Λαζάνια

Τα βασικά

Σχόλια

Το track x86-64 στο Exercism χρησιμοποιεί το NASM (The Netwide Assembler) ως συμβολομεταφραστή του. Στο NASM, τα σχόλια ξεκινούν με το σύμβολο ;.

Τα σχόλια μπορούν να τοποθετηθούν οπουδήποτε στο πρόγραμμα και ό,τι ακολουθεί μετά από ένα ; αγνοείται από τον συμβολομεταφραστή.

Σταθερές

Μια σταθερά χρόνου συμβολομετάφρασης μπορεί να οριστεί στο NASM με το equ. Για παράδειγμα, αυτό ορίζει μια σταθερά με όνομα UNIVERSE και τιμή 42:

UNIVERSE equ 42

Οι σταθερές αξιολογούνται μία φορά, όταν ορίζονται, και δεν μπορούν να επαναοριστούν αργότερα.

Καταχωρητές γενικού σκοπού (GPRs)

Στην assembly, αντί για μεταβλητές, συνήθως χρησιμοποιούμε καταχωρητές για να αποθηκεύουμε τιμές. Ένας καταχωρητής CPU είναι ένα κομμάτι γρήγορης μνήμης μέσα στον επεξεργαστή ενός υπολογιστή. Οι περισσότεροι υπολογισμοί εκτελούνται μέσα στους καταχωρητές της CPU.

Κάποιοι από τους καταχωρητές χρησιμοποιούνται για ποικίλους διαφορετικούς υπολογισμούς και ονομάζονται καταχωρητές γενικού σκοπού (GPRs). Άλλοι έχουν ειδικούς ή αποκλειστικούς σκοπούς.

Στο x86-64 υπάρχουν 16 καταχωρητές γενικού σκοπού (GPRs) των 64 bit, στους οποίους μπορεί επίσης να γίνει πρόσβαση ως 32 bit, 16 bit ή 8 bit. Οι GPRs περιγράφονται παρακάτω, όπου το n στο rn κυμαίνεται από 8 έως 15: r8, r9, r10, r11, r12, r13, r14 και r15.

Όταν χρησιμοποιούνται λιγότερα από 64 bit, τα bit στα οποία γίνεται πρόσβαση προέρχονται συνήθως από το χαμηλότερο τμήμα του καταχωρητή. Εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα αποτελούν οι ah, bh, ch και dh, που έχουν πρόσβαση στα ανώτερα 8 bit από το τμήμα των 16 bit του καταχωρητή.

Απεικόνιση του τρόπου με τον οποίο γίνεται η πρόσβαση στα bit για τον καταχωρητή rax:

+--------+---------------------------------------+
| 64-bit |                  rax                  |
+--------+-------------------+-------------------+
| 32-bit |                   |        eax        |
+--------+-------------------+---------+---------+
| 16-bit |                             |    ax   |
+--------+-----------------------------+----+----+
| 8-bit  |                             | ah | al |
+--------+-----------------------------+----+----+

Κάποιοι από αυτούς τους καταχωρητές πρέπει να διατηρούνται κατά τις κλήσεις συναρτήσεων: rbp, rsp, rbx, r12, r13, r14 και r15. Η μη διατήρησή τους μπορεί να οδηγήσει σε σφάλμα ή σε απροσδιόριστη συμπεριφορά.

Οι υπόλοιποι δεν διατηρούνται και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ελεύθερα: rax, rcx, rdx, rdi, rsi, r8, r9, r10 και r11.

Εντολές

Οι εντολές είναι κομμάτια υπολογισμών που μπορεί να εκτελέσει μια CPU. Συνήθως έχουν την εξής μορφή:

name destination, source

Έτσι, πρώτα τοποθετείται το όνομα της εντολής, μετά τουλάχιστον ένα κενό διάστημα, ακολουθούμενο από τον τελεστέο προορισμού, ένα κόμμα (,) και τέλος έναν τελεστέο πηγής. Ο τελεστέος πηγής συνήθως δεν τροποποιείται από μια εντολή, μόνο ο τελεστέος προορισμού.

Και οι δύο τελεστέοι πρέπει να έχουν το ίδιο μέγεθος, εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά. Για παράδειγμα, ο τελεστέος προορισμού πρέπει να έχει κι αυτός 16 bit αν ο τελεστέος πηγής έχει 16 bit.

Για παράδειγμα, για να αποθηκεύσουμε μια τιμή σε έναν καταχωρητή, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την εντολή mov:

mov rax, rdx  ; rax = rdx
              ; mov is the name, rax is the destination operand and rdx is the source operand

Το παραπάνω απόσπασμα αντιγράφει τα περιεχόμενα και των 64 bit του rdx, του τελεστέου πηγής, στα 64 bit του rax, που είναι ο τελεστέος προορισμού της εντολής.

Στις περισσότερες εντολές είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν σταθεροί ακέραιοι αριθμοί ως τελεστέοι πηγής (αλλά όχι ως τελεστέοι προορισμού):

mov rcx, 42 ; rcx = 42
            ; rcx is the destination operand and 42 is the source operand

Σημείωσε ότι η εγγραφή σε έναν καταχωρητή 32 bit καθαρίζει επίσης τα ανώτερα bit, οπότε το mov eax, 42 είναι το ίδιο με το mov rax, 42. Αυτό δεν ισχύει για καταχωρητές 16 bit και 8 bit.

Για τις αριθμητικές πράξεις της πρόσθεσης, της αφαίρεσης και του πολλαπλασιασμού, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις εντολές add, sub και imul:

add rax, rsi ; rax = rax + rsi
imul rax, rdi ; rax = rax * rdi
sub rax, r8 ; rax = rax - r8

Συναρτήσεις

Οι εντολές οργανώνονται σε συναρτήσεις. Όλες οι συναρτήσεις τοποθετούνται στη section .text του αρχείου πηγαίου κώδικα.

Η δήλωση μιας συνάρτησης αποτελείται από:

1. Μια ετικέτα με το όνομα της συνάρτησης, ακολουθούμενη από ένα :.
2. Τις εντολές που ορίζουν τη συνάρτηση.
3. Την εντολή επιστροφής, ret.

Αυτό το track χρησιμοποιεί τη σύμβαση κλήσης System V AMD64 ABI και τα έξι πρώτα ακέραια ορίσματα περνούν σε μια συνάρτηση μέσα σε καταχωρητές. Περνούν με την εξής σειρά: rdi, rsi, rdx, rcx, r8 και r9.

Μια ακέραια τιμή επιστρέφεται από τη συνάρτηση στον καταχωρητή rax.

Για να καλέσουμε μια συνάρτηση, χρησιμοποιούμε την εντολή call. Μια συνάρτηση μπορεί να κληθεί οπουδήποτε στο ίδιο αρχείο πηγαίου κώδικα. Για να γίνει μια συνάρτηση ορατή σε άλλα αρχεία πηγαίου κώδικα, πρέπει να χρησιμοποιηθεί η οδηγία global.

Για παράδειγμα, αυτό δηλώνει μια συνάρτηση sum:

section .text ; functions are placed here

global sum ; sum is visible to other source files

sum:
    ; first argument is passed in rdi
    ; second argument is passed in rsi
    ; return value is placed in rax

    mov rax, rdi ; rax is now equal to rdi
    add rax, rsi ; rax = rax + rsi

    ret ; function return

Και αυτό καλεί τη συνάρτησή μας sum με ορίσματα 3 και 5:

mov rdi, 3  ; First argument in rdi
mov rsi, 5  ; Second argument in rsi
call sum

; The rax register now contains the value 8 (3 + 5), after sum returns