汇编基础之二 -- 寄存器和内存堆栈

寄存器

这里介绍8个通用寄存器和两个特殊的寄存器

其余寄存器https://blog.csdn.net/weixin_4427

8个通用寄存器

 

对于8个通用寄存器来说， 一个寄存器是一个4字节大小的物理单元，也就是数据宽度为DWORD，为了方便实现byte和word数据宽度的操作。又将这个寄存器再次进行划分。以EAX单元为例子。EAX是一个4字节的32位寄存器，为了方便对WORD数据宽度进行处理，将EAX低位的两个字节命名位AX寄存器，同样的。为了方便byte的操作。将AX的寄存器的高8位和低8位分别位AH和AL寄存器。如图：

 

 

根据这样的方式，8个寄存器再次被划分位多个子单元，得到了16和8位的寄存器。

32位	16位	8位
EAX：	AX	AH、AL
EBX	BX	BH、BL
ECX	CX	CH、CL
EDX	DX	DH、DL
ESI：使用MOVS指令复制数据时，ESI储存源数据的地址	SI
EDI：使用MOVS指令复制数据时，EDI储存复制的目的地址	DI
ESP：储存程序栈顶的内存地址	SP
EBP：储存程序栈底的内存地址	BP

如上表，只存在8个通用寄存器，然后被分成16位寄存器和8位寄存器，16位和8寄存器并没有专门分配硬件，而是与32位寄存器通用来实现。在32位CPU中，32位寄存器EAX、EBX、ECX和EDX可以用作传送数据、暂存数据，保存算术逻辑运算结果，同时也可以保存内存地址，即作为指针寄存器。

ESI， EDI有默认的用途，主要用于复制，两个寄存器中都存储内存中的地址，当使用MOVS指令进行复制时候，默认是将ESI内存地址处的数据复制到EDI保存的内存地址处，每次复制之后，ESI和EDI中保存的地址会对应的进行偏移，这样可以连续的复制内存中一串内存地址的数据。

ESP和EBP寄存器中记录的是当前程序的堆栈空间的地址。堆栈式计算机分配给程序的一段连续的内存块，例如分配给程序内存编号为1000 - 5000这段内存块，这个空间成为程序的堆栈，程序中的需要保存的数据暂存在这个空间中，并在ESP寄存器中记录内栈顶的地址(内存小编号)，EBP中保存栈低的地址。

两个特殊的寄存器

EIP寄存器：储存的是CPU下一次执行的指令地址。当cpu执行完一条指令后，就会从EIP寄存器中获取下一次执行的指令，我们可以通过改变EIP寄存器中的值，从而实现程序按照我们指定的方式执行。

EFL寄存器：该寄存器中的每一位用于表示一组的状态标志，用于提供程序的状态及进行相应的控制。该寄存器不能用于存储其他值。其标志位含义如下：

• CF [Carry flag] ：若算术操作产生的结果在最高有效位发生进位或借位则将其置1，反之清零，最高位发生进位或借位意味着结果溢出。所以该位置的状态可以判断一个无符号数计算结果是否溢出。

• PF [Parity flag] 如果结果的最低有效字节(least-significant byte)包含偶数个1位则该位置1，否则清零

• AF [Adjust flag] 如果算术操作在结果的第3位发生进位或借位则将该标志置1，否则清零。这个标志在BCD(binary-code decimal)算术运算中被使用。

• ZF [Zero flag] 若结果为0则将其置1，反之清零。

• SF [Sign flag] 该标志被设置为有符号整型的最高有效位。(0指示结果为正，反之则为负)

• OF [Overflow flag] 由于有符号数最高位为符号位，则第二高位置发生了进位或者借位即可判断该数溢出。如果运算后第二高位发生了借位或者进位，该标志位置为1，反之清零。这个标志用于标志带符号整型运算指示溢出状态。

