CSAPP第三章练习

寄存器

3.0.1

搬运指令

3.0.2

练习题 3.1

3.1

假设下面的值存放在指明的内存地址和寄存器中

地址 值
0x100 0xFF
0x104 0xAB
0x108 0x13
0x10C 0x11
寄存器 值
%rax 0x100
%rcx 0x1
%rdx 0x3

填写下表，给出所示操作数的值：

操作数 值 注释
%rax 0x100 寄存器
0x104 0xAB 绝对地址
$0x108 0x108 立即数
(%rax) 0xFF 地址0x100
4(%rax) 0xAB 地址0x104
9(%rax, %rdx) 0x11 地址0x10C
260(%rcx, %rdx) 0x13 地址0x108
0xFC(, %rcx, 4) 0xFF 地址0x100
(%rax, %rdx, 4) 0x11 地址0x10C

练习题 3.2

3.2

指令 源操作数 目标操作数
mov l %eax (%rsp)
mov w (%rax) %dx
mov b $0xFF %bl
mov b (%rsp, %rdx, 4) %dl
mov q (%rdx) %rax
mov w %dx (%rax)

​

练习题 3.3

3.3

答：

  1. 立即数要先写入寄存器， 再写入内存（？ 使用%ebx作为64位系统地址寄存器， 在栈上是危险的
  2. movl指令大小错误， 应该用movq, rax是绝对四字寄存器 指令后缀和寄存器ID之间不匹配
  3. mov指令源操作数和目的操作数同为内存。
  4. 不存在名为sl的寄存器
  5. 立即数不能作为目的操作数
  6. 源操作数和目的操作数字不匹配
  7. ~~不懂 ~~ 指令后缀和寄存器ID之间不匹配

练习题 3.4 (我不李姐)

3.4.1

3.4.2

答：

src_t in %rdi dest_t in rsi

src_t dest_t 指令 注释
long long movq(%rdi), %rax
movq %rax, (%rsi)		 读8个字节
存8个字节
char int movsbl (%rdi), %eax
movq %eax, (%rsi)		 讲char转成int
存4个字节
char unsigned movsbl (%rdi), %eax
movq %eax, (%rsi)		 将char转成int
存4个字节
unsigned char long movzbl (%rdi), %eax
movq %rax, (%rsi)		 读一个字节并零扩展
存8个字节
int char movl (%rdi), %eax
movb %al, (%rsi)		 读4个字节
存低位字节
unsigned unsigned char movl (%rdi), %eax
movb %al, (%rsi)		 读4个字节
存低位字节
char short movsbw (%rdi), %ax
movw %aw, (%rsi)		 读一个字节并符号扩展
存2个字节

练习题 3.5

3.5

答：

1
2
3
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5
6
7
8
void decode1 (long *xp, long *yp, long *zp) {
    long x = *xp;
    long y = *yp;
    long z = *xp;
    *yp = x;
    *zp = y;
    *xp = z;
}

算术和逻辑指令

3.5.1

3.5.2

3.5.3

练习题 3.6

3.6

3.6.1

3.6.2

答：

表达式 结果
leaq 6(%ax), %rdx 6 + (x & 0xFFFF)
leaq (%rax, %rcx), %rdx x + y
leaq (%rax, %rcx, 4), %rdx x + y * 4
leaq 7(%rax, %rax, 8), %rdx 8 + x * 5 7 + 9x
leaq 0xA (, %rcx, 4), %rdx 0xA + (y * 4) 10 + 4y
leaq 9(%rax, %rcx, 2), %rdx 9 + (x + y * 2)

练习题 3.7

3.7

1
2
3
4
long scale2(long x, long y, long z) {
    long t = 5 * x + y * 2 + 8 * z;
    return t;
}

练习题 3.8

3.8

答：

指令 目的 值
addq %rcx, (%rax) 0x100 0x100
subq %rdx, 8(rax) 0x108 0xA8
imulq $16, (%rax, %rdx, 8) 0x118 0x176 0x110
incq 16（%rax) 0x100 0x100 0x14
decq %rcx %rcx 0x0
subq %rdx, %rax %rax 0xFD

练习题3.9

3.9

1
2
sal	4 %rax 
sarl %ecx %rax

参考答案：

1
2
salq $4, %rax
sarq %cl, %rax

练习题3.10

3.10

答：

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6
7
long arith2(long x, long y, long z) {
    long t1 = x | y;
    long t2 = t1 >> 3;
    long t3 = ~t2;
    long t4 = z - t3;
    return t4;
}

练习题 3.11

3.11

答：

A: 寄存器%rdx值置零

B: subq %rdx %rdx 或者 movq $0 %rdx

C:

特殊的运算操作

3.5.3

练习题 3.12

3.12

答：

1
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3
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5
6
7
8
remdiv:
	movq %rdx, %r8
    movq %rdi, %rax
    movq $0, %rdx
    idivq %rsi
    movq %rax, (%r8)
    movq %rdx, (%rcx)
    ret

条件码

3.6.1

比较和测试指令

3.5.2

set 指令

3.6.2

练习题 3.13

3.13

答：

1
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3
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9
10
11
A:  
int < int

B:
short >= short

C:
unsigned char <= unsigned char

D:
long != long\unsigned long

练习题 3.14

3.14

答：

1
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3
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5
6
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8
9
10
11
A:  
long >=

B:
short\unsigned short  ==

C:
unsigned char >

D:
int\unsigned int !=

jump 指令

练习题 3.15

3.15

1
2
3
4
A:4003fc + 0x2 = 4003fe
B:400431 + 0xf4(-12) = 400425
C:400543 \ 400545
D:4005ed + 0xffffff73(-141) = 400560

