龙三对《深入理解计算机系统（原书第2版）》的笔记(10)

<!---------------原文开始：公式不支持原文的分界线-------------------> 当值x是2的非负整数n次幂时，也就是x=($2^n$)， 我们可以很容易地将x写成十六进制形式，只要记住x的二进制表示就是1后面跟n个0。 十六进制数字0代表4个二进制0。所以，当n表示成i+4j的形式，其中0<=i<=3时，我们可以把x写成开头的十六进制数字为1(i=0)、2(i=1)、4(i=2)或者8(i=3)，后面跟随着j个十六进制的0。比如，x=2048=($2^{11}$)，我们有n=11=3+4*2，从而得到十六进制表示为0x800。 <!---------------原文结束：公式不支持原文的分界线-------------------> 很六比！512=($2^9$)，n=9=1+4*2，所以十六进制表示为0x200。

通过混合三种不同颜色的光（红色、绿色和蓝色），计算机可以在视频屏幕或者液晶显示器上颜色色彩的画面。设想一种简单的方法，使得三种不同颜色的光，每种光都能打开和关闭，投射到玻璃屏幕上，如图：

那么，基于光源R（红）、G（绿）、B（蓝）的关闭（0）或打开（1），我们就能得到8种不同的颜色：

这此颜色中的每一种都能用一个长度为3的位向量来表示，我们可以对它们进行布尔运算。

在($x$)的补码表示中，位($x_{w-1}$)决定了($x$)是否为负，得到：

在($u$)的无符号表示中，位($u_{w-1}$)决定了u是否大于或等于($2_{w-1}$)，得到：

有点绕，要求负值绝对值，求反加1，就对了。

int exchange(int *xp, int y){
    int x = *xp;
    *xp = y;
    return x;
}

movl 8(%ebp), %edx
movl (%edx), %eax
movl 12(%ebp), %ecx
movl %ecx, (%edx)

当过程开始执行时，过程参数xp和y 存储在相对于寄存器 %ebp 中地址偏移8 和 12的地方。指令1从存储器当中读出参数xp，把它存放到寄存器 %edx 中。指令2使用寄存器 %edx，并将x 读到寄存器 %eax中(调用函数后返回值都是存储在eax中)。 指令3和4将原参数y的值写入了xp指针指向的存储器位置，实现了 *xp = y。 ()相当于解引用？ --------------------------------------------一些寄存器的通常作用： eax　是"累加器"(accumulator), 它是很多加法乘法指令的缺省寄存器。存储返回值。 ebx　是"基地址"(base)寄存器, 在内存寻址时存放基地址。 ecx　是计数器(counter), 是重复(REP)前缀指令和LOOP指令的内定计数器。 edx　则总是被用来放整数除法产生的余数。 esi/edi　分别叫做"源/目标索引寄存器"(source/destination index),因为在很多字符串操作指令中, ds:esi指向源串,而es:edi指向目标串。 ebp　是"基址指针"(base pointer), 它最经常被用作高级语言函数调用的"框架指针"(frame pointer)。 esp　专门用作堆栈指针，被形象地称为栈顶指针，堆栈的顶部是地址小的区域，压入堆栈的数据越多，ESP也就越来越小。在32位平台上，ESP每次减少4字节。

习题3.3.7 考虑正面的源代码，其中M和N是用#define声明的常数：

int mat1[M][N];
int mat2[N][M];

int sum_element(int i, int j){
    return mat1[i][j] +mat2[j][i];
}

在编译这个程序中，GCC产生如下汇编代码：(i at %ebp +8, j at %ebp +12)

movl 8(%ebp), %ecx
movl 12(%ebp), %edx
leal 0(,%ecx,8), %eax
subl %ecx, %eax
addl %edx, %eax
leal (%edx, %edx, 4), %edx
addl %ecx, %edx
movl mat1(, %eax, 4), %eax
addl mat2(, %edx, 4), %eax

-------解： 在倒数第二行之前，eax 和 edx 中的值为： eax = i*7+j edx = j*5 + i 最后两行是对两个数组的具体元素取下标地址，4是int 元素的长度。 代入C中，mat1的行数M是7，mat2的行数N是5。

