CSAPP第三章

1.c语言代码->汇编代码

inter cpu中有16个寄存器

caller-saver/callee-saved Register

调用者保存寄存器的值
或者被调用者保存寄存器的值

汇编器将机器代码翻译成机器代码（二进制代码）
反汇编器就将机器代码（二进制代码）翻译成汇编代码

c语言汇编和反汇编器产生的代码对比如上：

Register：


各个寄存器的功能：
rax保存函数返回值 return value
rdi，rsi，rdx，rcx用来传递函数参数（这点很重要）
rsp保存栈顶指针

Instruction（指令）

操作数和操作码要匹配


64位处理器的限制：
源位置和目的位置不能都是内存中的位置
如果要将内存到内存，

mov指令的大小和寄存器或者数的大小一定得是匹配的
操作数和操作码要匹配，目标数可以扩展

当movl的目标操作数是寄存器时，它会把该寄存器的高4字节设置为0
这时64位处理器的规定，即任何位寄存器生成32位值的指令都会把该寄存器的高位部分设置为0.

当源操作数位小于目的操作数时，需要对目的操作数剩余的字节进行零扩展或者符号位扩展

一个程序的执行过程：

如果cpu要执行 c=a+b
首先，cpu要先从内存中取出数据a和b，然后将其送到cpu的寄存器中，

寄存器是64位，如果要保存64位的数据，就需要用到寄存器的64位
如果只需要保存一个int类型的数据（32位），就只需要用到32位。
如果只是short类型，则只需要用到低16位。

如果用到64位，就用rax表示
32位就用eax表示，32位用ax表示，16位al表示。

现在来将C语言中指针的内容与寄存器的知识联系起来：

Stack

程序栈本质是内存中的一个区域

栈的增长方向是从高地址到低地址

pushq指令等效于下面两个指令

执行过程就是先将rsp（栈顶指针减8），然后再从内存中找栈顶指针指向的内存地址，然后将值push进去。

算术逻辑操作和计算的指令

leaq：它的功能是加载有效地址

x86-64位处理器上，地址长度都是64位

一定要注意 leaq和mov的区别
如图上的例子，leaq的意思是将5x+7这个地址保存到寄存器rax当中。
而如果是mov，则是将内存中5x+7位置的值保存到寄存器rax当中。

leaq还可以用来表示加法和有限的乘法运算

左边的代码就是通过右边的指令实现的

一元操作：
加，减，负，补

二元操作
加，减，乘，异或，或，与

shift operation

移位量可以是个即时数，也可以是保存在cl中的数，但只能用寄存器cl来保存

乘以16，就相当于左移4位

条件循环语句的实现

在cpu中，不仅有寄存器，还有各种运算单元。
比如说处理加减的算数逻辑单元，ALU。
ALU是如何工作的呢，如图所示，ALU先从寄存器中存相应的值
然后在再ALU中进行相应的计算，然后将计算的值保存到寄存器中。

ALU除了执行算术和逻辑运算指令外，还会根据运算的结果去设置条件码寄存器。

条件码寄存器：

是由cpu来维护的，它描述了最近执行操作的属性

CF：Carry Flag 进位标志，当CPU最近的操作产生进位时，CF会设置为1，可以用来检测无符号数操作的溢出。

ZF：
当最近结果为0时，ZF会被置1.

zhi
条件码寄存器的值是由ALU在执行算术和运算指令时写入的。

cmp和test指令

cmp根据两个操作数的差来设置条件码寄存器
cmp和sub的区别就是：
sub既改变操作数的值，又设置条件码寄存器
cmp只设置条件码寄存器，不改变操作数的值

test指令和and指令类型

因为指令的执行是独立的，这一条指令不知道上一条指令的执行结果，如果需要根据上一条指令执行结果来执行命令，就需要用条件码来保存。

1.取出a和b的值，然后根据a和b的值做比较，设置zf的值（comp的功能）
2.sete（后缀e表示equal）：是根据ZF的值对al进行赋值
if ZF=1，将al的值设置为1
如果ZF=0，将al的值设置为0
3.movzbl指令对 al进行0扩展，再将值赋给eax。

1.com指令，反正com指令是一个指令，就是将拿a-b，然后执行com指令后相应的符号位寄存器就都会发生变化，比如SF标志位，OF标志位，然后我们就可以通过这些标志位的值来进行判断。
2.setl（l表示less的意思，表示在小于时设置）
3.它是如何去判断小于的呢：

4.将al的值（表示小于还是不小于）赋给eax。

综上所述：
这么讲，
1.com就是将两个数相减然后根据结果去设置状态码。
2.setl，sete %al，就是根据两个值是否相等还是是否大于小于去设置al的值。
（当然，如何判断相等或者大于小于，是它内部实现，不如等于就看ZF标志位，大于小于就得看ZF和OF的异或结果。

跳转指令和循环

理解一下上面的代码：
1.cmp会根据rsi，rdi的值去设置SF，OF的标志位
2.j1.L4 根据SF和OF的异或结果判断是继续顺序执行还是跳转到.L4的代码去执行。