练习题 3.16

3.16

答：

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12
A:
void cond(long a, long *p) {
    if (p == 0)
        goto done;
    if (*p >= a) {
        goto done;
    }
    *p = a;
    done;
}
B:汇编一次只能执行一条指令， 两条比较指令包含两个分支

练习题 3.17

3.17

答：

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12
13
14
long gotodiff_se(long x, long y) {
    long result;
    if (x < y) {
        goto x_lt_y
    }
    ge_cnt++;
    result = x - y;
    return result;
x_lt_y:
	lt_cnt++;
    result = y - x;
    return resultl;
    	
}

3.17.B

练习题 3.18

3.18

com s1, s2 // s2 - s1

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11
long test (long x, long y, long z) {
    long val = x + y + z;
    if (x < -3) {
        if (y < z)
            val = x * y;
        else
            val = y * z;
    } else if (x > 2)
        val = x * z;
    return val;
}

练习题 3.19

3.19

1
2
3
//不懂	
A: T = 2 * (31 - 16) = 30
B: 16 + 30 = 47

条件传送指令

练习题 3.20

3.20

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10
A: x / 8, 如果x是负数， 必须先加上偏置数7
B:
//long arith(long x):
//x in %rdi
arith:
	leaq 7(%rdi), %rax	// temp = 7 + x
    testq %rdi, %rdi	// x & x
    cmovns %rdi, %rax	// 如果 %rdi > 0, %rax = %rdi
    sarq $3, %rax	// %rax >> 3;
    ret

练习题 3.21

3.21

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long test(long x, long y, long z) {
    long val = 8 * x;
    if (y > 0) {
        if (x < y) 
            val = y - x;
        else 
            val = x + y;
        
    } else if (y <= -2){
        val = x + y;
    }
    return val;
}

练习题 3.22

3.22

1
2
A:
B:

练习题 3.23

3.23

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A.
x : %rax
y : %rcx
n : %rdx
B.
答；编译器认为指针p总是指向x，因此表达式(*p) ++就能实现x+1。通过第7行的leap指令， 把这个加一和加y组合起来。
C.
// long dw_loop(long x)
// x initially in %rdi
dw_loop:
	movq %rdi, %rax		//%rax = x
	movq %rdi, %rcx		//%rcx = x
	imulq %rdi, %rcx	//y = x * x
	leaq (%rdi, %rdi)	//n = x + x
.L2:					//loop
	leaq 1(%rcx, %rax), %rax	//x += y + 1;
	subq $1, %rdx		//n-=1
	testq %rdx, %rdx	//Test n
	jg .L2				//if n > 0, goto loop;
	rep;ret				//return %rax;

练习题 3.25

3.25

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8
long loop_while2(long a, long b) {
    long result = b;
    while (b > 0) {
        result = result * a;
        b = b - a;
    }
    return result;
}

3.26

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A; 方法：跳转到中间 (jump to middle)
B;
long fun_a (unsigned long x) {
    long val = 0;
    while (x) {
        val ^= x;
        x >>= 1;
    }
    return val & 0x1;
}
C;
不懂
参考答案：
    这个代码计算参数x的奇偶性。 也就是， 如果x中有奇数个1，就返回1， 否则返回0；

练习题 3.27

3.27

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30
long fact_for(long n) {
    long i;
    long result = 1;
    for (i = 2; i <= n; i ++)
        result *= i;
    return result;
}
A;
改while;
long fact_for (long n) {
    long i = 2;
    long result = 1;
    while (i <= n)
        result *= i++;
    return result;
}
guarded_do 变换;
long fact_for_gd_goto(long n) {
    long i = 2;
    long result = 1;
    if (n <= 1)
       	goto done;
    loop:
    	result *= i;
    	i ++;
    	if (i <= n) 
            goto loop;
    done:
    	return result;
}

练习题 3.28

3.28

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A;
long fun_b (unsigned long x) {
    long val = 0;
    long i;
    for (i = 64; i != 0; i --) {
        val = (val << 1) | (0x1 & x);
        x >>= 1;
    }
    return val;
}
B; 这段代码是从guarded_do变换生成的。编译器发现i初始化成64，所以一定满足不等于0，因此初始测试是没必要的。
C;
翻转x的二进制位

练习题 3.29

3.29

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A: for翻译到while循环;
long sum = 0;
long i = 0;
while (i < 10) {
    if(i & 1)
        continue;
    sum += i;
    i ++;
}
当continue时， 会跳过iupdate部分代码， 导致死循环;
long sum = 0;
long i = 0;
while ( i < 10 ) {
    if (1 & 1)
        goto update;
    sum += 1;
update:
    i ++;
}

练习题 3.30

3.30

1
2
A; -1, 0, 1, 2, 3, 5, 7;
B; 2, 3;

练习题 3.31 (我不李姐)

3.31

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void switcher(long a, long b, long c, long *dest) {
    long val;
    swtich(a) {
        case 5:
      	c = b ^ 15;  
        case 0:
        val = c + 112;
        break;
        case 2:
        case 7:
        val = (b + c) << 2;
        break;
        case 4:
        val = a;
        default:
        val = b;
    }
    *dest = val;
}

练习题 3.32

3.32

标号 PC 指令 %rdi %rsi %rax %rsp * %rsp 描述
M1 0x400560 callq 10 - - 0x7fffffffe820 - 调用first(10)
F1 0x400548 lea 10 11 - y=x+1
F2 0x40054c sub 9 11 - x -= 1
F3 0x400550 callq 9 11 调用last
L1 0x400540 mov 9 11 9 %rax = u
L2 0x400543 imul 9 11 99 %rax *= v
L3 0x400547 retq 9 11 99 从last返回 99
F4 0x400555 repz retq 9 11 99 从first返回99
M2 0x400565 mov 9 11 99 继续执行想··