go plan9彙編入門
原文地址： https://yuchanns.org/posts/2020/01/31/golang-assembly/
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有時候我們想要知道寫出來的代碼是怎麼編譯執行的，這時候 go tool compile
就是一個很好用的工具。
本文相關代碼 yuchanns/gobyexample
如何輸出彙編代碼
有三種方法可以輸出go代碼的彙編代碼：
- go tool compile 生成obj文件
- go build -gcflags 生成最終二進制文件
-
先go build然後在go tool objdump 對二進制文件進行反彙編
當然，具體行爲還需要在這些命令後面加上具體的flag。flag的內容可以通過查閱 官方文檔 獲得。
本文涉及Flags說明
-N 禁止優化
-S 輸出彙編代碼
-l 禁止內聯
什麼是內聯
如果學過 c/c++
就知道，通過 inline
關鍵字修飾的函數叫做內聯函數。內聯函數的優勢是在編譯過程中直接展開函數中的代碼，將其替換到源碼的函數調用位置，這樣可以節省函數調用的消耗，提高運行速度。適用於函數體短小且頻繁調用的函數，如果函數體太大了，會增大目標代碼。是一種空間換時間的做法。
go編譯器會智能判斷對代碼進行優化和使用匯編。而我們在分析學習代碼調用情況的時候需要禁止掉這些優化，避免混淆理解。
以下我們使用 go build -gcflags="-N -l -S" file
來獲得彙編代碼。
獲取一份簡單的彙編代碼
現在手上有一份關於range的代碼，但是我們運行之後出現了一些問題 [1] [2] ：
package assembly
import "fmt"
func RangeClause() {
arr := []int{1, 2, 3}
var newArr []*int
for _, v := range arr {
newArr = append(newArr, &v)
}
for _, v := range newArr {
fmt.Println(*v)
}
}
結果輸出了三個3。
也許我們在學習過程中見過類似的錯誤，然後設法(或者別人告訴我們怎麼)避免錯誤，但是仍然百思不得其解，知其然不知其所以然。
這時候獲取彙編代碼就可以排上用場了。
執行 go build -gcflags="-N -l -S" range_clause.go
，得到下面這份輸出結果：
"".RangeClause STEXT size=842 args=0x0 locals=0x158
0x0000 00000 (range_clause.go:5) TEXT "".RangeClause(SB), ABIInternal, $344-0
0x0000 00000 (range_clause.go:5) MOVQ (TLS), CX
0x0009 00009 (range_clause.go:5) LEAQ -216(SP), AX
0x0011 00017 (range_clause.go:5) CMPQ AX, 16(CX)
0x0015 00021 (range_clause.go:5) JLS 832
0x001b 00027 (range_clause.go:5) SUBQ $344, SP
0x0022 00034 (range_clause.go:5) MOVQ BP, 336(SP)
0x002a 00042 (range_clause.go:5) LEAQ 336(SP), BP
0x0032 00050 (range_clause.go:5) FUNCDATA $0, gclocals·f0a67958015464e4cc8847ce0df60843(SB)
0x0032 00050 (range_clause.go:5) FUNCDATA $1, gclocals·1be50b3ff1c6bce621b19ced5cafc212(SB)
0x0032 00050 (range_clause.go:5) FUNCDATA $2, gclocals·160a1dd0c9595e8bcf8efc4c6b948d91(SB)
0x0032 00050 (range_clause.go:5) FUNCDATA $3, "".RangeClause.stkobj(SB)
0x0032 00050 (range_clause.go:6) PCDATA $0, $1
0x0032 00050 (range_clause.go:6) PCDATA $1, $0
0x0032 00050 (range_clause.go:6) LEAQ ""..autotmp_9+120(SP), AX
0x0037 00055 (range_clause.go:6) PCDATA $1, $1
0x0037 00055 (range_clause.go:6) MOVQ AX, ""..autotmp_8+152(SP)
0x003f 00063 (range_clause.go:6) PCDATA $0, $0
0x003f 00063 (range_clause.go:6) TESTB AL, (AX)
0x0041 00065 (range_clause.go:6) MOVQ ""..stmp_0(SB), AX
0x0048 00072 (range_clause.go:6) MOVQ AX, ""..autotmp_9+120(SP)
0x004d 00077 (range_clause.go:6) MOVUPS ""..stmp_0+8(SB), X0
0x0054 00084 (range_clause.go:6) MOVUPS X0, ""..autotmp_9+128(SP)
0x005c 00092 (range_clause.go:6) PCDATA $0, $1
