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汇编语言程序设计 - 清华大学 - 学堂在线

1 浮点数的机器表示

1.1 填空题 浮点数

单精度浮点数的exp域的位宽是（）位？

答案：8

1.2 填空题 浮点数

单精度浮点数的frac域位宽是（）位？

答案：23

1.3 判断题

已知

int x = ...;
float f = ...;
double d = ...;

且d与f都不是NaN，判断以下关系式是否成立？

x == (int)(float) x

答案：×

解析：float的frac域宽度不够，可能会有精度损失。

1.4 判断题

已知

int x = ...;

判断以下关系式是否成立？

x == (int)(double) x

答案：√

解析：double的frac域足够放下int，不会有精度损失。

1.5 判断题

已知

float f = ...;

且f不是NaN，判断以下关系式是否成立？

f == (float)(double) f

答案：√

解析：float转换成double不会有精度损失。

1.6 判断题

已知

double d = ...;

且d不是NaN，判断以下关系式是否成立？

d == (float) d

答案：×

解析：double转换成float可能会有精度损失。

1.7 判断题

已知

float f = ...;

且f不是NaN，判断以下关系式是否成立？

f == -(-f)

答案：√

解析：浮点数取负只改变符号位，不会溢出。

1.8 判断题

判断以下关系式是否成立？

2/3 == 2/3.0

答案：×

解析：2/3的结果是整数，但2/3.0的结果是浮点数。

1.9 判断题

已知

double d = ...;

且d不是NaN，判断以下关系式是否成立？

(d < 0.0) == ((d*2) < 0.0)

答案：√

解析：浮点数的下溢是逐步下溢，不像整数会从负数变成正数。

1.10 判断题

已知

float f = ...;
double d = ...;

且d与f都不是NaN，判断以下关系式是否成立？

(d > f) == (-f > -d)

答案：√

解析：浮点数取负不会溢出。

1.11 判断题

已知

float f = ...;
double d = ...;

且d与f都不是NaN，判断以下关系式是否成立？

(d + f) - d == f

答案：×

解析：d+f可能会溢出，损失精度。

2 80x80汇编与C语言-2

2.1 填空题

已知寄存器edx内的数值为0x8000，ecx内的则为0x10；请给出地址表达式0x4(%edx, %ecx, 4)所表示的地址值。

答案：0x8044

解析：D(Rb, Ri, S) = Rb + S*Ri + D

2.2 填空题

x86-64体系结构具有（）个通用寄存器，而x86-32只有（）个。

答案：

• 16
• 8

2.3 判断题

leal (%edx, %eax), %ecx这条指令在执行过程中需要访问内存数据。

答案：×

解析：leal指令只计算地址，不访存。因此leal指令也可以用于整数运算。

2.4 单选题

请问哪个条件码可用于检测无符号整数运算的溢出？

• CF
• SF
• ZF
• OF

答案：CF

解析：

• CF（Carry Flag），无符号整数运算溢出时置位
• SF（Sign Flag），计算结果<0时置位
• ZF（Zero Flag），计算结果=0时置位
• OF（Overflow Flag），带符号整数运算溢出时置位。

2.5 单选题

seta、setb指令适用于无符号还是带符号整数的条件码读取？

• 无符号
• 带符号

答案：无符号

解析：seta和setb适用于无符号整数；其中a、b分别指above和below。带符号整数对应的是setg和setl（g和l分别指greater和less）。

2.6 填空题

请补充与下图中C语言对应的汇编代码中的遗漏部分（x86-32结构下编译生成）。

/* C */
int absdiff(int x, int y)
{
    int result;
    if (x > y) {
        result = x - y;
    } else {
        result = y - x;
    }
    return result;
}

# asm
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
pushl %ebx
movl 8(%ebp), %ecx
movl 12(%ebp), %edx
movl %ecx, %ebx
subl %edx, %ebx
movl %edx, %eax
subl %ecx, %eax
cmpl %edx, %ecx
____ %ebx, %eax
popl %ebx
popl %ebp
ret

答案：cmovg

解析：将汇编代码“翻译”如下：

ecx := x
edx := y
ebx := x
ebx := x - y
eax := y
eax := y - x
Compare x to y
    if (?) (eax := x - y)
return eax

由分析可知，此处应该填写条件移动指令cmovg（若x>y则传送）。

3 80x80汇编与C语言-3

3.1 填空题

下图给出了一个C函数，并由gcc编译成相应的汇编代码（AT&T语法格式），请补全这段代码里头被省去的部分。（X86-32结构）

/* C */
int arith(int x, int y, int z)
{
    int t1 = x * y;
    int t2 = z - t1;
    int t3 = x + 40;
    int t4 = y * 2;
    int t5 = t3 >> t4;
    int rval = t2 * t5;
    return rval;
}

