調色盤

記憶體

程式的記憶體通常由作業系統（OS）對應成一個通用的配置：

以區段劃分的記憶體，會再組織成具有不同權限的節區。

我們到目前為止定義的函式，全都位於 section .text 中。 這個節區存放的是唯讀、可執行的資料。 其他節區則用來宣告資料變數，這些變數可能是唯讀或可讀寫，但不可執行。

.data 節區

初始化過的資料會宣告在section .data中。

在 NASM（The Netwide Assembler，也就是本學習路徑使用的組譯器）中，初始化過的變數有名稱、一個指出資料大小的指示詞，以及一串以逗號分隔的值。 這些部分彼此之間以空格分隔，而標籤後面可以選擇性加上 :。

主要的指示詞與其對應的資料大小如下：

例如，以下宣告了一個名為 space、值為 10 的位元組變數：

section .data
    space db 10

宣告在 section .data 中的變數是可變的，也就是可讀寫。 它們也具有_靜態_儲存期，代表它們在整個程式執行期間都存在。

.rodata 節區

section .rodata與 section .data 類似。 兩個節區都含有初始化過的資料，宣告方式相同，儲存期也相同。

兩者主要的差別在於，section .rodata 中的資料是不可變的，也就是唯讀。

存取資料

標籤與間接

宣告的資料必須有一個與之關聯的名稱。 這個名稱稱為標籤。

標籤是一個符號，用來編碼資料在記憶體中的確切位址。 x86-64 的位址是 64 位元的值。

在 NASM 中，直接用標籤存取資料並不會取得配置到的記憶體，而是取得它的位址：

section .data
    example dq 27 ; this declares a 8-byte variable initialized with 27

section .text
fn:
    mov rax, example ; this stores the address of the declared variable in rax, not its contents
    ...

若要存取某個記憶體位址的內容，就必須對它_解參考_。 這稱為間接。

在 NASM 中，這是用 [] 完成的：

section .data
    example dq -27 ; this declares a 8-byte variable initialized with -27

section .text
fn:
    mov rax, [example] ; this dereferences example and access the value stored in memory (-27)
    ...

不過，有些情況下，被解參考的記憶體大小可能會有歧義。 這時就必須使用指出該大小的前綴。

以下是典型的 x86-64 程式中最重要的前綴及其大小：

同樣的載入動作也可以明確寫出大小：

    mov rax, qword [example] ; same dereference, size stated explicitly

解參考記憶體時一律加上前綴，是很好的做法。

寫入記憶體

寫入記憶體的做法相同，也是透過解參考位址：

section .data
    example1 db 10            ; example1 is a 1-byte memory location initialized with value 10
    example2 dq -456          ; example2 is a 8-byte memory location initialized with value -456
    example3 dd 54            ; example3 is a 4-byte memory location initialized with value 54

section .text
fn:
    mov byte [example1], 20   ; example1 now has value 20
    mov qword [example2], rdx ; example2 now has value equal to the contents in rdx
    mov dword [example3], eax ; example3 now has value equal to the contents in eax

請注意，在大多數指令中，你可以直接使用記憶體運算元，而不必先把內容載入暫存器。 不過，通常無法在來源運算元和目的運算元中同時使用記憶體運算元，只能用在其中一個：

section .data
    example4 dw 4
    example5 dq -8
    example6 dd 15

section .text
fn:
    add word [example4], 5     ; example4 is now a 2-byte memory location with the value 4 + 5 = 9
    imul rax, qword [example5] ; rax = rax * (-8)
    ; this is not possible -> sub dword [example6], dword [example6]

LEA 指令

雖然可以用 mov 把變數的位址存入暫存器，但有一個專門為此用途設計的指令：lea。

這個指令使用記憶體形式的運算元，但它_不會_讀取記憶體。 相反地，它會計算有效位址運算式，並把結果寫入目的運算元：

lea rax, [example] ; this stores the address of 'example' in rax

用 lea 計算記憶體位址並存入暫存器，是更道地的寫法。

相對定址

存取記憶體位置時，NASM 的預設行為是產生絕對位址，也就是固定的記憶體位址。

基於安全考量，可執行檔通常會建置成 PIE（Position Independent Executable，位置無關可執行檔），其中記憶體區段會被放在隨機化的位置。 在 PIE 中，變數的最終位址在連結時並未知曉。 因此，程式碼改為把位址計算成某個特殊暫存器 rip 中值的偏移量，而 rip 會指向下一條要執行的指令。

這通常稱為 RIP 相對定址。

在 NASM 中，你可以用 rel 運算子要求使用 RIP 相對存取：

mov rax, qword [rel variable]

也可以在原始碼檔案最上方加上 default rel，把相對定址設為預設。

本學習路徑中的所有練習都會以 PIE 編譯與連結，因此應該使用 rel 來產生相對位址。

可見性

定義在任何節區（例如 .text、.data、.rodata）中的標籤（函式與資料），在同一個原始碼檔案內是可見的。 如果宣告為 global，它們對其他原始碼檔案也可見。

相反地，定義在其他原始碼檔案中的標籤，如果宣告為 extern，就會對目前的原始碼檔案可見。 在這種情況下，組譯碼中並沒有資料大小的指示，必須事先知道它的大小。

default rel

section .data

global number1 ; 'number1' is a variable visible to other source files
number1 db 200

extern number2 ; 'number2' is a variable visible to the current source file, but defined in another

section .text

extern sum ; sum is a function visible to the current source file, but defined in another

fn:
    mov dil, byte [number1]
    mov sil, byte [number2]
    call sum
    ...