CSAPP深刻理解计算机系统(第二版)第三章家庭做业答案

时间 2019-11-10

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《深刻理解计算机系统(第二版)》CSAPP 第三章家庭做业

这一章介绍了AT&T的汇编指令比较重要本人完成了《深刻理解计算机系统(第二版)》(如下简称CSAPP)第三章的家庭做业，并与网上的一些答案进行了对比修正。app

感谢博主summerhust的整理，如下贴出AT&T经常使用汇编指令函数

AT&T经常使用汇编指令

数据传送指令oop

指令	效果	描述
movl S,D	D <-- S	传双字
movw S,D	D <-- S	传字
movb S,D	D <-- S	传字节
movsbl S,D	D <-- 符号扩展S	符号位填充(字节->双字)
movzbl S,D	D <-- 零扩展S	零填充(字节->双字)
pushl S	R[%esp] <-- R[%esp] – 4;M[R[%esp]] <-- S	压栈
popl D	D <-- M[R[%esp]]；R[%esp] <-- R[%esp] + 4;	出栈

算数和逻辑操做地址：测试

指令	效果	描述
leal S,D	D = &S	movl地版，S地址入D，D仅能是寄存器
incl D	D++	加1
decl D	D--	减1
negl D	D = -D	取负
notl D	D = ~D	取反
addl S,D	D = D + S	加
subl S,D	D = D – S	减
imull S,D	D = D*S	乘
xorl S,D	D = D ^ S	异或
orl S,D	D = D \| S	或
andl S,D	D = D & S	与
sall k,D	D = D << k	左移
shll k,D	D = D << k	左移(同sall)
sarl k,D	D = D >> k	算数右移
shrl k,D	D = D >> k	逻辑右移

特殊算术操做：优化

指令	效果	描述
imull S	R[%edx]:R[%eax] = S * R[%eax]	有符号64位乘
mull S	R[%edx]:R[%eax] = S * R[%eax]	无符号64位乘
cltd S	R[%edx]:R[%eax] = 符号位扩展R[%eax]	转换为4字节
idivl S	R[%edx] = R[%edx]:R[%eax] % S;R[%eax] = R[%edx]:R[%eax] / S;	有符号除法，保存余数和商
divl S	R[%edx] = R[%edx]:R[%eax] % S;R[%eax] = R[%edx]:R[%eax] / S;	无符号除法，保存余数和商

注：64位数一般存储为，高32位放在edx，低32位放在eax。.net

条件码：指针

条件码寄存器描述了最近的算数或逻辑操做的属性。code

CF：进位标志，最高位产生了进位，可用于检查无符号数溢出。blog

OF：溢出标志，二进制补码溢出——正溢出或负溢出。get

ZF：零标志，结果为0。

SF：符号标志，操做结果为负。

比较指令：

指令	基于	描述
cmpb S2,S1	S1 – S2	比较字节，差关系
testb S2,S1	S1 & S2	测试字节，与关系
cmpw S2,S1	S1 – S2	比较字，差关系
testw S2,S1	S1 & S2	测试字，与关系
cmpl S2,S1	S1 – S2	比较双字，差关系
testl S2,S1	S1 & S2	测试双字，与关系

访问条件码指令：

指令	同义名	效果	设置条件
sete D	setz	D = ZF	相等/零
setne D	setnz	D = ~ZF	不等/非零
sets D		D = SF	负数
setns D		D = ~SF	非负数
setg D	setnle	D = ~(SF ^OF) & ZF	大于（有符号>）
setge D	setnl	D = ~(SF ^OF)	小于等于(有符号>=)
setl D	setnge	D = SF ^ OF	小于(有符号<)
setle D	setng	D = (SF ^ OF) \| ZF	小于等于(有符号<=)
seta D	setnbe	D = ~CF & ~ZF	超过(无符号>)
setae D	setnb	D = ~CF	超过或等于(无符号>=)
setb D	setnae	D = CF	低于(无符号<)
setbe D	setna	D = CF \| ZF	低于或等于(无符号<=)

跳转指令：

指令	同义名	跳转条件	描述
jmp Label		1	直接跳转
jmp *Operand		1	间接跳转
je Label	jz	ZF	等于/零
jne Label	jnz	~ZF	不等/非零
js Label		SF	负数
jnz Label		~SF	非负数
jg Label	jnle	~(SF^OF) & ~ZF	大于(有符号>)
jge Label	jnl	~(SF ^ OF)	大于等于(有符号>=)
jl Label	jnge	SF ^ OF	小于（有符号<）
jle Label	jng	(SF ^ OF) \| ZF	小于等于(有符号<=)
ja Label	jnbe	~CF & ~ZF	超过(无符号>)
jae Label	jnb	~CF	超过或等于(无符号>=)
jb Label	jnae	CF	低于(无符号<)
jbe Label	jna	CF \| ZF	低于或等于(无符号<=)

