简单学习看机器码的方法 |
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简单学习看机器码的方法
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我们知道，用C、C++、Java等高级编程语言写的程序，最终都要经过编译链接成本机可执行的程序。这个可执行程序究竟是什么呢？ 在Linux上，我们可以用objdump命令很方便地查看一个可执行程序的机器码。 好，现在从一个简单的示例开始，说一说怎么理解机器码。 我们编一个简单的c程序，如下： #include void f1() { int i; for(i = 0; i < 10; i++) { printf("%d\n", i); } } int main() { printf("start\n"); f1(); printf("end\n"); return 0; }Makefile的内容如下： all : test.c gcc -o test test.c gcc -S test.c objdump -D test > dumpresult.txt clean : rm test test.s dumpresult.txt程序很简单，我们就不去关心运行结果了。 首先看生成的test.s，里面main的汇编代码为： main: pushl %ebp movl %esp, %ebp andl $-16, %esp subl $16, %esp movl $.LC1, (%esp) call puts call f1 movl $.LC2, (%esp) call puts movl $0, %eax leave ret函数f1的汇编代码为： f1: pushl %ebp movl %esp, %ebp subl $40, %esp movl $0, -12(%ebp) jmp .L2 .L3: movl $.LC0, %eax movl -12(%ebp), %edx movl %edx, 4(%esp) movl %eax, (%esp) call printf addl $1, -12(%ebp) .L2: cmpl $9, -12(%ebp) jle .L3 leave ret其实作者在写本文的时候，汇编方面相关的基础素养也不高，免强看得懂啦。看这汇编代码确实让人晕得很哈，不像C程序代码那样接近人的思维。 这里的汇编代码是AT&T语法的，跟部分学校里面开设的汇编课程中所采用的intel语法是不一样的。以intel语法中有mov指令为例，它在AT&T中可能对应movl，而且操作数的方法不一样，intel的是第一个操作数是目的操作数，第二个是源操作数，而AT&T的刚好相反。这里就简单提一点，有兴趣的请谷歌找详细内容。 这里看过汇编代码之后，再下层就是机器码了，让我们一步一步揭开其真实面纱。 在Makefile中，我们通过objdump命令将生成的可执行程序进行了反汇编，生成的结果在dumpresult.txt文件中。我们在这个文件中找到咱们main函数，如下： 08048423 : 8048423: 55 push %ebp 8048424: 89 e5 mov %esp,%ebp 8048426: 83 e4 f0 and $0xfffffff0,%esp 8048429: 83 ec 10 sub $0x10,%esp 804842c: c7 04 24 14 85 04 08 movl $0x8048514,(%esp) 8048433: e8 ec fe ff ff call 8048324 8048438: e8 b7 ff ff ff call 80483f4 804843d: c7 04 24 1a 85 04 08 movl $0x804851a,(%esp) 8048444: e8 db fe ff ff call 8048324 8048449: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 804844e: c9 leave 804844f: c3 ret而f1函数的反汇编如下： 080483f4 : 80483f4: 55 push %ebp 80483f5: 89 e5 mov %esp,%ebp 80483f7: 83 ec 28 sub $0x28,%esp 80483fa: c7 45 f4 00 00 00 00 movl $0x0,-0xc(%ebp) 8048401: eb 18 jmp 804841b 8048403: b8 10 85 04 08 mov $0x8048510,%eax 8048408: 8b 55 f4 mov -0xc(%ebp),%edx 804840b: 89 54 24 04 mov %edx,0x4(%esp) 804840f: 89 04 24 mov %eax,(%esp) 8048412: e8 fd fe ff ff call 8048314 8048417: 83 45 f4 01 addl $0x1,-0xc(%ebp) 804841b: 83 7d f4 09 cmpl $0x9,-0xc(%ebp) 804841f: 7e e2 jle 8048403 8048421: c9 leave 8048422: c3 ret值得说明的是，在test这个可执行程序中，咱们可以用诸如ghex这样的十六进制查看软件进行查看。如在main的起点，它的数据是55 89 e5 83 e4 f0 83 ec 10……这样的数值，如下：
这就是机器码，只有机器知道是什么意思，要人来看，估计搞一上午也不定能看懂几行。但咱们的目标是理解它，是要知道为什么f1函数中80483f5行的mov %esp, %ebp是89 e5，而804840f 行的mov %eax,(%esp)却是89 04 24了呢？为什么同样是mov指令，有的以89开头，有的以b8开头，有的以8b开头，等等。 这得说，这就是人家这样定义的。我在最前面忘了说了，我的电脑CPU是Intel® Celero® E1500的，简单点就是intel32位的。要找到这些机器码为什么是这样的，得从http://www.intel.com/content/www/us/en/processors/architectures-software-developer-manuals.html上找人家的手册。请在名为“Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Combined Volumes:1, 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, and 3C”的这个链接上下载相应的手册，这个上面就说人这些机器码是怎么定义得来的。这个文档有3020页，晕菜了。 为了快速找到答案，我们直接看第Vol2A 2.1页，讲指令格式的，截图如下：
手册上对这样的格式的说明，大意是，一条机器码，Opcode是必须的，其它五个域都是可选的。在本文中所举的例子中大部分都是没有第一个域的，所以这里就不提第一个域了。而第二个域，opcode，是每条指令都有的，它是用哈夫曼算法进行编码的，所以域的长度分为1 2 3字节不等。而这每种编码究竟对应什么指令呢，这个请参考手册上第二卷相关章节的描述。 以mov指令为例，对mov指令机器码的定义在Vol.2B 4-29页，部分截图如下：
可以看出，就光一个mov指令，针对被操作对象的不同也分不同的机器码。所以在本示例情况下，以89开头的机器码，表示Move r32 to r/m32。 但以mov %esp, %ebp（89 e5）和mov %eax,(%esp)（89 04 24）又是怎么个原理呢？这就得看第三个域ModR/M了，即是对比e5与04的区别。ModR/M分为三个字段，它将一个8比特的字节按2：3：3分开，Mod和R/M域结合着表示指令操作数的寻址方式，Reg部分表示要用到的寄存器。要理解这三个域的意思，得结合Vol.2A 2-5页的表2-2来看了，截图如下：
我们将十六进制的e5和04按比特位2：3：3分开，它们所表示的数分别是（11 100 101：3、4、5）和（00 000 100：0、0、4）。对照上表，Mod为11，R/M为101，Reg为100所对应的刚好是E5。而表中E5在r32下所表示的意思是将ESP中的值移到EBP中去。由此反汇编出了mov %esp, %ebp。同理04所表示的意思是将EAX中的值移到某个地方，下面的注释说详情请见SIB域，也就是要在04后面所跟的24上找答案了。 SIB占一个字节，它所有取值所对应的意思可以在Vol2A 2-6页的表2-3中找到，如下：
我们将十六进制的24按2：3：3分开，它所表示的数是（00100100：0、4、4）。对照上表，Scale为00，Index为100，Base为100，刚好对应的值是24，它所表示的意思是数据不做任何处理直接存放在ESP寄存器中。这就反汇编出了mov %eax,(%esp)指令。
好了，其它的机器码也是按同样的思路去理解。怎么样，有了官方的手册，理解起来容易多了吧。 |
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