1、汇编初探

我们的代码在终端设备上是这样的过程：

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• 汇编语言与机器语言一一对应，每一条机器指令都有与之对应的汇编指令
• 汇编语言可以通过编译得到机器语言，机器语言可以通过反汇编得到汇编语言
• 高级语言可以通过编译得到汇编语言 \ 机器语言，但是汇编语言 \ 机器语言几乎不可能还原成高级语言

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汇编语言的特点

• 可以直接反问，控制各种硬件设备，比如存储器、CPU等，能最大限度地发挥硬件的功能
• 能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码惊醒完全的控制
• 目标代码简短，占用内存少，执行速度快
• 汇编指令是机器指令的助记符，同机器指令一一对应。每一种CPU都有自己的机器指令集\汇编指令集
• 知识点过多，开发者需要对CPU等硬件结构有所了解，不易于编写、调试、维护
• 不区分大小写，比如mov和MOV是一样的

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汇编的用途

• 编写驱动程序、操作系统（比如Linux内核的某些关键部分）
• 对性能要求极高的程序或者代码片段，可以与高级语言混合使用（内联汇编）
• 软件安全
  1、病毒分析与防治
  2、逆向、加壳、脱壳、破解、外挂、免杀、加密解密、漏洞、黑客
• 理解整个计算机系统的最佳起点和最有效途径
• 为编写高效代码打下基础
• 弄清代码的本质
  1、函数的本质究竟是什么？
  2、++a+++a+++a底层如何执行的？
  3、编译器到底帮我们干了什么？
  4、DEBUG模式和RELEASE模式有什么关键的地方被我们忽略
  ......

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汇报语言的种类

• 目前讨论比较多的汇编语言有：
  1、8086汇编（8086处理器是16bit的CPU）
  2、Win32汇编
  3、Win64汇编
  4、ARM汇编（嵌入式、Mac、iOS）
  ......
• 我们的iPhone里面用到的是ARM汇编，但是不同的设备也有差异，因为CPU架构不同。

架构	设备
armv6	iPhone, iPhone2, iPhone3G, 第一代、第二代 iPod Touch
armv7	iPhone3GS, iPhone4, iPhone4S,iPad, iPad2, iPad3(The New iPad), iPad mini, iPod Touch 3G, iPod Touch4
armv7s	iPhone5, iPhone5C, iPad4(iPad with Retina Display)
arm64	iPhone5S 以后 iPhoneX , iPad Air, iPad mini2以后

• APP/程序的执行过程

  
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• 硬件相关最为重要的是CPU/内存
• 在汇编中，大部分指令都是和CPU&内存相关的

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总线

• 每个CPU芯片都有需要管脚，这些管脚和总线相连，CPU通过总线跟外部器件进行交互
• 总线：一根一根导线的集合

• 总线的分类：
  1、地址总线
  2、数据总线
  3、控制总线

  
  image
  image.png
• 地址总线
  1、它的宽度决定了CPU的寻址能力
  2、8086的地址总线宽度是20，所以寻址能力是1M(2²⁰)
• 数据总线
  1、它的宽度决定了CPU的单词数据传送量，也就是数据的传送速度
  2、8086的数据总线宽度是16，所以单词最大传递2个字节的数据
• 控制总线
  1、它的宽度决定了CPU对其他器件的控制能力，能有多少种控制

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数据的宽度

数学上的数字是没有大小限制的，可以无限的大。但是计算机中，由于受硬件的制约，数据都是有长度限制的（我们称之为数据宽度），超出最大宽度的数据会被丢弃。

计算机中常见的数据宽度

• 位(Bit)：1个位就是1个二进制位。0或者1
• 字节(Byte)：1个字节由8个Bit组成（8位）。内存中的最小单元Byte
• 字(Word)：1个字由2个字节组成（16位），这2个字节分贝称为高字节&低字节
• 双字节(Doubleword)：1个双字节由两个字组成（32位）

计算机存储的数据分为有符号数 & 无符号数。：

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无符号数 --- 直接换算 --- 有符号数：

正数	0	1	2	3	4	5	6	7
负数	F	E	D	B	C	A	9	8
结果	-1	-2	-3	-4	-5	-6	-7	-8

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CPU & 寄存器

• 内部部件之间由总线链接

  
  
