golang汇编语言

发表于 | 更新于 | 分类于

转载请注明出处：www.huamo.online
字节杭州 求贤若渴：

  1. https://job.toutiao.com/s/JXTdQaH
  2. https://job.toutiao.com/s/JXTMWW3
  3. https://job.toutiao.com/s/JXT1tpC
  4. https://job.toutiao.com/s/JXTdu6h

Go汇编语言快速指导

Go汇编语言不是常见的汇编格式，它是Go编译器专用的。本文对其进行了简要的介绍，并不是全面文档。

Go汇编语言基于Plan9汇编语言的输入风格设计，后者的详细描述在这里。本文讲述了Go汇编语法的摘要，以及一些和Plan9汇编的不同，还描述了Go汇编与Go语言交互时所适用的特性。

关于Go汇编程序最重要的一点是，它并不是底层机器码的直接表达。有一些细节精确映射了机器层面，而有些并没有。这是因为编译器套件（在这里有介绍）在普通管道中并不需要传递汇编程序。取而代之的，编译器是在一种半抽象指令集上工作，并且在代码生成之后还会发生部分的指令选择。所以当你看到一个像MOV这样的指令时，背后的工具链实际为这个操作生成的指令也许根本不是移动指令，有可能是clear或者load，也有可能它就直接对应机器指令相同的名字。一般来说，特定于机器的操作往往表里如一，而更通用的概念，例如内存移动和子程序调用以及返回则偏向于抽象指令。细节因机器架构而异，没有明确的定义。

汇编程序会将半抽象的指令集描述解析为待输入到链接器的指令。如果你想看看给定架构上的汇编指令是什么样子，例如amd64，在标准库源码里就有很多这样的例子。例如runtime和math/big。除了这里，你还可以自己实验编译器发射出的汇编代码（实际输出可能和这里展示的不一样）：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
$ cat x.go
package main

func main() {
	println(3)
}

$ GOOS=linux GOARCH=amd64 go tool compile -S x.go # or: go build -gcflags -S x.go
"".main STEXT size=74 args=0x0 locals=0x10
	0x0000 00000 (x.go:3)	TEXT	"".main(SB), ABIInternal, $16-0
	0x0000 00000 (x.go:3)	MOVQ	(TLS), CX
	0x0009 00009 (x.go:3)	CMPQ	SP, 16(CX)
	0x000d 00013 (x.go:3)	JLS	67
	0x000f 00015 (x.go:3)	SUBQ	$16, SP
	0x0013 00019 (x.go:3)	MOVQ	BP, 8(SP)
	0x0018 00024 (x.go:3)	LEAQ	8(SP), BP
	0x001d 00029 (x.go:3)	FUNCDATA	$0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
	0x001d 00029 (x.go:3)	FUNCDATA	$1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
	0x001d 00029 (x.go:3)	FUNCDATA	$3, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
	0x001d 00029 (x.go:4)	PCDATA	$2, $0
	0x001d 00029 (x.go:4)	PCDATA	$0, $0
...

FUNCDATA和PCDATA指令包含了垃圾回收器需要用到的信息，编译器会专门介绍它们。

常量

在常量计算上，Go汇编和Plan9汇编有所不同。Go汇编的常量表达式依据Go语言的运算符优先级计算，而不是原始的那种类C的优先级标准。 因此3&1<<2结果是4而不是0，因为它被解析为(3&1)<<2而不是3&(1<<2)。而且，常量总是被当做64位无符号整数计算。因此-2不是整型值减2，而是相同位编排的无符号64位整型。这些不同无关紧要，但为了避免模糊不清，如果右操作数的高位已经被设置，那么除法或右移操作是会被拒绝的。

符号

有些符号，例如R1或LR，都是提前定义好并代表了寄存器。其确定的集合依赖机器架构。

有4个预定义好的符号指向了伪寄存器。它们并不是真正的寄存器，而是由工具链维护的虚拟寄存器，例如帧指针。伪寄存器集合对于所有的架构都是一样的：

  • FP：帧指针：指示参数和本地变量

  • PC：程序计数器：跳转和分支

  • SB：静态基指针：指示全局符号

  • SP：栈指针：总是标识栈顶

所有用户定义的符号都是作为伪寄存器FP和SB的偏移量进行写操作。

SB伪寄存器可以想象成内存的原点，所以类似于foo(SB)这种符号的名字foo就被当做在内存中的地址。这种形式用于命名全局函数和数据。在名字后面添加<>，例如foo<>(SB)，会使得这个名字只对当前源文件可见，有点像在C文件中一个顶级static声明。如果在名字后面添加了一个偏移量，指的是符号地址偏移几个字节后的地址，例如foo+4(SB)指示的是从foo位置开始加4个字节的地址。