0x005c 00092 (range_clause.go:6) PCDATA $1, $0
0x005c 00092 (range_clause.go:6) MOVQ ""..autotmp_8+152(SP), AX
0x0064 00100 (range_clause.go:6) TESTB AL, (AX)
0x0066 00102 (range_clause.go:6) JMP 104
0x0068 00104 (range_clause.go:6) PCDATA $0, $0
0x0068 00104 (range_clause.go:6) PCDATA $1, $2
0x0068 00104 (range_clause.go:6) MOVQ AX, "".arr+240(SP)
0x0070 00112 (range_clause.go:6) MOVQ $3, "".arr+248(SP)
0x007c 00124 (range_clause.go:6) MOVQ $3, "".arr+256(SP)
0x0088 00136 (range_clause.go:7) PCDATA $1, $3
0x0088 00136 (range_clause.go:7) MOVQ $0, "".newArr+216(SP)
0x0094 00148 (range_clause.go:7) XORPS X0, X0
0x0097 00151 (range_clause.go:7) MOVUPS X0, "".newArr+224(SP)
0x009f 00159 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $1
0x009f 00159 (range_clause.go:8) LEAQ type.int(SB), AX
0x00a6 00166 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $0
0x00a6 00166 (range_clause.go:8) MOVQ AX, (SP)
0x00aa 00170 (range_clause.go:8) CALL runtime.newobject(SB)
0x00af 00175 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $1
0x00af 00175 (range_clause.go:8) MOVQ 8(SP), AX
0x00b4 00180 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $0
0x00b4 00180 (range_clause.go:8) PCDATA $1, $4
0x00b4 00180 (range_clause.go:8) MOVQ AX, "".&v+192(SP)
0x00bc 00188 (range_clause.go:8) MOVQ "".arr+256(SP), AX
0x00c4 00196 (range_clause.go:8) MOVQ "".arr+248(SP), CX
0x00cc 00204 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $2
0x00cc 00204 (range_clause.go:8) PCDATA $1, $5
0x00cc 00204 (range_clause.go:8) MOVQ "".arr+240(SP), DX
0x00d4 00212 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $0
0x00d4 00212 (range_clause.go:8) PCDATA $1, $6
0x00d4 00212 (range_clause.go:8) MOVQ DX, ""..autotmp_5+288(SP)
0x00dc 00220 (range_clause.go:8) MOVQ CX, ""..autotmp_5+296(SP)
0x00e4 00228 (range_clause.go:8) MOVQ AX, ""..autotmp_5+304(SP)
0x00ec 00236 (range_clause.go:8) MOVQ $0, ""..autotmp_10+112(SP)
0x00f5 00245 (range_clause.go:8) MOVQ ""..autotmp_5+296(SP), AX
0x00fd 00253 (range_clause.go:8) MOVQ AX, ""..autotmp_11+104(SP)
0x0102 00258 (range_clause.go:8) JMP 260
0x0104 00260 (range_clause.go:8) MOVQ ""..autotmp_11+104(SP), CX
0x0109 00265 (range_clause.go:8) CMPQ ""..autotmp_10+112(SP), CX
0x010e 00270 (range_clause.go:8) JLT 277
0x0110 00272 (range_clause.go:8) JMP 516
0x0115 00277 (range_clause.go:8) MOVQ ""..autotmp_10+112(SP), CX
0x011a 00282 (range_clause.go:8) SHLQ $3, CX
0x011e 00286 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $3
0x011e 00286 (range_clause.go:8) ADDQ ""..autotmp_5+288(SP), CX
0x0126 00294 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $0
