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)