书中的代码都是AT&T语法格式的汇编，而非常见的Intel格式，看一段时间就适应了。 --------------------一些小差别： 1 引用寄存器要在寄存器号前加百分号% 2 操作数排列是从源（左）到目的（右），如“movl %eax(源）, %ebx(目的）” 3 使用立即数，要在数前面加符号$, 如“movl $0x04, %ebx” 更多可参见：AT&T汇编语法 -------------------关于lea： lea, load effective address, 加载有效地址. 指令形式是从存储器读数据到寄存器, 效果是将存储器的有效地址写入到目的操作数, 简单说, 就是C语言中的”&”. 假如某一变量 ,地址为0x00001234h,它里面存放的值为0xAABBCCDD，那么 mov $0x00001234h,(%eax) ;结果为eax=0xAABBCCDD mov $0x00001234h,%eax ;结果为eax=0x00001234h lea $0x00001234h, %eax ;结果为eax=0x00001234h 不管它里面存的是地址还是个地址还是什么，lea x(%eax), %eax 就是对%eax里的值进行加上x的运算，再赋给%eax，仅此而已，可以理解为优化加法运算的命令。 决定这个指令是取址还是取值的，是寄存器外是否有()修饰符。别被它给迷惑了！

参考函数sumvec：

int sumvec(int v[N]){
　int i, sum = 0;

　for(i = 0; i < N; i++)
　　sum += v[i];
　return sum;
}

假设v是块对齐的，字为4字节，调整缓存块引用都会得到下面的命中和不命中模式：

扩展到多维数组：

int sumarrayrows(int a[M][N]){
　int i,  j, sum = 0;

　for(i = 0; i < M; i++)
　　for(j = 0; j< N; j++)
　　　sum += a[i][j];
　return sum;
}

如果行列倒置，则每次都不命中。

7.12 中main的汇编代码出现这么一句：

很费解。在esp的百科中找到了答案： “使得栈指针自减，自减得到的内存应当能够被用来存储被调用函数的本地状态”。 .text节中<swap>过程，全局指针变量的地址（和引用的外部全局数组变量值）被存储在.data节——这个间接引用图示，很好地解释了%edx和(%edx)的区别： --------------------------------------------------.data --little endian 8049454 <buf>： 8049454： 01 00 00 00 02 00 00 00 804945C <bufp0>： 804945C： 54 94 04 08 -------------------------------------------------- --------------------------------------------------.text mov 0x804945C, %edx ... mov (%edx), %ecx -------------------------------------------------- ：mov传送的是bufp0指向的地址中的值，即buf数组的首元素值（mov在不指定类型的时候，32位系统默认传送4字节，即 01 00 00 00）。 --------------------------------------------------.text mov 0x804945C, %edx mov 0x8049458, %eax ... mov %esp, %ebp movl $0x8049458, 0x8049458 mov %ebp, %esp mov (%edx), %ecx mov %eax, (%edx) mov 0x8049548, %eax mov %ecx, (%eax) -------------------------------------------------- ：%edx即bufp0指针。 ：%eax即*bufp1（值为02 00 00 00） ：栈指针备份 ：buf[1]存了自己的地址（据看雪和ChinaUnix说法，把立即数传送到存储地址，不是跨平台的行为 ：栈指针还原 ：%ecx即temp，获取*bufpo（01 00 00 00） ：%eax即原buf[1]值（02 00 00 00 ）传给bufpo指针首址，即buf[0] ：将地址0x8049548的值（立即数$0x8049548）给%eax，即*bufp1 ：%eax指向地址，即*bufp1，赋temp值。至此，完成 buf[0]和buf[1]的交换。 呵呵，Orz。

int main(int argc, char **argv, char **envp){	
	int exit_status = 0;

	puts("Command line arguments:");
	if(argc > 0)
		for(int i=0; i<argc; i++)
			printf("argv[%2d]:%s\n", i, argv[i]); 
	puts("\nEnviroment variables:");
	char **env = envp;
	int j=0;
	while(*env){
		printf("envp[%2d]:%s\n", j, *env++);
		j++;
	}

	return exit_status;
}

^ ^ 空间和时间，还是一个平衡的问题。