# asm
pushl %ebp
movl ____, %ebp
movl ____(%ebp), %edx
movl ____(%ebp), %ecx
pushl %ebx
movl 16(%ebp), %eax
movl %edx, %ebx
addl $40, %edx
imull ____, %ebx
addl %ecx, ____
sarl %cl, %edx
subl %ebx, %eax
imull ____, %eax
popl ____
popl %ebp
ret

答案：

• %esp
• 8
• 12
• %ecx
• %ecx
• %edx
• %ebx

解析：

以下是填空完成后的完整汇编代码。推理过程略。

3.2 填空题

在X86-32位体系结构中，当前运行函数的帧（Frame）基址寄存器所指向的栈地址的“上方”（高地址）由低到高存放的是函数返回地址、（ ）；“下方”存放的是（ ）、（ ）（此处无需考虑顺序）。

答案：

• 输入参数
• 局部变量
• 临时存储（存在其他正确填法，如“保存的寄存器值”，此处只列出标准答案）

4 80x80汇编与C语言-4

4.1 填空题

请按顺序填写图左侧汇编代码对应的C代码（e.g. 右3）

# asm
foo1:
    pushl %ebp
    movl %esp, %ebp
    movl 8(%ebp), %eax
    sall %$4, %eax
    subl 8(%ebp), %eax
    movl %ebp, %esp
    popl %ebp
    ret

foo2:
    pushl %ebp
    movl %esp, %ebp
    movl 8(%ebp), %eax
    testl %eax, %eax
    jge .L4
    addl $15, %eax
.L4:
    shrl $4, %eax
    movl %ebp, %esp
    popl %ebp
    ret

foo3:
    pushl %ebp
    movl %esp, %ebp
    movl 8(%ebp), %eax
    shrl $31, %eax
    movl %ebp, %esp
    popl %ebp
    ret

/* C */
int choice1(int x)
{
    return (x < 0);
}

int choice2(int x)
{
    return (x << 31) & 1;
}

int choice3(int x)
{
    return 15 * x;
}

int choice4(int x)
{
    return (x + 15) / 4;
}

int choice5(int x)
{
    return x / 16;
}

int choice6(int x)
{
    return (x >> 31);
}

答案：

• 右3
• 右5
• 右1

解析：值得注意的是右5和对应的汇编代码。由于算术右移指令对应的除法的取整模式是向下取整，而C语言要求的除法的取整模式是向0取整，因此负数除法的取整会出问题，不能直接右移。正确的计算公式是：

• a ≥ 0时，a / 2^b = a >> b
• a < 0时，a / 2^b = (a + 2^b − 1) >> b（此处除16相当于b=4，因此2^b - 1 = 15）

这就解释了汇编代码中testl %eax, %eax和jge .L4的意义。testl的功能是，取后面两个操作数的与，根据运算结果置条件码。当%eax >= 0时，运算结果仍为%eax，SF为0，OF也为0；当%eax < 0时，SF为1，OF为0。当条件码满足SF=OF时，jge .L4会跳转到.L4直接右移（不是负数，不用加上15）；否则先加上15再右移。

4.2 填空题

已知三个二维矩阵的定义如下，并已初始化。

/* C */
#define n 10
int a[n][n] ;
int b[n][n] ;
int c[n][n] ;

需要进行矩阵乘，即矩阵a x b结果置于c。下面这段C代码是一个矩阵乘函数。

/* C */
void column()
{
    int j, k, i;
    int r;
    for (j=0; j<n; j++)
    {
        for (k=0; k<n; k++) {
            r = b[k][j];
            for (i=0; i<n; i++)
                c[i][j] += a[i][k] * r;
         }
     }
}

下面是相应的汇编代码。请填空。

L11:
    movl -16(%ebp), %edx
    leal (%ecx, %edx), %eax
    leal (%ecx, %edi), %edx
    movl a_start_addr(, ____, 4), %eax
    addl $10, %ecx
    imull ____, %edx
    addl %edx, c_start_addr(, %eax, 4)
    decl %ebx
    jns L11
    addl $40, -20(%ebp)
    incl %edi
    cmpl ____, %edi
    jle L12
    incl -16(%ebp)
    cmpl ____, -16(%ebp)
    jle L13
    addl ____, %esp
    popl %ebx
    popl %esi
    popl %edi
    popl %ebp
    ret

