关于golang:Golang-汇编介绍

在浏览 Golang 源代码时，总是被其中的汇编代码卡住，读起来不晦涩。明天来简要理解下 Golang 中的汇编语言。

汇编分类

按指令集架构分类（针对 CPU）

1. x86 汇编(32bit): 这种架构常被称为i386, x86
2. x86 汇编(64bit), 这种架构常被称为 AMD64, Intel64, x86-64, x64, 它是 AMD 设计的, 是 x86 架构的 64 位扩大, 起初公开
3. ARM 汇编, ARM 处理器因为高性能, 低耗电, 罕用于嵌入式, 挪动设施.
4. …

按汇编格局分类（针对人的浏览习惯）

1. Intel 格局
2. AT&T 格局

平时咱们说 golang 中汇编属于 plan9 格调，是按第二种形式分类的，其浏览格调（符号）与 Intel 与 AT&T 都有不同。plan9 汇编作者是 unix 操作系统的同一批人，bell 实验室所开发的。

Go 汇编语言是基于 plan9 汇编，然而事实世界还有这么多不同架构的 CPU 在这。所以 golang 汇编在 plan9 格调下，同一个办法还有不同指令集架构的多种实现。

在哪能看到 Golang 汇编代码

1. Golang 源代码中，如src/runtime/asm_amd64.s，src/math/big/ …
2. go tool compile -S main.go, 把本人编写的代码编译成汇编代码。如：在我的 Mac Intel 机器上，amd64的架构，汇编代码生成如下:

$ cat main.go 
package main

func main() {
        a, b := 0, 0
        println(a + b)
}
$ go tool compile -S main.go 
"".main STEXT size=66 args=0x0 locals=0x10 funcid=0x0
        0x0000 00000 (main.go:3)        TEXT    "".main(SB), ABIInternal, $16-0
        0x0000 00000 (main.go:3)        CMPQ    SP, 16(R14)
        0x0004 00004 (main.go:3)        PCDATA  $0, $-2
        0x0004 00004 (main.go:3)        JLS     57
        0x0006 00006 (main.go:3)        PCDATA  $0, $-1
        0x0006 00006 (main.go:3)        SUBQ    $16, SP
        0x000a 00010 (main.go:3)        MOVQ    BP, 8(SP)
        0x000f 00015 (main.go:3)        LEAQ    8(SP), BP
        0x0014 00020 (main.go:3)        FUNCDATA        $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0014 00020 (main.go:3)        FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0014 00020 (main.go:5)        PCDATA  $1, $0
        0x0014 00020 (main.go:5)        CALL    runtime.printlock(SB)
        0x0019 00025 (main.go:5)        XORL    AX, AX
...

Go 汇编根底语法

1. 寄存器

通用寄存器

寄存器与物理机架构相干, 不同的架构有不同的物理寄存器。

在 amd64 架构上提供了 16 个通用寄存器给用户应用

plan9 汇编语言提供了如下映射，在汇编语言中间接援用就可应用物理寄存器了。

如上文的例子中应用到了：SP,AX,R14,BP

虚构寄存器

Go 汇编引入了 4 个 虚构寄存器

• FP: Frame pointer: arguments and locals. 帧指针，快速访问函数的参数和返回值
• PC: Program counter: jumps and branches. 程序计数器，指向下一条指令的地址。在 amd64 其实就是 rip 寄存器
• SB: Static base pointer: global symbols. 动态基址指针，全局符号。
• SP: Stack pointer: the highest address within the local stack frame. 栈指针, 指向局部变量

用法：

• FP：0(FP) 示意第一个 参数，8(FP) 示意第二个参数(AMD64 架构)。first_arg+0(FP) 示意把第一个参数地址绑定到符号 first_arg
• SP：localvar0-8(SP) 在 plan9 中示意函数中第一个 局部变量 。物理寄存器中也有 SP，硬件 SP 才是真正示意 栈顶地位。所以为了 辨别 SP 到底是指硬件 SP 还是指虚构寄存器。plan9 代码中须要以特定的格局来辨别。eg：symbol+offset(SP) 示意虚构寄存器 SP。offset(SP) 则示意硬件 SP。如上述例子中的 8(SP) 指的是硬件 SP
• PC：除个别跳转治理，个别用不到
• SB：示意全局内存终点。foo(SB) 示意符号 foo 作为内存地址应用。这种模式用于申明全局函数、数据。foo+4(SB)示意 foo 往后 4 字节的地址。<> 限度符号只能在以后源文件应用

从网上偷的图：

2. 指令

1. 变量申明

格局: 应用 DATA 与 GLOBL 来申明一个全局变量

DATA symbol+offset(SB)/width, value
GLOBL symbol(SB), flag, $size

示意意义：

• DATA 局部: 对 symbol 变量中的字节赋值，把 offset 到 offset + width 地位的字节赋值为 value。
• GLOBL 局部：必须在 DATA 后，示意申明了一个大小为 size 的全局变量symbol。flag 代表变量一些属性，如 RODATA指只读。在 GLOBL 中退出 <>, 如 GLOBL bio<>(SB), RODATA, $16 也是示意这个全局变量只在本文件中失效。