转移控制指令：（函数调用）：

指令	描述
call Label	过程调用，返回地址入栈，跳转到调用过程起始处，返回地址是call后面那条指令的地址
call *Operand
leave	为返回准备好栈，为ret准备好栈，主要是弹出函数内的栈使用及%ebp

家庭做业参考答案

3.54

x at %ebp+8, y at %ebp+12, z at %ebp+16, return value at %eax

int decode2(int x,int y,int z){
    int temp1 = z-y;
    int temp2 = temp1<<15;
    temp2 = temp2>>15;
    return (x^temp1)*temp2;
}

3.55

ll_t is defined as long long

void store_prod(ll_t *dest, ll_t x, int y){
    *dest = x*y;
}

dest at %ebp+8, x at %ebp+12, y at %ebp+20

movl 12(%ebp),%esi  ;get x(long long)的低位
movl 20(%ebp),%eax  ;get y(int)
movl %eax,%edx      ;备份y
sarl $31,%edx       ;获取y的符号位
movl %edx,%ecx      ;备份y的符号位
imull %esi,%ecx     ;x的低位无符号乘法乘以y的符号位(0或-1 即 全0或全1)
movl 16(%ebp),%ebx  ;get x(long long)的高位
imull %eax,%ebx     ;x的高位乘以y
addl %ebx,%ecx      ;%ecx=x高位*y+x低位*y的符号位(补全下面无符号的缺乏部分)
mull %esi           ;%edx=(x的低位*y)的高位 %eax=(x的低位*y)的低位(这一步无符号)
leal (%ecx,%edx),%edx;%edx = %ecx+%edx
movl 8(%ebp),%ecx   ;get dest
movl %eax,(%ecx)    ;dest[0] = (x的低位*y)的低位
movl %edx,4(%ecx)   ;dest[1] = (x的低位*y)的高位+x的高位*y+x的低位*y的符号位(0或者-1)

32位机器模拟64位机器的有符号乘法
x表示 long long x 的值
x = xh*2^32 + xl
x*y = y*xh*2^32 + y*xl 完整形式是96位长 但仅须要64位
所以咱们须要y*xl的完整64位和y*xh的低32位 并分开存储

3.56

一个知识点：位移操做能够是一个当即数或者是存放在单字节寄存器元素%cl中

A.
x:%esi,n:%ebx,result:%edi,mask:%edx
B.
result=0x55555555; //‭0101 0101 0101 0101 0101 0101 0101 0101‬
mask=0x80000000;
C.
mask!=0
D.
mask每次循环右移n位
E.
result每次循环和x&mask的值进行异或

int loop(int x,int n){
    int result = 0x55555555;
    int mask;
    for(mask = 0x80000000;mask!=0;mask=(unsigned)mask>>n){//须要注意逻辑右移 将有符号数转化为无符号
        result ^= mask&x;
    }
    return result;
}

3.57

int cread_alt(int *xp){
    int temp = 0;
    int *p = xp?xp:&temp;
    return *p;
}

3.58

typedef enum {MODE_A, MODE_B, MODE_C, MODE_D, MODE_E} mode_t;
int switch3(int *p1, int *p2, mode_t action){
    int result = 0;
    switch(action){
        case MODE_A:
            result = *p1;
            *p1 = *p2;
            break;
        case MODE_B:
            result = *p1+*p2;
            *p2 = result;
            break;
        case MODE_C:
            *p2 = 15;
            result = *p1;
        case MODE_D:
            *p2 = *p1;
        case MODE_E:
            result = 17;
            break;
        default:
            result = -1;
            break;
    }
    return result;
}

选一个部分的汇编代码注释解释一下

.L14(MODE_B):
movl 12(%ebp),%edx    ;get p2 reuslt = p2
movl (%edx),%eax      ;temp_p2 = p2
movl %eax,%edx        ;result = *p2
movl 8(%ebp),%ecx     ;get p1 temp_p1 = p1
addl (%ecx),%edx      ;result += *p1此时result = *p1+*p2
movl 12(%ebp),%eax    ;get p2 
movl %edx,(%eax)      ;*p2 = result
jmp .L19              ;

3.59

int swith_prob(int x, int n){
    int result = x;
    switch(n){
        case 40:
        case 42:
            result <<= 3;
            break;
        case 43:
            result >>= 3;
            break;
        case 44:
            result <<= 3;
            result -= x;
        case 45:
            result *= result;
        case 41:
        default:
            retult += 17;
            break;
    }
    return result;
}

解释和部分汇编代码注释

从gdb打印出来的内容能够看出40的状况和42是同样的所以40内容为空，其后紧跟42
44跳转至后紧接着执行了45跳转的内容 45以后也无跳转 所以44和45没有break
41的状况与default相同所以41置为空写在defaul前
mov 0xc(%ebp),%eax  ;%ebp+12的位置获取第二个参数，即n
sub 0x28,%eax       ;n-40(0x28为16进制 转为10进制为2*16+8=40)
cmp 0x5,%eax        ;n-40 与 5
ja 8048435(switch_pro+0x15);n-40-5>0? 即n若大于45直接返回

