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用匯編的眼光看C 開篇

               

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    很多朋友,包括我自己在內,對C++語言的很多特性不是很明白。特別是幾年前找工作的時候,為了應付來自工作單位的考試,我經常逼著自己的去記住一些複雜的試題和答案。可是常常時間已過,一切又回到了原點。原來沒有弄清楚的問題還是沒有弄明白,一切都沒有發生改變。直到若干年後,當我在編碼過程中不斷積累經驗,嘗試用匯編程式碼和記憶體資料來解釋一些現象的時候,才明白有些東西其實並不複雜。也許有的朋友對組合語言會有畏懼,其實沒有必要。只要你對C語言有一些基礎,對堆疊有一些印象,那麼你已經擁有組合語言的基礎了。在接下來的數篇部落格中,我們就會就x86彙編、資料型別、資料執行邏輯、指標、資料、類、過載運算子在彙編下是如何展開的做一些介紹,談一些個人的看法。下面,我們就進行一些小測試,同時用匯編語言來說明一下。大家可以一起做一下。

(1) char name[] 和 char* name

1:2:    void process()3:    {00401020   push        ebp00401021   mov         ebp,esp00401023   sub         esp,4Ch00401026   push        ebx00401027   push        esi00401028   push        edi00401029   lea         edi,[ebp-4Ch]0040102C   mov         ecx,13h00401031   mov         eax,0CCCCCCCCh00401036   rep stos    dword ptr [edi]4
:        char name_tmp[] = {"hello"};00401038   mov         eax,[string "hello" (0042201c)]0040103D   mov         dword ptr [ebp-8],eax00401040   mov         cx,word ptr [string "hello"+4 (00422020)]00401047   mov         word ptr [ebp-4],cx5:        char* name_glb = "hello";0040104B   mov         dword ptr [ebp-0Ch],offset string
"hello" (0042201c)6:    }00401052   pop         edi00401053   pop         esi00401054   pop         ebx00401055   mov         esp,ebp00401057   pop         ebp00401058   ret
    通過上面的程式碼,我們可以清楚地看出兩者之間的差別。"hello"字串是一個全域性只讀變數,空間地址為0x0042201C。name_tmp是函式內的char陣列,第4行語句下面四行表示全域性資料“hello”是分兩次拷貝到name_tmp的,第一次是dword、四個位元組,第二次是word、兩個位元組。所以name_tmp共有6個位元組。相比較而言,name_glb什麼也沒有,它只是把自己指向了全域性變數而已,所以它只是一個指標而已。

(2)apple a()和apple b

假設class apple的定義為:

class apple{public:    apple() {}    ~apple() {}};

那麼apple a()和apple b是分別怎麼編譯的呢?

9:    void process()10:   {00401020   push        ebp00401021   mov         ebp,esp00401023   sub         esp,44h00401026   push        ebx00401027   push        esi00401028   push        edi00401029   lea         edi,[ebp-44h]0040102C   mov         ecx,11h00401031   mov         eax,0CCCCCCCCh00401036   rep stos    dword ptr [edi]11:       apple a();12:       apple b;00401038   lea         ecx,[ebp-4]0040103B   call        @ILT+20(apple::apple) (00401019)13:   }00401040   lea         ecx,[ebp-4]00401043   call        @ILT+10(apple::~apple) (0040100f)00401048   pop         edi00401049   pop         esi0040104A   pop         ebx0040104B   add         esp,44h0040104E   cmp         ebp,esp00401050   call        __chkesp (004010b0)00401055   mov         esp,ebp00401057   pop         ebp00401058   ret
    為什麼apple a()這邊什麼也沒有編譯呢?原因很簡單,因為編譯器把apple a()看成是一個extern的函式,返回值為apple。與此相對應的apple b才是函式中真正定義的臨時變數,因為在下面不遠處有apple的兩個函式——apple的建構函式和apple的解構函式哦。

(3)(apple*) (0) -> print()

其中class apple這樣定義:

class apple{    int value;public:    apple() {}    ~apple() {}    void print() { return;} };

    如果0設定為apple*,那麼訪問函式print會有問題嗎?

10:   void process()11:   {00401030   push        ebp00401031   mov         ebp,esp00401033   sub         esp,40h00401036   push        ebx00401037   push        esi00401038   push        edi00401039   lea         edi,[ebp-40h]0040103C   mov         ecx,10h00401041   mov         eax,0CCCCCCCCh00401046   rep stos    dword ptr [edi]12:       ((apple*)(0))->print();00401048   xor         ecx,ecx0040104A   call        @ILT+0(apple::print) (00401005)13:   }0040104F   pop         edi00401050   pop         esi00401051   pop         ebx00401052   add         esp,40h00401055   cmp         ebp,esp00401057   call        __chkesp (004010e0)0040105C   mov         esp,ebp0040105E   pop         ebp0040105F   ret
    通過執行函式,我們發現沒有任何異常產生,為什麼呢?因為我們發現ecx是作為0傳給print函式的,也就是我們熟悉的this指標為0。但是我們發現在print函式內部沒有用到this指標,因為我們根本沒有對this->value進行訪問,只是一個返回語句return。這說明指標作為class null指標並不可怕,可怕的是用null去訪問記憶體中的資料。

(4) int m = 1; int n = m++ + ++m; 那麼n是多少呢?

