iOS ARM64汇编03 -- 指令

作者: YanZi_33 | 来源:发表于2021-02-24 11:13 被阅读0次

在Xcode中通过写汇编代码来调试汇编指令，具体步骤如下所示：
- 首先在xcode工程中创建一个arm.s文件；

Snip20210224_56.png

Snip20210224_57.png

其次需创建一个头文件，公开.s文件中的函数供外界调用；

Snip20210224_60.png

Snip20210224_61.png

汇编代码文件是以.s结尾的；
.text 表示函数实现在代码段；
.global _test 表示开启外界调用test函数的权限，如果不加会报错找不到_test函数；
在arm.h文件中公开声明的是test函数，但在arm.s汇编文件中实现的是_test函数，这是由汇编底层机制决定的，汇编底层最终去获取的是_test；
汇编代码调用如下所示：

Snip20210224_63.png
当断点停在第20行，点击左下方的向下箭头，进入汇编代码内部；

Snip20210224_64.png

现在我们可以通过LLDB命令来做汇编调试了，在汇编调试之前先介绍几个LLDB命令
si(step int)：汇编指令单步执行；
c(continue)：跳过函数；

指令

ret指令

格式：ret
含义：表示函数返回；
本质：将lr寄存器中的值赋值给pc寄存器，ret返回时会执行pc中的值所代表的函数；

mov指令

格式： mov 目标寄存器 , 源操作数；
含义：将源操作数移动(写入)到目标寄存器中；

Snip20210225_79.png

汇编代码如下：

.text
.global _test

_test:
mov x0,#0x8
ret

LLDB调试结果：

Snip20210224_68.png

可以看到x0寄存器确实通过mov指令，存储了0x0000000000000008这个值；
井号0x8 我们称之为立即数，立即数的写法前面加上井号；
汇编代码修改后如下：

.text
.global _test

_test:
mov x0,#0x8
mov x1,x0
ret

LLDB调试结果：

Snip20210224_69.png

mov x0,#0x8 指令执行之后 x0 = 0x0000000000000008;
si 汇编代码单步执行，则会执行mov x1,x0指令，将x0中的值，赋值给x1；
x1中的值也等于 0x0000000000000008；

add指令

格式：add 目标寄存器, 操作数1,操作数2；
含义：将操作数1与操作数2相加，然后赋值给目标寄存器；

Snip20210225_81.png

汇编代码如下所示：

.text
.global _add

_add:
mov x0,#0x1
mov x1,#0x2
add x3,x0,x1
ret

调用代码为：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    add();
    return YES;
}

LLDB调试结果：

Snip20210224_71.png

register read x0 读取x0寄存器中的值为0x0000000000000001；
si 单步执行 mov x1,#0x2指令即寄存器x1赋值为0x0000000000000002；
si 单步执行 add x3,x0,x1指令即x3=x0+x1,最终x3中的值为0x0000000000000003；
将汇编代码修改如下所示：

.text
.global _add

_add:
add x0,x0,x1
ret

调用代码为：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    int sum = add(3,5);
    NSLog(@" add = %d",sum);
    return YES;
}

LLDB调试结果如下：

Snip20210225_76.png

当断点停在第2行时，读取x0与x1寄存器中的值分别为3和5，就是外界传进来的参数值，说明add函数的参数被x0与x1两个寄存器接收了，验证了iOS ARM64汇编02-- 寄存器中的阐述；
si 单步执行完 add x0,x0,x1 指令，此时x0寄存器中的值为8；
放开断点，我们看到控制台中的打印结果为 add = 8; 说明add函数的汇编实现将x0寄存器中的值默认为函数的返回值，返回给外界了，验证了iOS ARM64汇编02-- 寄存器中的关于x0寄存器的阐述；

sub指令

格式：sub 目标寄存器, 操作数1,操作数2；
含义：将操作数1与操作数2相减然后赋值给目标寄存器；

Snip20210225_80.png

汇编代码如下：

.text
.global _sub

_sub:
sub x0,x0,x1
ret

调用代码如下：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    int num = sub(5,2);
    NSLog(@" num = %d",num);
    return YES;
}

LLDB调试结果如下：

Snip20210225_77.png

当断点停在第2行时，读取x0与x1寄存器中的值分别为5和2，就是外界传进来的参数值，说明sub函数的参数被x0与x1两个寄存器接收了，验证了iOS ARM64汇编02-- 寄存器中的阐述；
si 单步执行完 sub x0,x0,x1 指令，此时x0寄存器中的值为3；
放开断点，我们看到控制台中的打印结果为 num = 3，说明sub函数的汇编实现将x0寄存器中的值默认为函数的返回值，返回给外界了，验证了iOS ARM64汇编02-- 寄存器中的关于x0寄存器的阐述；

cmp指令

格式：cmp 操作数1，操作数2；
含义：将操作数1与操作数2进行比较，就是相减，同时更新cpsr寄存器中条件标志位的值；
cmp是compare的缩写，顾名思义就是比较的意思即比较指令；