FP伪寄存器是一个虚拟帧指针用来指示方法参数。编译器维护一个虚拟帧指针，并用伪寄存器偏移量来指示栈中的变量。因此0(FP)就是方法中第1个参数，8(FP)就是第2个参数（在64位机器上讨论），以此类推。然而，当用这种方式来指示方法参数时，必须要在刚开始放一个名字，例如first_arg+0(FP)和second_arg+8(FP)。汇编程序强制这种规则，它会拒绝0(FP)和8(FP)这种简单写法。实际名字是语义无关的，但应该用来记录参数的名字。需要强调的是，FP总是指一个伪寄存器，并不是硬件寄存器，即使有些机器架构上有一个硬件帧指针寄存器。这一点和SP完全不一样

这种方式和上一段的SB偏移有所不同，foo+4(SB)指的是相对于foo地址的偏移4个字节，而arg+4(FP)指的却是相对于帧指针FP地址的偏移4个字节。切记！**

对于Go原始类型参数的汇编方法，go vet会检查参数名字和偏移量是否匹配。在32位系统上，一个64位的值的低32位和高32位会分别被加上_lo或_hi后缀，就像arg_lo+0(FP)和arg_hi+4(FP)这样。如果一个Go原始类型在返回时没有被命名，那么预期的汇编名字是ret。

SP伪寄存器是一个虚拟栈指针，用来指示本地帧变量以及为了函数调用准备的变量。它指向本地栈帧的顶部，所以所有的引用都应该使用负值偏移量，范围为[-framesize, 0)：例如x-8(SP), y-4(SP)等等。这里的偏移规则和FP一样。

在具有名为SP的硬件寄存器的架构上，名称前缀被用来区分是虚拟栈指针的应用还是架构SP寄存器的应用。也就是说，x-8(SP)和-8(SP)是不同的内存地址：第一个是指虚拟栈指针伪寄存器SP，第2个是指硬件寄存器SP

在机器层面，SP和PC通常都是一个物理带编号名称的寄存器别名，在Go汇编程序中，SP和PC依然是被特殊对待的伪寄存器。例如，想要指向Go汇编的SP，就需要一个名字，很像FP。而要访问真实的物理寄存器，则使用真实的R名称。例如，在ARM架构上，硬件SP使用R13访问，硬件PC使用R15访问。

分支和直接跳转通常以PC的偏移量书写，或者直接跳到指定标签。

1
2
3
label:
	MOVW $0, R1
	JMP label

每个label只在它被定义的函数内部可见。因此允许在一个文件当中多个函数定义使用同一个名字的label。直接跳转和call命令可以以文本符号作为目标，例如name(SB)，但不能是符号的偏移，例如name+4(SB)。

指令，寄存器，以及汇编命令总是以大写形式出现，以提醒你汇编编程是一项极其艰巨的任务（…哈哈哈…）。

在Go目标文件(object file)和二进制文件中，一个符号的全名是包路径后跟句点再加符号名称：fmt.Printf或者math/rand.Int。因为汇编程序的解析器会将句点和斜杠视为标点符号，所以他们并不能直接用作标识符名称。代替方案是，汇编程序允许在标识符中使用U+00B7代替.，使用U+2215代替/，并把它们翻译为普通句点和斜杠。在一个汇编源码文件中，上面的符号写为fmt.Printf和math/rand.Int。编译器在使用-S标志时生成的程序及列表直接显示句点和斜杠，而不是汇编程序所需的Unicode替代。

大多数手写的汇编文件都不会在符号名字中包含完整的包路径，因为链接器会对所有以.开头的任何名称前面，插入当前目标文件的包路径：例如在math包下的汇编源文件，包中的Asin()函数都可以被汇编源码引用为.Asin()。这个约定避免了在汇编源码中硬编码包的导入路径，从而可以更方便的将代码移动位置。

