использовались только простые режимы адресации: операнды чаще всего находились в регистрах или в переменных в памяти. Но в процессоре Intel 8086 существуют также более сложные режимы, которые позволяют организовать работу с массивами, структурами, локальными переменными и указателями. В этой части я расскажу о всех возможных режимах адресации и приведу примеры их использования.

1. Неявная адресация

Местоположение операнда фиксировано и определяется кодом операции. Примеры:

Команда CBW всегда работает с регистрами AX и AL, а у команды MUL фиксировано положение первого множителя и результата. Такой режим адресации делает машинную команду короткой, так как в ней отсутствует указание одного или нескольких операндов.

2. Непосредственная адресация

При непосредственной адресации значение операнда является частью машинной команды. Понятно, что в этом случае операнд представляет собой константу. Примеры:

mov al,5 add bx,1234h mov dx,a

Обратите внимание, что в третьей строке в DX помещается адрес метки или переменной a, а вовсе не значение по этому адресу. Это особенность синтаксиса FASM. По сути адрес метки тоже является числовой константой.

3. Абсолютная прямая адресация

В машинной команде содержится адрес операнда, находящегося в памяти. Пример:

Вот тут уже в DX помещается значение из памяти по адресу a. Сравните с предыдущим пунктом. Квадратные скобки обозначают обращение по адресу, указанному внутри этих скобок.

4. Относительная прямая адресация

Этот режим используется в командах передачи управления. В машинной команде содержится смещение, которое прибавляется к значению указателя команд IP. То есть указывается не сам адрес перехода, а на сколько байтов вперёд или назад надо перейти. Пример:

У такого режима адресации два преимущества. Во-первых, машинная команда становится короче, так она содержит не полный адрес, а только смещение. Во-вторых, такой код не зависит от адреса, по которому он размещается в памяти.

5. Регистровая адресация

Операнд находится в регистре. Пример:

6. Косвенная регистровая (базовая) адресация

Адрес операнда находится в одном из регистров BX, SI или DI. Примеры:

Размер операнда в памяти здесь определяется размером первого операнда. Так как AX — 16-разрядный регистр, то из памяти берётся слово по адресу в BX. Так как DL — 8-разрядный регистр, то из памяти берётся байт по адресу в SI. Это правило верно и для других режимов адресации.

7. Косвенная регистровая (базовая) адресация со смещением

Адрес операнда вычисляется как сумма содержимого регистра BX, BP, SI или DI и 8- или 16-разрядного смещения. Примеры:

add ax,[bx+2] mov dx,[array1+si]

В качестве смещения можно указать число или адрес метки. О размере смещения не беспокойтесь — компилятор сам его определяет и использует нужный формат машинной команды.

8. Косвенная базовая индексная адресация

Адрес операнда вычисляется как сумма содержимого одного из базовых регистров BX или BP и одного из индексных регистров SI или DI. Примеры:

mov ax,[bp+si] add ax,[bx+di]

Например, в одном из регистров может находиться адрес начала массива в памяти, а в другом — смещение какого-то элемента относительно начала. А вообще, всё зависит от вашей фантазии 🙂

9. Косвенная базовая индексная адресация со смещением

Адрес операнда вычисляется как сумма содержимого одного из базовых регистров BX или BP, одного из индексных регистров SI или DI и 8- или 16-разрядного смещения. Примеры:

mov al,[bp+di+5] mov bl,[array2+bx+si]

Пример программы

Допустим, имеется массив 32-битных целых чисел со знаком. Количество элементов массива хранится в 16-битной переменной без знака. Требуется вычислить среднее арифметическое элементов массива и сохранить его в 32-битной переменной со знаком. Я намеренно использовал разные режимы адресации, хотя тоже самое можно написать проще.

Упражнение

Объявите в программе два массива 16-битных целых со знаком. Количество элементов массивов должно быть одинаковым и храниться в 8-битной переменной без знака. Требуется из последнего элемента второго массива вычесть первый элемент первого, из предпоследнего — вычесть второй элемент и т.д. Результаты можете выкладывать в комментариях.

Источник

FasmWorld Программирование на ассемблере FASM для начинающих и не только

Учебный курс. Часть 9. Сложение и вычитание

Автор: xrnd | Рубрика: Учебный курс | 28-03-2010 | Распечатать запись

Теперь мы уже знаем, как представляются числа в компьютере, и можем перейти к изучению команд процессора. Начнём с самых простых арифметических операций: сложения и вычитания.

Сложение

Для сложения двух чисел предназначена команда ADD. Она работает как с числами со знаком, так и с числами без знака (это особенность дополнительного кода).

Операнды должны иметь одинаковый размер (нельзя складывать 16- и 8-битное значение). Результат помещается на место первого операнда. В общем, эти правила справедливы для большинства команд.