0x0126 00294 (range_clause.go:8) MOVQ (CX), CX
0x0129 00297 (range_clause.go:8) MOVQ CX, ""..autotmp_12+96(SP)
0x012e 00302 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $2
0x012e 00302 (range_clause.go:8) MOVQ "".&v+192(SP), DX
0x0136 00310 (range_clause.go:8) PCDATA $0, $0
0x0136 00310 (range_clause.go:8) MOVQ CX, (DX)
0x0139 00313 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $3
0x0139 00313 (range_clause.go:9) MOVQ "".&v+192(SP), CX
0x0141 00321 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $0
0x0141 00321 (range_clause.go:9) PCDATA $1, $7
0x0141 00321 (range_clause.go:9) MOVQ CX, ""..autotmp_13+184(SP)
0x0149 00329 (range_clause.go:9) MOVQ "".newArr+232(SP), CX
0x0151 00337 (range_clause.go:9) MOVQ "".newArr+224(SP), DX
0x0159 00345 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $4
0x0159 00345 (range_clause.go:9) PCDATA $1, $8
0x0159 00345 (range_clause.go:9) MOVQ "".newArr+216(SP), BX
0x0161 00353 (range_clause.go:9) LEAQ 1(DX), SI
0x0165 00357 (range_clause.go:9) CMPQ SI, CX
0x0168 00360 (range_clause.go:9) JLS 364
0x016a 00362 (range_clause.go:9) JMP 446
0x016c 00364 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $-2
0x016c 00364 (range_clause.go:9) PCDATA $1, $-2
0x016c 00364 (range_clause.go:9) JMP 366
0x016e 00366 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $5
0x016e 00366 (range_clause.go:9) PCDATA $1, $9
0x016e 00366 (range_clause.go:9) MOVQ ""..autotmp_13+184(SP), AX
0x0176 00374 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $6
0x0176 00374 (range_clause.go:9) LEAQ (BX)(DX*8), DI
0x017a 00378 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $-2
0x017a 00378 (range_clause.go:9) PCDATA $1, $-2
0x017a 00378 (range_clause.go:9) CMPL runtime.writeBarrier(SB), $0
0x0181 00385 (range_clause.go:9) JEQ 389
0x0183 00387 (range_clause.go:9) JMP 439
0x0185 00389 (range_clause.go:9) MOVQ AX, (BX)(DX*8)
0x0189 00393 (range_clause.go:9) JMP 395
0x018b 00395 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $0
0x018b 00395 (range_clause.go:9) PCDATA $1, $6
0x018b 00395 (range_clause.go:9) MOVQ BX, "".newArr+216(SP)
0x0193 00403 (range_clause.go:9) MOVQ SI, "".newArr+224(SP)
0x019b 00411 (range_clause.go:9) MOVQ CX, "".newArr+232(SP)
0x01a3 00419 (range_clause.go:9) JMP 421
0x01a5 00421 (range_clause.go:8) MOVQ ""..autotmp_10+112(SP), CX
0x01aa 00426 (range_clause.go:8) INCQ CX
0x01ad 00429 (range_clause.go:8) MOVQ CX, ""..autotmp_10+112(SP)
0x01b2 00434 (range_clause.go:8) JMP 260
0x01b7 00439 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $-2