• DF [Direction flag]：控制串指令(MOVS, CMPS, SCAS, LODS以及STOS)每次执行后会自动将内存地址进行递增或递减。设置DF标志为1，控制串指令每次操作的内存地址会自动递减（从高地址向低地址方向处理字符串），设置为0则使得串指令每次操作的地址为自动递增。STD以及CLD指令分别用于设置以及清除DF标志。

• TF [Trap flag]：将该位设置为1以允许单步调试模式，清零则禁用该模式。

• IF[Interrupt enable flag]：该标志用于控制处理器对可屏蔽中断请求(maskable interrupt requests)的响应。置1以响应可屏蔽中断，反之则禁止可屏蔽中断。

• RF [Resume flag]控制处理器对调试异常的响应。

内存

计算机中最小的储存单位为字节，内存也不例外，每个字节作为一个储存单元。这样就将内存划分成了上亿个内存单元，为了方便管理这些单元，计算机选择了对每一个内存单元进行编号，想要使用一个内存单元时，只需要指定该内存单元编号（即内存地址）即可。为了能编号尽量多的地址，计算机使用了一个4字节的数来编址内存，这样可以对2^32块内存进行编址，每个块为1byte，2^32 byte = 4Gb，可以编址的内存大小为4G大小。

堆栈

程序运行时候并不会立即分配所有的内存给程序使用，会初始化一定大小的内存区域给程序，这个内存空间中的内存块可以被程序使用，用来储存程序中的数据。这段空间是从大地址的内存块开始使用的，为了查看当前的栈使用到哪一块地址内存单元，在ESP寄存器中记录了当前使用的内存位置，如果添加一个数据，将会在该位置添加，然后ESP继续向前移动一个位置。所以ESP寄存器记录的当前位置，就是下一个数据插入时的位置。这个指针我们称为栈顶指针，该指针随着数据的添加（push）和取出(pop)移动。同样的，EBP中记录了一个栈开始的地址，被成为栈底指针，该地址通常不会改变，只有在开辟一个新的栈空间，例如执行一个函数调用时，需要为函数重新记录一段新的函数空间时，才会改变栈底的位置。但是在改变栈底指针时，会将原来的栈底位置入栈保存，便于将来恢复到原栈底位置。

堆栈提升

我们知道，在高级语言中，当我们执行一个函数调用，将会开辟一个新的栈空间，此时就需要进行堆栈提升，此时需要更改ESP和EBP寄存器中记录的栈底和栈底指针，这样函数中产生的值将不会影响原栈空间(黄色部分)的数据。右图为堆栈提升后的结果，此时push数据会从1005开始添加，pop也只能到1005这个地址的数据，无法再向下pop，这样将无法影响元堆栈的内容。

 

堆栈平衡

堆栈平衡实际上就是恢复堆栈内容，例如执行一次函数操作时，进行堆栈提升，开辟新的空间来供函数使用，当函数执行结束后，应该让栈底和栈顶指针恢复到原来的位置。

简述过程为

1.将ESP寄存器中的值，更改为EBP的值，这样栈顶到了目前栈底的位置。ESP=1005
2.将EBP寄存器指向的内存地址中的值取出，即1000，将EBP寄存器的值改为该值1000。这样EBP回到了1000的位置。

由此完成了堆栈的恢复，实现了堆栈平衡

数据宽度

汇编语言中有三种数据宽度，分别为

• BYTE：一个字节宽度，占8位

• WORD：字，两个字节宽度，占16位

• DOUBLEWORD：双字，四个字节宽度，占32位。

大小端模式

内存是从小到大进行编址的，储存一个多字节的数据时候，如果内存的小地址存储多字节数据的高位，就是大端模式。也就是说，先取数据的高位进行储存，再依次取低位储存。例如一个字符串"abcd"，a为数据的高位，d为低位，内存会取出四个连续的内存空间来储存这个字符串。如果这段连续内存的小地址上储存的时a然后依次为bcd，就是大端模式。如果小地址处储存的是低位数据，则为小端模式。

数据储存为大端或者小端模式是由编译器决定的。