_matrix:
    pushl %ebp
    movl ____, %ebp
    pushl %edi
    pushl %esi
    pushl %ebx
    subl $8, %esp
    movl $0, -16(____)

L13:
    movl -16(%ebp), %eax
    xorl %edi, ____
    leal b_start_addr(, ____, 4), %eax
    movl ____, -20(%ebp)

L12:
    movl ____(%ebp), %edx
    xorl %ecx, %ecx
    movl $9, %ebx
    movl (%edx), %esi

答案：

• %esp
• %ebp
• %edi
• %eax
• %eax
• -20
• %edx
• %esi
• $9
• $9
• $8

解析：

以下是填空完成后的完整汇编代码。推理过程略。

5 80x80汇编编程-1

5.1 填空题

在X86-32位编程中有一种简单的获得所运行的指令地址的方法（X86-32位结构下eip寄存器是无法直接访问的）。比如说我们要获得下面程序中XXXX这条指令的地址并置于eax寄存器中，那么可以采用如下代码段。请补充完函数GetAddress的第一条语句（AT&T语法）。

Getaddress:
    movl ____, ____
    ret

call GetAddress
xxxx

答案：

• (%esp)
• %eax

解析：在call之后，GetAddress的返回地址，也就是xxxx的地址被压栈。此时，只需将栈顶所指向位置的内容（(%esp)，注意括号代表访存）存入eax中再返回。

平台上第二空给的答案是$eax，是错的。我18年上这个课的时候就错了，当时向老师反映来着。现在还没改。

5.2 填空题

已知一个C语言结构类型的定义如下图所示，请问在X86 32位Linux系统下变量p所占的空间大小是____字节，对齐的要求为____字节对齐？

struct S1 {
    char c;
    int i[2];
    my_struct v;
} p;

typedef TagStruct {
    int k[2];
    char c2;
} my_struct;

答案：

• 24
• 4

解析：

TagStruct的内存分布：

| k[0] (4 bytes) | k[1] (4 bytes) | c2 (1 byte) | padding (3 bytes) |
| -------------- | -------------- | ----------- | ----------------- |

大小为12字节，4对齐。

S1的内存分布：

| c (1 byte) | padding(3 bytes) | i[0] (4 bytes) | i[1] (4 bytes) | v (12 bytes) |
| ---------- | ---------------- | -------------- | -------------- | ------------ |

大小为24字节，4对齐。

6 80x80汇编编程-1

6.1 填空题

有如下的C代码以及对应的反汇编出来的汇编代码（x86-32体系结构）：

/* copy string x to buf */
void foo(char* x) {
    int buf[1];
    strcpy((char *)buf, x);
}

void callfoo() {
    foo("abcdefghi");
}

080484f4 <foo>:
080484f4: 55                     pushl %ebp
080484f5: 89 e5                  movl %esp, %ebp
080484f7: 83 ec 18               subl $0x18, $esp
080484fa: 8b 45 08               movl 0x8(%ebp), %eax
080484fd: 83 c4 f8               addl $0xfffffff8, %esp
08048500: 50                     pushl %eax
08048501: 8d 45 fc               leal 0xfffffffc(%ebp), %eax
08048504: 50                     pushl %eax
08048505: e8 ba fe ff ff         call 80483c4 <strcpy>
0804850a: 89 ec                  movl %ebp, %esp
0804850c: 5d                     popl %ebp
0804850d: c3                     ret
08048510 <callfoo>:
08048510: 55                     pushl %ebp
08048511: 89 e5                  movl %esp, %ebp
08048513: 83 ec 08               subl $0x8, %esp
08048516: 83 c4 f4               addl $0xfffffff4, %esp
08048519: 68 9c 85 04 08         pushl $0x804859c  # push string address
0804851e: e8 d1 ff ff ff         call 80484f4 <foo>
08048523: 89 ec                  movl %ebp, %esp
08048525: 5d                     popl %ebp
08048526: c3                     ret

当strcpy调用完成返回到foo过程时，buf[0]、buf[1]、buf[2]的值分别是多少？

在执行0x0804850d的ret指令前（popl后），ebp的值是多少？上述ret指令执行后，eip的值是多少？用32位16进制表示，注意大小端。

0x00000000 字符的十六进制转换表如下：

答案：

• 0x64636261
• 0x68676665
• 0x08040069
• 0x68676665
• 0x08040069

解析：

通过分析可以画出调用strcpy之前完整的栈（具体分析过程略）如下表（每个格子代表4个字节，address向下递减）：

可以看出，传递给strcpy的buf指针就是%ebp-4，在复制了字符串"abcdefghi"之后，会发生溢出，破坏栈中保存的%ebp和返回地址。但现在的问题是，在考虑大小端之后，栈中的实际内容到底应该是什么样子的呢？