理论例子：

// src/runtime/asm_amd64.s, 这里申明的 argc，argv 是 Go 程序的入参
DATA _rt0_amd64_lib_argc<>(SB)/8, $0
GLOBL _rt0_amd64_lib_argc<>(SB),NOPTR, $8
DATA _rt0_amd64_lib_argv<>(SB)/8, $0
GLOBL _rt0_amd64_lib_argv<>(SB),NOPTR, $8

NOPTR 这个示意不是指针，不须要垃圾回收扫描

局部变量 ：其在栈帧中，不须要申明。间接依附 offset 取出应用。例如0(FP) 代表函数第一个参数，localvar0-8(SP) 函数中第一个局部变量。

2. 函数申明

格局：

TEXT pkgname·funname(SB),flag,$framesize-argsize

示意意义：

pkgname : 能够省略，最好省略。不然批改包名还要级联批改；

funname: 申明的函数名

flag: 标记位，如 NOSPLIT，咱们晓得 Go Runtime 会追踪每个 stack 的应用状况，而后动静自增。而 NOSPLIT 标记位禁止查看，节俭开销，然而写程序的人要保障这个函数是平安的。

framesize: 函数栈帧大小 = 局部变量 + 调用其它函数参数空间的总大小

argsize: 一些参考资料说这里是 参数 + 返回值 大小，但在试验中已有些许差别。这个应该和 GO 1.7 的更新无关，GO1.7 基于寄存器的调用规约 GO 1.7 的优化

• GO 1.7 之前 参数 + 返回值都存在栈帧中
• GO 1.7 更新后，优先应用 9 个 通用寄存器传递参数与返回值，超出局部再存在栈中。并且寄存器中返回值会笼罩参数中的值
• 参数 + 返回值少于 9 个，argsize 值是参数的大小
• 返回值 > 9 个，argsize = 参数大小 + 返回值超出 9 个的局部

理论例子：

$ cat main.go
package main

func main() {}

func add(a int64, b int64) int64 {return a + b}

$ go tool compile -S main.go
"".main STEXT nosplit size=1 args=0x0 locals=0x0 funcid=0x0
...
"".add STEXT nosplit size=4 args=0x10 locals=0x0 funcid=0x0
        0x0000 00000 (main.go:6)        TEXT    "".add(SB), NOSPLIT|ABIInternal, $0-16
        0x0000 00000 (main.go:6)        FUNCDATA        $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (main.go:6)        FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0000 00000 (main.go:6)        FUNCDATA        $5, "".add.arginfo1(SB)
        0x0000 00000 (main.go:7)        ADDQ    BX, AX
        0x0003 00003 (main.go:7)        RET
        ...

上述例子：函数内不需寄存局部变量，framesize = 0，两个 int64 的参数，argsize = 16

3. 常见操作指令

自主查问链接

上面介绍下常见的

1. 数据搬运

• MOV 指令：其后缀示意搬运长度, $NUM 示意具体的数字，如上面例子

MOVB $1, DI          // 1 byte,  DI=1
MOVW $0x10, BX       // 2 bytes, BX=10
MOVD $1, DX          // 4 bytes, DX=1
MOVQ $-10, AX     // 8 bytes, AX=-10

• LEA, 将无效地址加载到指定的地址寄存器中

// ret+24(FP) 这代表了第三个函数参数，是个地址
LEAQ    ret+24(FP), AX    // 把 ret+24(FP) 地址移到 AX 寄存器中

2. 计算指令

• ADD，SUB,IMULQ，如上面例子

ADDQ  AX, BX   // BX += AX
SUBQ  AX, BX   // BX -= AX
IMULQ AX, BX   // BX *= AX

• 能够利用计算指令来调整栈空间，咱们晓得 SP 指向栈顶地位，调整 SP中的值即可。

// 栈空间: 高地址向低地址
SUBQ $0x18, SP // 对 SP 做减法，为函数调配函数栈帧
ADDQ $0x18, SP // 对 SP 做加法，革除函数栈帧

3. 条件跳转 / 无条件跳转

• JMP，JZ,JLS …

// 无条件跳转
JMP addr   // 跳转到地址，地址可为代码中的地址，不过实际上手写不会呈现这种货色
JMP label  // 跳转到标签，能够跳转到同一函数内的标签地位
JMP 2(PC)  // 以以后指令为根底，向前 / 后跳转 x 行
JMP -2(PC) // 同上

// 有条件跳转
JZ target // 如果 zero flag 被 set 过，则跳转
JLS num        // 如果上一行的比拟后果，右边小于左边则执行跳到 num 地址处

4. 其它

• 比拟：CMP, 与挑战指令搭配应用

  CMPQ    BX, $0    // 比拟与 BX 与 0 的大小
  JNE    3(PC)            // 右边小于左边则执行跳到以后 PC 指令后第三条指令的地位

• 位运算：AND,OR,XOR

总结

通过这篇文章，置信你曾经能大抵读懂一些简略的汇编程序了。这里举荐几个源代码的汇编浏览。

• Go 程序的终点：src/runtime/asm_amd64.s 中的 rt0_go(SB) 函数
• Go 原子包：src/runtime/internal/atomic_amd64.s 中的 Case 函数

参考

1. https://segmentfault.com/a/11…
2. https://go.dev/doc/asm
3. https://medium.com/martinombu…
4. https://xargin.com/go-and-pla…
5. https://kcode.icu/posts/go/20…
6. https://mioto.me/2021/01/plan…
7. https://www.symbolcrash.com/2…