3.60

A.从汇编代码看出
A[i][j][k] = A+(63i+9j+k)*4
B.
解决方程T=9, S*T=63, R*S*T*4=2772
T = 9
S = 7 
R = 11

3.61

int var_prod_ele(int n, int A[n][n], int B[n][n], int i,int k){
    int result = 0;
    int *a_l = &A[i][0];
    int *a_r = &A[i][n];
    int *b_l = &b[0][k];
    while(a_l!=a_r){
        result += (*a_l)*(*b_l);
        b_l += n;
        a_l++;
    }
    return result;
}

可自行查看汇编代码验证

L3:
movl (%ebx), %ecx
imull (%edx), %ecx
addl %ecx, %eax
addl %edi, %ebx
addl $4, %edx
cmpl %edx, %esi
jne L3

3.62

A.
M = 76/4 = 19
B.
%edi 保存 i
%ecx 保存 j

使用指针进行优化

void transpose(int A[M][M]){
    int i,j;
    for(i=0;i<M;i++){
        int *temp1 = &A[i][0];
        int *temp2 = &A[0][i];
        for(j=0;j<i;j++){
            int t = *temp1;
            *temp1 = *temp2;
            *temp2 = t;
            temp1++;
            temp2 += M;
        }
    }
}

3.63

#define E1(n) 3*n
#define E2(n) 2*n-1

3.64

A.
8(%ebp)  result
12(%ebp) s1.p
16(%ebp) s1.v

B.
------------%ebp
s2.sum
s2.prod
s1.v
s1.p
&s2
------------%esp

C.
将结构体变量的各个成员的值传入函数

D.
将返回变量的地址传递出去

3.65

A=3,B=7

3.66

这个题看了很久，不得不佩服GCC

写下详细注释

push %ebp    
mov  %esp,%ebp
push %ebx
mov  0x8(%ebp),%eax  ;get i
mov  0xc(%ebp),%ecx  ;get *bp
imul $0x1c,%eax,%ebx ;28*i
lea  0x0(,%eax,8),%edx;8*i
sub  %eax,%edx        ;7*i
add  0x4(%ecx,%ebx,1),%edx ;7i+(bp+28i+4)注意bp+4是a_struct a的首地址 +28i便是bp->a[i]即一个a_struct大小是28 同时 有*ap = (bp+28i+4)
mov  0xc8(%ecx),%eax  ;bp->right = bp+200
add  (%ecx),%eax      ;bp->left + bp->right 即 28*CNT = 200 - 4 即 CNT = 7
mov  %eax,0x8(%ecx,%edx,4);bp+8+4*(7i+(bp+28i+4))=(bp+28*i+4+4)(即ap->idx+4，apx->x[0])+*(bp+0x1c*i+4)*4
pop  %ebx
pop  %ebp
ret

A.
CNT = 7 
B.
a_struct{
    int idx;
    int x[6];
}

其实分析出大小就能作这个题并不须要彻底看懂汇编代码

3.67

A.
e1.p:0
e1.x:4
e2.y:0
e2.next:4
B.8
C.
void proc(union ele *up)
{
    up->e2.next->e1.x=*(up->e2.next->e1.p) - up->e2.y;
}

3.68

void good_echo()
{
    char c;
    int x = 0;
    while( x=getchar(), x!='\n' && x!=EOF)
    {
        putchar(x);
    }
}

3.69

long trace(tree_ptr tp){
    long result = 0;
    while(tp){
        result = tp->val;
        tp = tp->left;
    }
    return result;
}

输出二叉树最左边节点的值

3.70

long traverse(tree_ptr tp){
    if(!tp) return 9223372036854775807;
    long v = tp->val;
    long left = traverse(tp->left);
    long result = traverse(tp->right);
    if(left <= result) result = left;
    if(v <= result) result = v;
    return result;
}

或者换一种写法

long traverse(tree_ptr tp){
    long result =  9223372036854775807;
    if(tp){
        long lv = traverse(tp->left);
        long rv = traverse(tp->right);
        result = lv <= rv ? lv : rv;
        result = result > tp->val ? tp->val : result;
    }
    return result;
}

求二叉树节点最小值

指令	效果
cmovle s,r	小于或等于 s->r
cmovg s,r	大于 s->r

详见数据传送指令

参考文献

《深刻理解计算机系统(第二版)》

https://blog.csdn.net/summerhust/article/details/7404340

https://blog.csdn.net/maidou0921/article/details/53907971

CSAPP深刻理解计算机系统(第二版)第三章家庭做业答案

《深刻理解计算机系统(第二版)》CSAPP 第三章 家庭做业

AT&T经常使用汇编指令

家庭做业参考答案

参考文献

《深刻理解计算机系统(第二版)》CSAPP 第三章家庭做业