Основи у

Про концепцію Основи

Коментарі

Трек x86-64 на Exercism використовує NASM (The Netwide Assembler) як асемблер. У NASM коментарі починаються з крапки з комою (;).

Коментарі можна розміщувати будь-де в програмі, а все, що йде після ;, асемблер ігнорує.

Константи

Константу часу асемблювання можна визначити в NASM за допомогою equ. Наприклад, ось так визначається константа з назвою UNIVERSE і значенням 42:

UNIVERSE equ 42

Константи обчислюються один раз, під час визначення, і не можуть бути перевизначені пізніше.

Регістри загального призначення (GPRs)

В асемблері замість змінних для зберігання значень ми зазвичай використовуємо регістри. Регістр процесора - це ділянка швидкої памʼяті всередині процесора компʼютера. Більшість обчислень виконується в регістрах процесора.

Частину регістрів використовують для найрізноманітніших обчислень, і їх називають регістрами загального призначення (GPRs). Інші мають спеціальне або вузьке призначення.

У x86-64 є 16 64-бітних регістрів загального призначення (GPRs), до яких можна також звертатися як до 32-бітних, 16-бітних або 8-бітних. Регістри загального призначення описано нижче, де n у rn набуває значень від 8 до 15: r8, r9, r10, r11, r12, r13, r14 та r15.

Коли використовується менш ніж 64 біти, доступ зазвичай іде до молодшої частини регістра. Виняток із цього правила - ah, bh, ch і dh, які дають доступ до старших 8 бітів із 16-бітної частини регістра.

Ілюстрація того, як звертаються до бітів регістра rax:

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

Деякі з цих регістрів потрібно зберігати під час викликів функцій: rbp, rsp, rbx, r12, r13, r14 та r15. Якщо їх не зберегти, це може призвести до помилки або до невизначеної поведінки.

Решту зберігати не потрібно, і їх можна вільно використовувати: rax, rcx, rdx, rdi, rsi, r8, r9, r10 та r11.

Інструкції

Інструкції - це елементарні обчислення, які вміє виконувати процесор. Зазвичай вони мають такий вигляд:

name destination, source

Отже, спершу йде назва інструкції, потім принаймні один пробільний символ, далі операнд призначення, кома (,) і, нарешті, операнд-джерело. Інструкція зазвичай не змінює операнд-джерело, лише операнд призначення.

Обидва операнди повинні мати однаковий розмір, якщо не зазначено інше. Наприклад, якщо операнд-джерело має 16 бітів, то операнд призначення теж повинен мати 16 бітів.

Наприклад, щоб зберегти значення в регістрі, можна скористатися інструкцією mov:

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

Наведений фрагмент копіює вміст усіх 64 бітів rdx (операнда-джерела) в усі 64 біти rax, який виступає операндом призначення для цієї інструкції.

У більшості інструкцій як операнд-джерело можна використовувати константні цілі числа (але не як операнд призначення):

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

Зауважмо, що запис у 32-бітний регістр також очищає старші біти, тому mov eax, 42 рівнозначне mov rax, 42. Це не стосується 16-бітних і 8-бітних регістрів.

Для арифметичних операцій додавання, віднімання та множення можна використовувати інструкції add, sub і imul:

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

Функції

Інструкції організовано у функції. Усі функції розміщуються в section .text вихідного файлу.

Оголошення функції складається з:

1. Мітки з назвою функції, після якої стоїть :.
2. Інструкцій, які визначають функцію.
3. Інструкції повернення ret.

Існують спеціальні угоди про те, як аргументи передаються у функцію та повертаються з неї. Дві основні угоди про виклик - System V AMD64 ABI і Microsoft x64.

Цей трек використовує угоду про виклик System V AMD64 ABI, і перші шість цілочисельних аргументів передаються у функцію в регістрах. Вони передаються в такому порядку: rdi, rsi, rdx, rcx, r8 і r9.

Ціле значення функція повертає в регістрі rax.

Щоб викликати функцію, використовуємо інструкцію call. Функцію можна викликати будь-де в тому самому вихідному файлі. Щоб зробити функцію видимою для інших вихідних файлів, потрібно використати директиву global.

Наприклад, ось так оголошується функція 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

А це викликає нашу функцію sum з аргументами 3 і 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