Jump Instructions 跳转指令

现代处理器中，执行效率比较低。
替代方法：使用数据的条件转移来代替控制的条件转移。

基于条件传送的代码会比基于跳转指令的代码效率高，是因为现代处理器是通过流水线获得高性能。

循环结构

c语言中提供了三种循环结构，do-while，while，for语句

循环语句是通过条件测试与跳转的结合来实现的。

当n的值大于1时，会一直跳转执行，小于1时，就往下执行

switch语句：

将n的值与6的比较，如果n大于6的话，就跳转到L8 default的语句去

对于case0-case6，跳转表：

函数

函数p调用函数q的例子中，当函数q正在执行时，
函数p以及相关调用脸上的函数都会被挂起

当函数执行所需要的存储空间超出寄存器能够存放的大小时，就会借助栈上的存储空间，我们把这部分存储空间称为函数的栈帧。

所以栈帧是以一个函数为单位的。

对于函数p调用函数q的例子，包括较早的帧，调用函数p的帧，正在执行函数q的帧

一个是之前较早的帧，一个是函数p的栈帧，一个是函数q的栈帧

当函数p调用函数q时，会把返回地址压入栈中

该地址指明了当函数q执行结束返回时要从函数p的哪个位置继续执行
这个地址的压栈操作并不是由push来执行的，而是由call指令来操作的。

函数调用与返回的操作：

返回地址

比如以上的指令：
1.callq 741 这个指令会将rip寄存器的值设置为741，意思就是下一个指令执行的位置就是741.
2.call指令还会同时将call指令的下一条指令，700压入栈中（rsp），
3.当call指令执行返回时，将会自动从rsp中取值700，将其设置为rip的值，也就是下条指令执行的地址。

参数传递
如果一个函数的参数数量大于6，超出的部分就要通过栈来传递。
参数1-参数6可以通过相应寄存器来传递

实例：

前六个参数通过寄存器来保存。
后面两个参数通过栈来保存。
因为栈顶默认存放返回地址，所以a4和a4p分别存在距离栈顶8和16的位置。
这里有一点需要注意的是：
当栈作为参数传递时，比如说a4是char类型的（4字节），但同样为其分配8个字节的空间。

寄存器的使用有特定顺序：

局部变量需要栈的空间，是不需要八字节对齐的。
传递参数就需要（所以都为其分配8个字节或者八个字节的倍数）

在程序执行过程中，寄存器是所有程序共用的。

rbp和rbx要被调用者保存。

递归调用一个函数本身和调用其它函数是一样的
每次调用都有自己函数的状态信息
栈分配与释放的规则和函数调用返回的顺序也是匹配的
当N的值特别大时，不建议使用递归调用。

数组

p指向的是char类型的指针，q是指向int类型的指针
当p+1时，会向右移动一个单元，q+1时，会向右移动四个单元，这个具体是根据引用类型的不同来决定的。

同样是c的知识，数组的名字代表的是数组首个元素所在的地址。
所以要取数组E的第三个元素，可以是E【2】，或者是*(E+2)
(E代表的是首地址，所以E+2代表E后面第二个地址，*（E+2）代表取E后面的第二个地址的值）

Nested Arrays

结构体

结构体的声明：

无论是单个变量还是数组元素，独是通过起始地址加偏移量的方式来访问的。

该结构体并不是占9个内存空间。

为什么呢？因为变量j是int类型，占4个字节，它的起始地址必须是4的倍数，因此，编译器会在变量c和变量j之间插入一个3字节的间隙。

这样，变量j相对于起始地址的偏移量就为8，整个结构体的大小就变为12字节。

比如说double c 八个字节长，所以它的起始地址需要是8的倍数，所以需要在a，b 后面补上7个字节使得其前方有16个字节（8的倍数）

我们如果知道两个字段的使用是互斥的，那么可以将这些字段声明为一个联合体。

强制类型转换时，联合体的应用：

缓存区溢出

栈帧中会保存程序执行所需要的重要信息，例如：返回地址，保存的寄存器的值。

在c语言中，对数组的引用不会进行任何的边界检查，如果对越界的数组进行写操作，就会破坏存储在栈中的状态信息。当程序使用了被修改的返回地址时，就会导致严重的错误。

小例：

1.定义了一个char类型的数组
2.get函数是将输入的字符转移到制定的位置（buf）
3.但是有个问题，就是char数组并不会判断是否越界，如果输入的字符串超出了栈为其申请的缓存空间，就会缓冲区溢出，就可以溢出到函数的返回跳转指令那里，导致一些很严重的问题。

防止缓冲区溢出的方式：
Thwarting Buffer Overflow Attacks

1.Stack Randomization
2.Stack Corruption Detection
3.Limiting Executable Code Regions

1.栈随机化
栈的位置在每次程序运行都不同

2.栈破坏检测

在缓冲区和栈保存的状态值之间存储一个特殊值
这个特殊值被称为canary 金丝雀值
每次程序运行的时候随机产生的

fs：40 可认为是内存中的一段只读的地址，存储的就是金丝雀值
右边的xorq 就是在每次程序运行前判断一下canary有无被修改

3.消除攻击者向系统中插入可执行代码的能力
限制哪些内存区域能够存放可执行代码

以前，x86处理器将可读和可执行的访问控制合并成一位标志
所以可读的内存页也是可被执行

后来，处理机的内存访问位可分为 可读和可执行。

最后

以上就是大胆绿草为你收集整理的CSAPP第三章的全部内容，希望文章能够帮你解决CSAPP第三章所遇到的程序开发问题。

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