После выполнения команды изменяются флаги, по которым можно определить характеристики результата:

add ax,5 ;AX = AX + 5 add dx,cx ;DX = DX + CX add dx,cl ;Ошибка: разный размер операндов.

Вычитание

Вычитание выполняется с помощью команды SUB. Результат также помещается на место первого операнда и опять же выставляются флаги. Единственная разница в том, что происходит вычитание, а не сложение.

На самом деле вычитание в процессоре реализовано с помощью сложения. Процессор меняет знак второго операнда на противоположный, а затем складывает два числа. Если вам необходимо в программе поменять знак числа на противоположный, можно использовать команду NEG. У этой команды всего один операнд.

Инкремент и декремент

Очень часто в программах используется операция прибавления или вычитания единицы. Прибавление единицы называется инкрементом, а вычитание — декрементом. Для этих операций существуют специальные команды процессора: INC и DEC. Обратите внимание, что эти команды не изменяют значение флага CF.

Пример программы

Чтобы всё стало совсем понятно, напишем небольшую программу. Требуется вычислить значение формулы: e=a-(b+c-1)+(-d). Все числа являются 8-битными целыми со знаком. Объявим их после кода и придумаем какие-нибудь значения. Вот что у меня получилось:

Квадратные скобки означают, что операнд находится по адресу, указанному внутри этих скобок. Так как вместо имени переменной FASM подставляет её адрес, то такая запись позволяет прочитать или записать значение переменной.

Запустив программу в Turbo Debugger, можно посмотреть её выполнение по шагам. Значения переменных можно увидеть в окне дампа памяти. Для этого нужно кликнуть правой кнопкой в этом окне и выбрать в меню пункт Goto…. Переменные начинаются в памяти с адреса 011Fh (этот адрес в первой команде).

В этих байтах легко угадываются наши переменные:

Упражнение

Напишите программу для вычисления формулы k=m+1-(n-1-r). Все числа 16-битные целые со знаком. Запустите в отладчике и проверьте правильность вычисления. Результаты можете выкладывать в комментариях 🙂

Источник

Постигаем Си глубже, используя ассемблер

Вдохновением послужила эта статья: Разбираемся в С, изучая ассемблер. Продолжение так и не вышло, хотя тема интересная. Многие бы хотели писать код и понимать, как он работает. Поэтому я запущу цикл статей о том, как выглядит Си-код после декомпиляции, попутно разбирая основные структуры кода.

От читающих потребуются хотя бы базовые знания в следующих вещах:

Что будем использовать?

При более основательном подходе к изучению, лучше пользоваться оффлайн версиями компиляторов, можете взять связку из актуального gcc, OllyDbg и NASM. Отличия должны быть минимальны.

Простейшая программа

Эта статья не стремится повторить ту, которую я приводил в самом начале. Но начинать нужно с азов, поэтому часть материала будет вынуждено пересекаться. Надеюсь на понимание.

Первое, что нужно усвоить, компилятор даже при оптимизации нулевого уровня (-O0), может вырезать код, написанный программистом. Поэтому код следующего вида:

Ничем не будет отличаться от:

Поэтому придется писать таким образом, чтобы при декомпиляции мы, все же, увидели превращение нашего кода во что-то осмысленное, поэтому примеры могут выглядеть, как минимум странно.

Второе, нам нужны флаги компиляции. Достаточно двух: -O0 и -m32. Этим мы задаем нулевой уровень оптимизации и 32-битный режим. С оптимизаций должно быть очевидно: нам не хочется видеть интерпретацию нашего кода в asm, а не оптимизированного. С режимом тоже должно быть очевидно: меньше регистров — больше внимания к сути. Хотя эти флаги я буду периодически менять, чтобы углубляться в материал.

Таким образом, если вы пользуетесь gcc, то компиляция может выглядеть так:

Соответственно, если вы пользуетесь godbolt, то вам нужно указать эти флаги в строку ввода рядом с выбором компилятора. (Первые примеры я демонстрирую на gcc 4.4.7, потом поменяю на более поздний)

Теперь, можно посмотреть первый пример:

Итак, следующий код соответствует этому:

Первые две строчки соответствую прологу функции (точнее три, но третью хочу пояснить сейчас), и мы их разберем в статье о функциях. Сейчас просто не обращайте на них внимание, тоже самое касается последних 3х строчек. Если вы не знаете asm, давайте смотреть, что означают эти команды.

Инструкции ассемблера имеют вид:

mnemonic dst, src
т. е.

инструкция получатель, источник

Тут нужно оговориться, что AT&T-синтаксис имеет другой порядок, и потом мы к нему еще вернемся, но сейчас нас интересует синтаксис схожий с NASM.