命令

汇编程序使用多种命令将文本和数据绑定到符号名称上。例如这里有一个简单的完整函数定义。

1
2
3
4
5
TEXT runtime·profileloop(SB),NOSPLIT,$8
	MOVQ	$runtime·profileloop1(SB), CX
	MOVQ	CX, 0(SP)
	CALL	runtime·externalthreadhandler(SB)
	RET

TEXT命令声明了符号runtime.profileloop，以及后续的指令构成了整个函数体。在一个TEXT块中的最后一个指令必须是跳转类的，通常是一个RET(伪)指令。（如果没有，链接器会尾加一个跳转到自身的指令，在TEXT块中不存在fallthrough自动贯穿）。在runtime.profileloop符号之后，参数分别是标志NOSPLIT，和帧大小$8，是一个常数。

一般情况下，帧大小后面还跟了一个函数参数大小，以减号-分隔。（这并不是减法，只是一种独特的写法）。例如帧大小$24-8表示该函数有一个24字节的帧，并且被8字节大小的参数调用(包括传入参数和返回值，总共加起来8个字节)，这些参数都存在于调用者帧上面。如果TEXT块没有说明NOSPLIT，参数大小必须提供。对于Go原型的汇编函数，go vet会检查参数大小是否正确。

符号名字使用.来分隔，并且名字代表了相对于SB的偏移量。这个函数在runtime包的汇编源码中，所以同一包中的Go程序可以使用简单名称profileloop进行调用。

全局数据符号由一系列的后接GLOBL命令的初始化DATA命令定义，每一个DATA命令初始化一片对应的内存区域。那些没有被明确初始化的内存则为零值。DATA命令的一般形式为

1
DATA	symbol+offset(SB)/width, value

含义是：使用给定的value，对相对于symbol偏移offset的地址，宽度为width字节的内存区域进行初始化。对于一个给定symbol上的一系列DATA指令，初始化时，偏移量必须是递增的。不一定需要单步递增。

GLOBL命令将一个符号声明为全局数据。后面的参数是可选的标志，和符号的数据大小，这个符号的初始值全为0，除非一个DATA指令对它进行了初始化。GLOBL命令必须在对应的DATA命令后面。GLOBL的格式如下

1
GLOBL symbol(SB), [flgs], width

实际例子

1
2
3
4
5
6
7
DATA divtab<>+0x00(SB)/4, $0xf4f8fcff
DATA divtab<>+0x04(SB)/4, $0xe6eaedf0
...
DATA divtab<>+0x3c(SB)/4, $0x81828384
GLOBL divtab<>(SB), RODATA, $64

GLOBL runtime·tlsoffset(SB), NOPTR, $4

含义为：声明并初始化了divtab<>，一个只读的，64字节列表，存储4字节的整型元素；又声明了runtime.tlsoffset，一个4字节的，隐含零值的，不包含指针的变量。

命令有可能有一到两个参数，如果有2个，那么第一个就是标志(flags)的位掩码，可以写为数字表达式，所有标志的细节在runtime/textflag.h文件中有详细说明

  • #define NOSPLIT 4：不插入前置代码以检查栈是否需要被分裂。用来保护那些自己在代码中做栈分裂的协程。

运行时协调（Runtime Coordination）

为了垃圾回收器能正确运行，运行时必须知道所有全局数据中的，和大多数栈帧中的指针地址。Go编译器在编译Go源程序时会发射这些信息，但是汇编程序必须要显式定义它们。

如果一个数据符号被标记为NOPTR，就会被认为不包含指向运行时分配的数据的指针。如果一个符号被标记为RODATA，它就会被分配在只读内存区域因此也等于隐式对待为NOPTR。如果一个符号总共内存大小还小于一个指针的大小，那么它也被隐式对待为NOPTR。在一个汇编源码中不可能定义一个包含指针的符号，这样的符号必须在Go代码中定义。汇编代码即使没有DATA和GLOBL命令也能根据名称引用符号。一个好的经验法则是在Go代码中定义所有非只读的符号，而不是在汇编代码中定义。

特定于机器架构的细节

参考链接

转载请注明出处：www.huamo.online