0x01b7 00439 (range_clause.go:9) PCDATA $1, $-2
0x01b7 00439 (range_clause.go:9) CALL runtime.gcWriteBarrier(SB)
0x01bc 00444 (range_clause.go:9) JMP 395
0x01be 00446 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $4
0x01be 00446 (range_clause.go:9) PCDATA $1, $8
0x01be 00446 (range_clause.go:9) MOVQ DX, ""..autotmp_21+64(SP)
0x01c3 00451 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $5
0x01c3 00451 (range_clause.go:9) LEAQ type.*int(SB), AX
0x01ca 00458 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $4
0x01ca 00458 (range_clause.go:9) MOVQ AX, (SP)
0x01ce 00462 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $0
0x01ce 00462 (range_clause.go:9) MOVQ BX, 8(SP)
0x01d3 00467 (range_clause.go:9) MOVQ DX, 16(SP)
0x01d8 00472 (range_clause.go:9) MOVQ CX, 24(SP)
0x01dd 00477 (range_clause.go:9) MOVQ SI, 32(SP)
0x01e2 00482 (range_clause.go:9) CALL runtime.growslice(SB)
0x01e7 00487 (range_clause.go:9) PCDATA $0, $4
0x01e7 00487 (range_clause.go:9) MOVQ 40(SP), BX
0x01ec 00492 (range_clause.go:9) MOVQ 48(SP), AX
0x01f1 00497 (range_clause.go:9) MOVQ 56(SP), CX
0x01f6 00502 (range_clause.go:9) LEAQ 1(AX), SI
0x01fa 00506 (range_clause.go:9) MOVQ ""..autotmp_21+64(SP), DX
0x01ff 00511 (range_clause.go:9) JMP 366
0x0204 00516 (range_clause.go:11) PCDATA $0, $0
0x0204 00516 (range_clause.go:11) PCDATA $1, $10
0x0204 00516 (range_clause.go:11) MOVQ "".newArr+232(SP), AX
0x020c 00524 (range_clause.go:11) MOVQ "".newArr+224(SP), CX
0x0214 00532 (range_clause.go:11) PCDATA $0, $2
0x0214 00532 (range_clause.go:11) PCDATA $1, $0
0x0214 00532 (range_clause.go:11) MOVQ "".newArr+216(SP), DX
0x021c 00540 (range_clause.go:11) PCDATA $0, $0
0x021c 00540 (range_clause.go:11) PCDATA $1, $11
0x021c 00540 (range_clause.go:11) MOVQ DX, ""..autotmp_6+264(SP)
0x0224 00548 (range_clause.go:11) MOVQ CX, ""..autotmp_6+272(SP)
0x022c 00556 (range_clause.go:11) MOVQ AX, ""..autotmp_6+280(SP)
0x0234 00564 (range_clause.go:11) MOVQ $0, ""..autotmp_14+88(SP)
0x023d 00573 (range_clause.go:11) MOVQ ""..autotmp_6+272(SP), AX
0x0245 00581 (range_clause.go:11) MOVQ AX, ""..autotmp_15+80(SP)
0x024a 00586 (range_clause.go:11) JMP 588
0x024c 00588 (range_clause.go:11) MOVQ ""..autotmp_15+80(SP), AX
0x0251 00593 (range_clause.go:11) CMPQ ""..autotmp_14+88(SP), AX
0x0256 00598 (range_clause.go:11) JLT 605
0x0258 00600 (range_clause.go:11) JMP 816
0x025d 00605 (range_clause.go:11) MOVQ ""..autotmp_14+88(SP), AX
0x0262 00610 (range_clause.go:11) SHLQ $3, AX
0x0266 00614 (range_clause.go:11) PCDATA $0, $1
0x0266 00614 (range_clause.go:11) ADDQ ""..autotmp_6+264(SP), AX