Начнем с инструкции mov. Эта инструкция перемещает из памяти в регистры или из регистров в память. В нашем случае она перемещает число 1 в регистр ebx.

Давайте кратко о регистрах: в архитектуре x86 восемь 32х битных регистров общего назначения, это значит, что эти регистры могут быть использованы программистом (в нашем случае компилятором) при написании программ. Регистры ebp, esp, esi и edi компилятор будет использовать в особых случаях, которые мы рассмотрим позже, а регистры eax, ebx, ecx и edx компилятор будет использовать для всех остальных нужд.

Таким образом mov ebx, 1, прямо соответствует строке register int a = 1;

И означает, что в регистр ebx было перемещено значение 1.

А строчка mov eax, ebx, будет означать, что в регистр eax будет перемещено значение из регистра ebx.

Есть еще две строчки push ebx и pop ebx. Если вы знакомы с понятием «стек», то догадываетесь, что сначала компилятор поместил ebx в стек, тем самым запомнил старое значение регистра, а после окончания работы программы, вернул из стека это значение обратно в регистр ebx.

Почему компилятор помещает значение 1 из регистра ebx в eax? Это связано с соглашением о вызовах функций языка Си. Там несколько пунктов, все они нас сейчас не интересуют. Важно то, что результат возвращается в eax, если это возможно. Таким образом понятно, почему единица в итоге оказывается в eax.

Но теперь логичный вопрос, а зачем понадобился ebx? Почему нельзя было написать сразу mov eax, 1? Все дело в уровне оптимизации. Я же говорил: компилятор не должен вырезать наш код, а мы написали не return 1, мы использовали регистровую переменную. Т. е. компилятор сначала поместил значение в регистр, а затем, следуя соглашению, вернул результат. Поменяйте уровень оптимизации на любой другой, и вы увидите, что регистр ebx, действительно, не нужен.

Кстати, если вы пользуетесь godbolt, то вы можете наводить мышкой на строку в Си, и вам подсветится соответствующий этой строке код в asm, при условии, что эта строка выделена цветом.

Усложним пример и перестанем пользоваться регистровыми переменными (Вы же их нечасто используете?). Посмотрим во что превратится такой код:

Опять же, пропустим верхние 3 строчки и нижние 2. Теперь у нас переменная а локальная, следовательно память ей выделяется на стеке. Поэтому мы видим следующую магию: DWORD PTR [ebp-8], что же она означает? DWORD PTR — это переменная типа двойного слова. Слово — это 16 бит. Термин получил распространение в эпоху 16-ти битных процессоров, тогда в регистр помещалось ровно 16 бит. Такой объем информации стали называть словом (word). Т. е. в нашем случае dword (double word) 2*16 = 32 бита = 4 байта (обычный int).

В регистре ebp содержится адрес на вершину стека для текущей функции (мы к этому еще вернемся, потом), поэтому он смещается на 4 байта, чтобы не затереть сам адрес и дописывает значение нашей переменной. Только, в нашем случае он смещается на 8 байт для переменной a. Но если вы посмотрите на код ниже, то увидите, что переменная b лежит со смещением в 4 байта. Квадратные скобки означают адрес. Т. е. это строка работает следующим образом: на основе адреса, хранящегося в ebp, компилятор помещает значение 1 по адресу ebp-8 размера 4 байта. Почему минус восемь, а не плюс. Потому что плюсу бы соответствовали параметры, переданные в эту функцию, но опять же, обсудим это позже.

Следующая строка перемещает значение 1 в регистр eax. Думаю, это не нуждается в подробных объяснениях.

Далее у нас новая инструкция add, которая осуществляет добавление (сложение). Т. е. к значению в eax (1) добавляется 5, теперь в eax находится значение 6.

После этого нужно переместить значение 6 в переменную b, что и делается следующей строкой (переменная b находится в стеке по смещению 4).

Наконец, нам нужно вернуть значение переменной b, следовательно нужно переместить
значение в регистр eax (mov eax, DWORD PTR [ebp-4]).

Если с предыдущим все понятно, то можно переходить, к более сложному.

Интересные и не очень очевидные вещи.

Что произойдет, если мы напишем следующее: int var = 2.5;

Каждый из вас, я думаю, ответит верно, что в var будет значение 2. Но что произойдет с дробной частью? Она отбросится, проигнорируется, будет ли преобразование типа? Давайте посмотрим:

Компилятор сам отбросил дробную часть за ненадобностью.

Что произойдет, если написать так: int var = 2 + 3;

И мы узнаем, что компилятор сам способен вычислять константы. А в данном случае: так как 2 и 3 являются константами, то их сумму можно вычислить на этапе компиляции. Поэтому можно не забивать себе голову вычислением таких констант, компилятор может сделать работу за вас. Например, перевод в секунды из часов можно записать, как hours * 60 * 60. Но скорее, в пример тут стоит поставить операции над константами, которые объявлены в коде.