10:   void process()11:   {0040D4D0   push        ebp0040D4D1   mov         ebp,esp0040D4D3   sub         esp,48h0040D4D6   push        ebx0040D4D7   push        esi0040D4D8   push        edi0040D4D9   lea         edi,[ebp-48h]0040D4DC   mov         ecx,12h0040D4E1   mov         eax,0CCCCCCCCh0040D4E6   rep stos    dword ptr [edi]12:       int m = 1;0040D4E8   mov         dword ptr [ebp-4],113:       int n = m++ + ++m;0040D4EF   mov         eax,dword ptr [ebp-4]0040D4F2   add         eax,10040D4F5   mov         dword ptr [ebp-4],eax0040D4F8   mov         ecx,dword ptr [ebp-4]0040D4FB   add         ecx,dword ptr [ebp-4]0040D4FE   mov         dword ptr [ebp-8],ecx0040D501   mov         edx,dword ptr [ebp-4]0040D504   add         edx,10040D507   mov         dword ptr [ebp-4],edx14:   }0040D50A   pop         edi0040D50B   pop         esi0040D50C   pop         ebx0040D50D   mov         esp,ebp0040D50F   pop         ebp
    通過彙編程式碼,我們看到【ebp-4】就是m在堆疊中的地址,【ebp-8】就是n在堆疊中的地址。 int n = m++ + ++m下面總共有9句彙編。我們可以分析一下:前面三句表示m自己增加1,第四句表示ecx = m,即ecx = 2。第五句ecx和m相加,翻譯過來就是ecx = ecx + m。此時ecx = 4。第六句表示 n = ecx。 第七句到第九句表示m自增加1。為什麼會出現這樣的情況呢,其實道理很簡單,主要是因為我們的表示式是從右向左運算的。如果大家這樣看就明白了,首先++m,然後 n = m + m,最後 m++。

(5) *p++和(*p)++區別是什麼

10:   void process()11:   {0040D4D0   push        ebp0040D4D1   mov         ebp,esp0040D4D3   sub         esp,48h0040D4D6   push        ebx0040D4D7   push        esi0040D4D8   push        edi0040D4D9   lea         edi,[ebp-48h]0040D4DC   mov         ecx,12h0040D4E1   mov         eax,0CCCCCCCCh0040D4E6   rep stos    dword ptr [edi]12:       char data = 'a';0040D4E8   mov         byte ptr [ebp-4],61h13:       char* p = & data;0040D4EC   lea         eax,[ebp-4]0040D4EF   mov         dword ptr [ebp-8],eax14:       *p++;0040D4F2   mov         ecx,dword ptr [ebp-8]0040D4F5   add         ecx,10040D4F8   mov         dword ptr [ebp-8],ecx15:       (*p)++;0040D4FB   mov         edx,dword ptr [ebp-8]0040D4FE   mov         al,byte ptr [edx]0040D500   add         al,10040D502   mov         ecx,dword ptr [ebp-8]0040D505   mov         byte ptr [ecx],al16:   }0040D507   pop         edi0040D508   pop         esi0040D509   pop         ebx0040D50A   mov         esp,ebp0040D50C   pop         ebp0040D50D   ret
    我們首先建立區域性變數data。然後把data的指標複製給p。從彙編程式碼可以清楚的看出來:*p++就等於p++;(*p)++首先把指標複製給edx,然後獲取edx地址指向的char資料複製給al,al自增加1,同時p地址複製給ecx,al複製給ecx指向的地址,就是這麼簡單。

類似的問題還有很多,大家不妨自己試一試:

(1) 下面的union在記憶體是怎麼安排的?gcc和vc編譯的時候,分配的記憶體size是一樣的嗎?

typedef union {char m:3;char n:7;int data;}value;

(2) 下面地址一致嗎?

char value1[] = {"hello"};char value2[] = {"hello"};char* pValue1 = “hello”;char* pValue2 = "hello";value1和value2地址一致嗎?pValue1和pValue2呢?

(3)下面一段話為什麼執行錯誤?為什麼記憶體洩露了?怎麼修改?

class apple{    char* pName;public:    apple() { pName = (char*)malloc(10);}    ~apple() {if(NULL != pName) free(pName);}};void process(){    apple a, b;    a = b;}

(全文完)