0x026e 00622 (range_clause.go:11) MOVQ (AX), AX
0x0271 00625 (range_clause.go:11) MOVQ AX, ""..autotmp_16+176(SP)
0x0279 00633 (range_clause.go:11) MOVQ AX, "".v+144(SP)
0x0281 00641 (range_clause.go:12) TESTB AL, (AX)
0x0283 00643 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $0
0x0283 00643 (range_clause.go:12) MOVQ (AX), AX
0x0286 00646 (range_clause.go:12) MOVQ AX, ""..autotmp_17+72(SP)
0x028b 00651 (range_clause.go:12) MOVQ AX, (SP)
0x028f 00655 (range_clause.go:12) CALL runtime.convT64(SB)
0x0294 00660 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $1
0x0294 00660 (range_clause.go:12) MOVQ 8(SP), AX
0x0299 00665 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $0
0x0299 00665 (range_clause.go:12) PCDATA $1, $12
0x0299 00665 (range_clause.go:12) MOVQ AX, ""..autotmp_18+168(SP)
0x02a1 00673 (range_clause.go:12) PCDATA $1, $13
0x02a1 00673 (range_clause.go:12) XORPS X0, X0
0x02a4 00676 (range_clause.go:12) MOVUPS X0, ""..autotmp_7+200(SP)
0x02ac 00684 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $1
0x02ac 00684 (range_clause.go:12) PCDATA $1, $12
0x02ac 00684 (range_clause.go:12) LEAQ ""..autotmp_7+200(SP), AX
0x02b4 00692 (range_clause.go:12) MOVQ AX, ""..autotmp_20+160(SP)
0x02bc 00700 (range_clause.go:12) TESTB AL, (AX)
0x02be 00702 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $7
0x02be 00702 (range_clause.go:12) PCDATA $1, $11
0x02be 00702 (range_clause.go:12) MOVQ ""..autotmp_18+168(SP), CX
0x02c6 00710 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $8
0x02c6 00710 (range_clause.go:12) LEAQ type.int(SB), DX
0x02cd 00717 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $7
0x02cd 00717 (range_clause.go:12) MOVQ DX, ""..autotmp_7+200(SP)
0x02d5 00725 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $1
0x02d5 00725 (range_clause.go:12) MOVQ CX, ""..autotmp_7+208(SP)
0x02dd 00733 (range_clause.go:12) TESTB AL, (AX)
0x02df 00735 (range_clause.go:12) JMP 737
0x02e1 00737 (range_clause.go:12) MOVQ AX, ""..autotmp_19+312(SP)
0x02e9 00745 (range_clause.go:12) MOVQ $1, ""..autotmp_19+320(SP)
0x02f5 00757 (range_clause.go:12) MOVQ $1, ""..autotmp_19+328(SP)
0x0301 00769 (range_clause.go:12) PCDATA $0, $0
0x0301 00769 (range_clause.go:12) MOVQ AX, (SP)
0x0305 00773 (range_clause.go:12) MOVQ $1, 8(SP)
0x030e 00782 (range_clause.go:12) MOVQ $1, 16(SP)
0x0317 00791 (range_clause.go:12) CALL fmt.Println(SB)
0x031c 00796 (range_clause.go:12) JMP 798
0x031e 00798 (range_clause.go:11) MOVQ ""..autotmp_14+88(SP), AX
0x0323 00803 (range_clause.go:11) INCQ AX
0x0326 00806 (range_clause.go:11) MOVQ AX, ""..autotmp_14+88(SP)
