你真的深刻理解計算機系統了嗎之篇章三：程序的結構

　　計算機中的信息=位+上下文。進一步，信息能夠分爲兩大類：一類是數據，一類是指令。指令用來代表操做的動做，數據用來代表被操做的對象，這二者同時也構成了一個完整的程序。

　　對於數據而言，咱們先來談整數的表示和運算。無符號編碼表示無符號數，補碼錶示有符號數，相信你們對這兩種編碼應該是很是熟悉的（無符號編碼沒有符號位，補碼的最高位表示符號位）。

　　在整數的運算方面一共有兩種，一種是算術運算，一種是邏輯運算。算術運算就指日常的加減乘數，固然要注意溢出、符號位等各類狀況（這個講起來的話太多了，並且我也擔憂本身講很差，不懂的讀者能夠去翻翻書）。邏輯運算主要包括移位操做、或與非等，對於移位操做，必定要注意是算術右移仍是邏輯右移，算法右移在所缺的位置要補齊符號位，邏輯右移要補齊零。

　　因爲浮點型的表示和運算，我也掌握的不是太好，讀者本身翻書吧。

　　對於指令而言，有傳送指令、算術指令、邏輯指令、跳轉指令以及支持過程調用和返回的指令。這些指令與c語言中的結構都是對應的，下面我會爲你們講解。

　　傳送指令主要是mov a, b這種形式，像c語言中的賦值操做以及取某個變量的值等最後都會轉化爲這種指令。傳送指令一共有三種尋址方式。第一種方式爲當即數尋址，形式爲mov $imm, EM，表示將imm傳送到寄存器或者存儲器EM中；第二種方式爲寄存器尋址，形式爲mov Ea, EM，表示將寄存器Ea中的值傳送到EM中；第三種爲存儲器尋址，形式爲mov (Ea), EM，表示將寄存器中的值所表示的存儲器位置的值傳送到EM中，固然這個有不少變形，但本質是同樣的。要注意到不能從存儲器傳送到存儲器。

　　在算術和邏輯指令中，像加減乘除、或與非、移位操做自沒必要說，在c語言中的這些操做與彙編中基本是沒什麼區別。我主要來講一下lea，即加載有效地址指令，它是mov指令的變形。指令形式爲lea S, D，效果是將S的地址傳送到D中，其中D必須爲寄存器，像c語言中的求地址操做&就對應這種彙編語言。例如lea (Ea), Eb，在mov指令中表示將寄存器中的值所表示的存儲器位置的值傳送到Eb中，而在lea指令中表示將寄存器Ea中的值傳送到寄存器Eb中。同時還能夠用這個指令來進行一些算術運算。

　　跳轉指令主要包括無條件跳轉和有條件跳轉，無條件跳轉的形式爲jmp Label或者jmp *Operand，後者的跳轉目標是從寄存器或者存儲器中讀出的。對於有條件跳轉，只有在符合某些條件的狀況下才會跳轉，好比je、jne等，那麼在彙編中是如何知道這些條件成立不成立呢？除了整數寄存器，CPU還包含一組單個位的條件碼寄存器，好比CF（無符號溢出）、ZF（零）、SF（負數）、OF（有符號溢出），它們描述的是最近操做的屬性，也有一些指令專門用來設置條件碼而不修改其餘寄存器，像test、cmp。跳轉指令根據這些條件碼的組合狀況來決定是否跳轉。在c語言中像if語言、for語言、while語言、switch語言最終都會翻譯成跳轉指令。

　　最後一種指令就是支持過程調用和返回的指令。其中call指令用來過程調用，ret指令用來從過程調用中返回。c語言中的過程最後會翻譯爲彙編中的過程調用代碼。在x86系統中一共有8個整數寄存器，其中有兩個寄存器支持過程的實現，分別是棧指針%esp，幀指針%ebp。當執行call Label時（Label表示被調用的標記，也能夠是*Operand的形式），計算機將返回地址（調用者的下一條指令地址）入棧，再將幀指針中保存的值（調用者的幀指針）入棧，最後將棧指針中保存的值傳給幀指針，下面就開始執行被調用者中的指令，當執行ret返回時就是call指令的逆序，先將幀指針中保存的值傳給棧指針，再push %ebp，將返回地址更新到程序計數器中，繼續調用函數的執行。