由于X86的字节序为小端（“低对低，高对高”），可以画出从buf指针开始向上到string address位置中实际的保存内容（一个格子代表一个字节，地址从上往下递减）：

在向以buf开头的地址中写入字符串"abcdefghi\\0"（转换成16进制，就是0x61626364656667686900）时，由于char类型的大小只有一个字节，大小端对它来说是无所谓的，只要从低地址向高地址覆写就可以。于是，我们得到了修改过的栈帧：

而寄存器会以小端模式来解释内存中的内容，因此可得，buf[0] = 0x64636261，buf[1] = 0x68676665，buf[2] = 0x08040069；popl后得到的%ebp为0x68676665，执行ret后%eip的值（也就是要返回到什么地址）为0x08040069。

7 MIPS32指令集与编程

7.1 填空题

异常（exception）可以分类为 ____ 和____两类，其中系统调用属于____异常、时钟中断属于____异常、Page Fault是 ____异常、机器cold reset是 ____异常。

答案：

• 同步
• 异步
• 同步
• 异步
• 同步
• 异步

解析：同步异常一般是指令引起的，异步异常一般是硬件引起的。

7.2 填空题

位于某个跳转指令的Branch Delay Slot中的指令（这一slot中的指令地址为A）发生了异常，那么异常处理完成后，恢复执行的指令地址是 ____；如果该跳转指令是JAL，那么该跳转指令执行完成后31号寄存器的内容是 ____。

答案：

• A-4
• A+4

解析：精确异常处理要求，延迟槽中的指令如果发生异常，恢复执行的指令是跳转指令；函数返回到下一条指令。

8 期末考试

我当年学的时候还有一个期末考试，现在已经没有了，不过姑且还是把当时的题整理在这里。

8.1 填空题

X、Y的数据宽度均为16位，计算结果也用16进制表示）已知[X]补＝0019H，[Y]补＝FE6AH，则[X+Y]补＝____，[X-Y]补＝____。

答案：

• FE83H
• 00AFH

解析：显然，X是正数，Y是负数。

[X+Y]补 = X补+Y补 = 0x0019 + 0xFE6A = 0xFE83
−Y原 = (Y补 − 1)反 = 0x0096
[X−Y]补 = X补 − Y原 = 0x0019 + 0x0096 = 0x00AF

8.2 文字填空题

在X86-32位体系结构中，C语言过程调用的默认传参规则是将过程参数从____至____压入栈，过程返回值（32位）通过____寄存器传出。

答案：

• 右
• 左
• %eax

8.3 填空题

给出13/8这一数字的32位浮点数（符合IEEE 754标准）表示，即exp= ____；frac= ____

答案：

• 01111111
• 10100000000000000000000

解析：

13/8 = (1101)2/2^3 = (1.101)_2

因此E=0，exp = E+bias = 0+(2^(E_length−1)−1) = 0+(01111111)_2 = (01111111)_2

省略掉有效数字开头的1，frac=10100000000000000000000。（后面一共20个0）

8.4 填空题

寄存器EAX,EBX内存储的为带符号32位整数，若%EAX >%EBX，则指令cmpl %EAX,%EBX执行后 SF=____，OF= ____。（若不确定，可以填“不确定”）

答案：

• 不确定
• 不确定

解析：cmpl指令根据%ebx - %eax的值设置条件码。因为补码加法可能溢出也可能不溢出，带符号数的减法结果可能溢出到正数也可能不溢出，所以两空均为不确定。

8.5 填空题

X86 32位linux系统下的float类型的数据对齐要求是____字节对齐，double类型的是____字节对齐；X86 32位Windows系统下的double类型数据是____字节对齐。

答案

• 4
• 4
• 8

8.6 填空题

lw $t6, 65536($sp)经过MIPS 32汇编器处理后，产生的代码如下，请补全。

lui $1,____ 
addu $1, $1,____ 
lw $t6, 0($1)

答案：

• 1
• $sp

解析：lui将立即数装载到寄存器的高16位，低16位清零，而65536=(10000000000000000)_2，因此，执行lui指令后，$1=65536。

8.7 填空题

li $6, 0x345678经过MIPS 32汇编器处理后，产生的代码如下，请补全

lui $1, ____
____ $6, $1, ____

答案：

• 0x34
• ori或addiu
• 0x5678

解析：lui的作用同上题；ori作用的是寄存器的低16位。