Snip20210225_82.png

汇编代码如下所示：

.text
.global _test

_test:
mov x0,#0x3
mov x1,#0x5
cmp x0,x1

ret

外界调用代码如下：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    test();
    return YES;
}

LLDB调试结果如下：
在执行 cmp x0,x1指令之前通过register read命令可以看到cpsr = 0x60000000；
在执行完cmp x0,x1指令之后，cpsr = 0x80000000`；
cmp x0,x1 x0-x1 = -2其结果为负数；说明cpsr的N位(负数位)等于1；

Snip20210225_86.png

从这里可以看出 cmp指令的执行结果会影响cpsr中的条件标志位N位上的值；

b指令

格式：b 目标地址；
含义：B指令是最简单的跳转指令，一旦遇到B指令，程序会无条件跳转到B之后所指定的目标地址处执行；

Snip20210225_87.png

汇编代码如下所示：

.text
.global _test

_test:
b mycode
mov x0,#0x5
mycode:
mov x0,#0x8

ret

外界调用代码：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    test();
    return YES;
}

LLDB调试结果如下：

Snip20210225_88.png

Snip20210225_89.png

可以看到执行 b mycode指令后直接跳转到mycode,然后执行mov x0,#0x8指令；而mov x0,#0x5指令没有执行；
上面介绍的是最简单的b指令，b指令还可以携带条件的，携带条件就会涉及到条件域的概念，下面介绍来条件域相关知识：
介绍几种最常见的条件域如下所示：
- EQ： equal 相等；
- NE：not equal 不相等；
- GT：great than 大于；
- LT：less than 小于；
- GE：great or equal 大于等于；
- LE：less equal 小于等于；

Snip20210225_92.png

汇编代码如下所示：

.text
.global _test

_test:
mov x0,#0x3
mov x1,#0x5
cmp x0,x1
beq mycode
mov x0,#0x8
ret  //必须加上ret 否则会继续执行下面mycode的相关指令
mycode:
mov x0,#0x9

ret

cmp x0,x1指令，比较x0与x1，将两者相减，其结果会影响cpsr寄存器中条件标志位；
beq mycode指令，会根据cpsr寄存器中条件标志位，判断是否满足条件，然后决定执行下一步的汇编指令；
由上面的cmp指令与带条件的b指令两者之间的配合使用，很像C代码中的if-else逻辑结构，现在我们写一段简单的关于if-else的C代码，看看底层的汇编是怎么实现的？- OC代码如下：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    int a = 5;
    int b = 8;
    if (a == b) {
        printf("a = b");
    }else{
        NSLog(@" a != b");
    }
    return YES;
}

汇编代码分析如下：

Snip20210225_94.png

图中的w8与w9，分别存储的就是a和b的值；
if-else的汇编实现就是结合cmp指令与带条件的b指令；

bl指令

格式：bl 目标地址；
含义：BL指令是另一个跳转指令，是带返回的跳转指令，所以在跳转之前，它会先将当前标记位的下一条指令存储在寄存器lr(x30)中，然后跳转到标记处开始执行代码，当遇到ret时，会将lr(x30)中存储的地址重新加载到PC寄存器中，使得程序能返回标记位的下一条指令继续执行；

Snip20210225_95.png

汇编代码如下：

.text
.global _test

//mycode相当于一个内部函数
mycode:
mov x0,#0x1
mov x1,#0x2
add x2,x0,x1
ret

_test:
mov x6,#0x6
bl mycode
mov x4,#0x4
mov x5,#0x5

ret

汇编代码分析如下：
在执行bl mycode指令之前：

Snip20210225_98.png

在执行bl mycode指令时：

Snip20210225_99.png

可以看到bl mycode指令的下一个指令地址是 0x10288d9d4
当执行 bl mycode指令时，首先链接寄存器lr会将当前标记位的下一条指令存储起来，看到lr中的存储值发生了变化，变成了 0x00000001026899d4，然后跳转到mycode执行；
当mycode执行到ret指令时，再去调用lr寄存器中存储地址，回到0x10288d9d4；
bl指令相当于函数调用；

ldr指令 -- 加载内存 load

格式：ldr 目标寄存器 , [寄存器]
含义：根据右侧寄存器 --> 内存地址 --> 加载内容数据按目标寄存器的位数加载写入目标寄存器，即从内存地址中读取数据，存到目标寄存器中，至于怎么读取数据，读多少字节数据与目标寄存器有关；