Что произойдет, если напишем такой код:

Интересно, не правда ли? Компилятор решил не пользоваться операцией умножения, а просто сложил два числа, что и есть — умножить на 2. (Я уже не буду подробно описывать эти строки, вы должны понять их, исходя из предыдущего материала)

Вы могли слышать, что операция «умножение» выполняется дольше, чем операция «сложение». Именно по этим соображениям компилятор оптимизирует такие простые вещи.

Но усложним ему задачу и напишем так:

Пусть вас не вводит в заблуждение использование нового регистра edx, он ничем не хуже eax или ebx. Может понадобиться время, но вы должны увидеть, что единица попадает в регистр edx, затем в регистр eax, после чего значение eax складывается само с собой и после уже добавляется еще одна единица из edx. Таким образом, мы получили 1+1+1.

Знаете, бесконечно он так делать не будет, уже на *4, компилятор выдаст следующее:

Итак, у нас новая инструкция sal, что же она делает? Это двоичный сдвиг влево. Эквивалентно следующему коду в Си:

Для тех, кто не очень понимает, как работает этот оператор:

0001 сдвигаем влево (или добавляем справа) на два нуля: 0100 (т. е. 4 в 10ой системе счисления). По своей сути сдвиг влево на 2 разряда — это умножение на 4.

Забавно, что если вы умножите на 5, то компилятор сделает один sal и один add, можете сами потестировать разные числа.

На 22, компилятор на godbolt.org сдается и использует умножение, но до этого числа он пытается выкрутиться самыми разными способами. Даже вычитание использует и еще некоторые инструкции, которые мы еще не обсуждали.

Ладно, это были цветочки, а что вы думаете по поводу следующего кода:

Если вы ожидаете вычитания, то увы — нет. Компилятор будет выдавать более изощренные методы. Операция «деление» еще медленнее умножения, поэтому компилятор будет также выкручиваться:

Следует сказать, что для этого кода я выбрал компилятор существенно более поздней версии (gcc 7.2), до этого я приводил в пример gcc 4.4.7. Для ранних примеров существенных отличий не было, для этого примера они используют разные инструкции в 5ой строчке кода. И пример, сгенерированный 7.2, мне сейчас легче вам объяснить.

Стоит обратить внимание, что теперь переменная a находится в стеке по смещению 4, а не 8 и сразу же забыть об этом незначительном отличии. Ключевые моменты начинаются с mov edx, eax. Но пока пропустим значение этой строки. Инструкция shr осуществляет двоичный сдвиг вправо (т. е. деление на 2, если бы было shr edx, 1). И тут некоторые смогут подумать, а почему, действительно, не написать shr edx, 1, это же то, что делает код в Си? Но не все так просто.

Давайте проведем небольшую оптимизацию и посмотрим на что это повлияет. В действительности, мы нашим кодом выполняем целочисленное деление. Так как переменная «a» является целочисленным типом и 2 константа типа int, то результат никак не может получиться дробным по логике Си. И это хорошо, так как делить целочисленные числа быстрее и проще, но у нас знаковые числа, а это значит, что отрицательное число при делении инструкцией shr может отличаться на единицу от правильного ответа. (Это все из-за того, что 0 влезает по середине диапазона для знаковых типов). Если мы заменим знаковое деление на unsigned:

То получим ожидаемое. Стоит учесть, что godbolt опустит единицу в инструкции shr, и это не скомпилируется в NASM, но она там подразумевается. Измените 2 на 4, и вы увидите второй операнд в виде 2.

Теперь посмотрим на предыдущий код. В нем мы видим sar eax, это то же самое, что и shr, только для знаковых чисел. Остальной же код просто учитывает эту единицу, когда мы делим отрицательное число (или на отрицательное число, хотя код немного изменится). Если вы знаете, как представляются отрицательные числа в компьютере, вам будет не трудно догадаться, почему мы делаем сдвиг вправо на 31 разряд и добавляем это значение к исходному числу.

С делением на большие числа, все еще проще. Там деление заменяется на умножение, в качестве второго операнда вычисляется константа. Если вам будет интересно как, можете поломать над этим голову самостоятельно, там нет ничего сложного. Нужно просто понимать, как представляются вещественные числа в памяти.

Заключение

Для первой статьи материала уже больше, чем достаточно. Пора закруглятся и подводить итоги. Мы ознакомились с базовым синтаксисом ассемблера, выяснили, что компилятор может брать на себя простейшие оптимизации при вычислениях. Увидели разницу между регистровыми и стековыми переменными. И некоторые другие вещи. Это была вводная статья, пришлось много времени уделять очевидным вещам, но они очевидны не для всех, в будущем мы постигнем больше тонкостей языка Си.

Источник