• CPU除了有控制器、运算器还有寄存器。其中寄存器的作用就是进行数据的临时存储。

CPU的运算速度是非常快的；为了性能，CPU在内部开辟一小块临时存储区域，并在进行运算的时候先将数据从内存赋值到这一小块临时存储区域中，运算时就在这一小块临时存储区域内进行。我们称这一小块临时存储区域为寄存器。

对于arm64系的CPU来说，如果寄存器以x开头，则表明的是一个64位的寄存器；如果以w开头则表明是一个32位的寄存器，在系统中没有提供16位和8位的寄存器供访问和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32部分，并不是独立存在的。

• 对于程序员来说，CPU中最主要的部件是寄存器，可以通过改变寄存器的内容来实现对CPU的控制。
• 不容的CPU，寄存器的个数、结构是不相同的。

浮点和向量寄存器

因为浮点数的存储以及其运算的特殊性，CPU中专门提供了浮点寄存器来处理浮点数：

• 浮点寄存器 64为：D0 - D31 ; 32位：S0 - S31
  现在的CPU支持向量运算（向量运算在图形处理相关的领域用的非常多），为了支持向量计算，系统也提供了众多的向量寄存器：
• 向量寄存器 128位：V0 - V31

通用寄存器

• 通用寄存器也称为数据地址寄存器，通常用来做数据计算的临时存储、做累加，计数，地址保存等功能。定义这些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作数，在CPU中当做一些常规变量来使用。
• ARM64拥有32个64位的通用寄存器x0 到 x30，以及XZR(0️⃣寄存器)，这些通用寄存器有时也有特定用途
  i：那么w0到w28这些是32位的，因为64位CPU可以兼容32位，所以可以只使用64位寄存器的低32位。
  ii：比如w0就是x0的低32位。
• 通常，CPU会先将内存中的数据存储到通用寄存器中，然后再对通用寄存器中的数据进行运算
• 假设内存中又块红色存储空间的值是3，现在想把它的值加1，并将结果存储到蓝色内存空间：
  
  1、CPU首先会将红色内存空间的值放到x0寄存器中：mov x0,红色内存空间
  2、然后让x0寄存器与1相加：add x0,1
  3、最后将值赋值给内存空间：mov 蓝色内存空间,x0

pc寄存器（program counter）

• 为指令指针寄存器，它指示了CPU当前要读取指令的地址
• 在内存或磁盘上，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息
• CPU在工作的时候把有的信息看做指令，有的信息看做数据，为同样的信息赋予了不同的意义
  比如 1110 0000 0000 0011 0000 1000 1010 1010
  可以当做数据 0xE003008AA
  也可以单做指令 mov x0, x8
• CPU根据什么将内存中的信息看做指令的呢？
  i：CPU将pc寄存器指向的内存单元的内容看做指令。
  ii：如果内存中的某段内容曾被CPU执行过，那么它所在的内存单元必然被pc指向过。

高速缓存

iPhoneX上搭载的ARM处理器A11，它的1级缓存的容量是64KB，2级缓存的容量是8M

CPU每执行一条指令前，都需要从内存中将指令读取到CPU内并执行。而寄存器的运行速度相比内存的读写要快很多，为了性能，CPU还继承了一个高速缓存存储区域。当程序在运行的时候，先将要执行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去（由操作系统完成），CPU直接从高速缓存依次读取指令来执行。

bl指令

• CPU从何处执行指令有pc中的内容决定，我们可以通过改变pc的内容来控制CPU执行目标指令
• ARM64提供了一个mov指令（传送指令），可以用来修改大部分寄存器的值，比如：
  mov x0,#10
mov x1,#20
• 但是，mov指令不能用于设置pc的值，ARM64也没有提供这样的功能。
• ARM64通过了另外的指令来修改pc的值，这些指令统称为转移指令，最简单的就是bl`指令

_A:
    mov x0,#0xa0
    mov x1,#0x00
    add x1, x0, #0x14
    mov x0,x1
    bl _B
    mov x0,#0x0
    ret

_B:
    add x0, x0, #0x10
    ret

• bl _B代表执行到这一行的时候，进入_B函数。