Snip20210225_100.png

汇编代码如下：

.text
.global _test

_test:

ldr x0,[x1]

ret

外界调用代码：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    int a = 8;
    test();
    return YES;
}

LLDB调试如下：

Snip20210225_102.png

p &a 获取变量a的地址值 0x000000016d88712c；
register write x1 0x000000016d88712c 将a的地址值写入x1寄存器;
执行ldr x0,[x1]指令即将x1寄存器中的内存地址为首地址读取内存8个字节的内存数据，存入x0寄存器中去；
register read x0 所以 x0中存储值为0x0000000000000008；
汇编代码修改如下：

.text
.global _test

_test:

ldr w0,[x1]

ret

唯一差别的地方是：将x1寄存器中的内存地址为首地址读取内存4个字节的内存数据，存入w0寄存器中去，因为w0寄存器是32位-存储4个字节的数据；
关于ldr 加载内存指令的相关写法即含义：

LDR x0, [x1]        ;将存储器地址为x1的字数据读入寄存器x0
LDR x0, [x1, x2]    ;将存储器地址为x1+x2的字数据读入寄存器x0
LDR x0, [x1, #8]    ;将存储器地址为x1+8的字数据读入寄存器x0
LDR x0, [x1, x2]!   ;将存储器地址为x1+x2的字数据读入寄存器x0,并将新地址x1+x2写入x1
LDR x0, [x1, #8]!   ;将存储器地址为x1+8的字数据读入寄存器x0,并将新地址x1+8写入x1
LDR x0, [x1], x2    ;将存储器地址为x1的字数据读入寄存器x0,并将新地址x1+x2写入x1
LDR x0, [x1, x2, LSL#2]!    ;将存储地址为x1+x2*4的字数据写入寄存器x0,并将新地址x1+x2*4写入x1
LDR x0. [x1], x2, LSL#2     ;将存储地址为x1的字数据写入寄存器x0,并将新地址x1+x2*4写入x1

ldur指令 -- 加载内存 load

ldur指令与ldr指令用法完全相同，唯一的区别在于指令LDR x0, [x1, #立即数]，当ldr指令时，立即数是正数，当ldur指令时，立即数是负数；
ldr x0, [x1, #0x8]
ldur x0, [x1, #-0x8]

ldp指令加载内存 load

格式：ldp 寄存器1,寄存器2,[寄存器3]；
含义：读取寄存器3 --> 内存地址 --> 内存数据，按字节顺序放入寄存器1和寄存器2中；
ldp中p是pair的缩写，pair -- 对，一对；
汇编代码如下：

.text
.global _test

_test:
ldp w0,w1,[x2,#0x5]

ret

调用代码如下：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    int a = 8;
    test();
    return YES;
}

LLDB调试结果如下：

Snip20210226_103.png

p &a 打印变量a的内存地址；
register write x2 0x000000016f60f12c 将变量a的内存地址写入x2寄存器；
si 单步执行 ldp w0,w1,[x2]
x 0x000000016f60f12c 是查看0x000000016f60f12c内存地址中数据内容；
最后看到w0中放入了0x000000016f60f12c内存地址中前4个字节数据，w1中放入了0x000000016f60f12c内存地址中后4个字节数据；

str指令写入内存 store

格式：str 寄存器1 , [寄存器2]；
含义：将寄存器1中存储值，写入寄存器2-->内存地址中去；
汇编代码如下：

.text
.global _test

_test:
str x0,[x1]

ret

调用代码如下：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    int a = 8;
    test();
    return YES;
}

LLDB调试如下：

Snip20210226_104.png

p &a 打印变量a的内存地址；
register write x0 3 往寄存器x0中写入值3；
register write x1 0x000000016ee0312c 往寄存器x1中写入变量a的内存地址0x000000016ee0312c；
si 单步执行str x0,[x1],即将x0=3，写入x1= 0x000000016ee0312c的内存地址中，最终看到 a = 3；

stur指令写入内存 store

stur指令与str指令用法完全相同，唯一的区别在于指令str x0, [x1, #立即数]，当str指令时，立即数是正数，当stur指令时，立即数是负数；
str x0, [x1, #0x8]
stur x0, [x1, #-0x8]

stp指令写入内存 store

格式：stp 寄存器1,寄存器2,[寄存器3]；
含义：将寄存器1与寄存器2中的数据分别写入寄存器3-->内存地址中去；

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