0x032b 00811 (range_clause.go:11) JMP 588
0x0330 00816 (<unknown line number>) PCDATA $1, $0
0x0330 00816 (<unknown line number>) MOVQ 336(SP), BP
0x0338 00824 (<unknown line number>) ADDQ $344, SP
0x033f 00831 (<unknown line number>) RET
0x0340 00832 (<unknown line number>) NOP
0x0340 00832 (range_clause.go:5) PCDATA $1, $-1
0x0340 00832 (range_clause.go:5) PCDATA $0, $-1
0x0340 00832 (range_clause.go:5) CALL runtime.morestack_noctxt(SB)
0x0345 00837 (range_clause.go:5) JMP 0
看着輸出結果，很cool~~~但是看不懂:(
彙編的簡單知識
go使用的彙編叫做 plan9彙編
。最初go是在plan9系統上開發的，後來纔在Linux和Mac上實現。
關於plan9彙編的入門，推薦看這個視頻： plan9彙編入門|go夜讀
寄存器
寄存器是CPU內部用來存放數據的一些小型存儲區域，用來暫時存放參與運算的數據和運算結果。
| 助記符 | 名字 | 用途 |
|---|---|---|
| AX | 累加寄存器(AccumulatorRegister) | 用於存放數據，包括算術、操作數、結果和臨時存放地址 |
| BX | 基址寄存器(BaseRegister) | 用於存放訪問存儲器時的地址 |
| CX | 計數寄存器(CountRegister) | 用於保存計算值，用作計數器 |
| DX | 數據寄存器(DataRegister) | 用於數據傳遞，在寄存器間接尋址中的I/O指令中存放I/O端口的地址 |
| SP | 堆棧頂指針(StackPointer) |
如果是 symbol+offset(SP)
的形式表示go彙編的僞寄存器；如果是 offset(SP)
的形式表示硬件寄存器 |
| BP | 堆棧基指針(BasePointer) | 保存在進入函數前的棧頂基址 |
| SB | 靜態基指針(StaticBasePointer) |
go彙編的僞寄存器。 foo(SB)
用於表示變量在內存中的地址， foo+4(SB)
表示foo起始地址往後偏移四字節。一般用來聲明函數或全局變量 |
| FP | 棧幀指針(FramePointer) |
go彙編的僞寄存器。引用函數的輸入參數，形式是 symbol+offset(FP)
，例如 arg0+0(FP)
|
| SI | 源變址寄存器(SourceIndex) | 用於存放源操作數的偏移地址 |
| DI | 目的寄存器(DestinationIndex) | 用於存放目的操作數的偏移地址 |
操作指令
用於指導彙編如何進行。以下指令後綴<mark>Q</mark>說明是64位上的彙編指令。
| 助記符 | 指令種類 | 用途 | 示例 |
|---|---|---|---|
| MOVQ | 傳送 | 數據傳送 |
MOVQ 48, AX
表示把48傳送AX中 |
| LEAQ | 傳送 | 地址傳送 |
LEAQ AX, BX
表示把AX有效地址傳送到BX中 |
|
|
|
|
PUSHQ AX
表示先修改棧頂指針，將AX內容送入新的棧頂位置 SUBQ
代替 |
|
|
|
|
POPQ AX
表示先彈出棧頂的數據，然後修改棧頂指針 ADDQ
代替 |
| ADDQ | 運算 | 相加並賦值 |
ADDQ BX, AX
表示BX和AX的值相加並賦值給AX |
| SUBQ | 運算 | 相減並賦值 | 略，同上 |
| IMULQ | 運算 | 無符號乘法 | 略，同上 |
| IDIVQ | 運算 | 無符號除法 |
IDIVQ CX
除數是CX，被除數是AX，結果存儲到AX中 |
| CMPQ | 運算 | 對兩數相減，比較大小 |
CMPQ SI CX
表示比較SI和CX的大小。與SUBQ類似，只是不返回相減的結果 |
| CALL | 轉移 | 調用函數 |
CALL runtime.printnl(SB)
表示通過<mark>printnl</mark>函數的內存地址發起調用 |
| JMP | 轉移 | 無條件轉移指令 |
JMP 389
無條件轉至 0x0185
地址處(十進制389轉換成十六進制0x0185) |
| JLS | 轉移 | 條件轉移指令 |
JLS 389
上一行的比較結果，左邊小於右邊則執行跳到 0x0185
地址處(十進制389轉換成十六進制0x0185) |
可以看到，表中的 PUSHQ
和 POPQ
被去掉了，這是因爲在go彙編中，對棧的操作並不是出棧入棧，而是通過對SP進行運算來實現的。
標誌位
| 助記符 | 名字 | 用途 |
|---|---|---|
| OF | 溢出 | 0爲無溢出 1爲溢出 |
| CF | 進位 | 0爲最高位無進位或錯位 1爲有 |
| PF | 奇偶 | 0表示數據最低8位中1的個數爲奇數，1則表示1的個數爲偶數 |
| AF | 輔助進位 | |
| ZF | 零 | 0表示結果不爲0 1表示結果爲0 |
| SF | 符號 | 0表示最高位爲0 1表示最高位爲1 |
這麼一通信息轟炸下來，作爲初學者可能已經頭暈腦脹記不住了，其實是否記住這並不重要——後面分析用到了再回來查閱意思即可。
分析彙編代碼
從1+1開始
“好了，現在我們已經學會了加減乘除四則運算，接下來我們來解答一下這道微積分的題目”XD
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