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[C++知识库]汇编字符串操作指令【微软CL vs. GCC】

????????最近在研究汇编的一些基本指令,在研究过程中通过二进制的反编译学习到了不少汇编的函数、堆栈和一些可以提高代码运行速度的机器指令等汇编语言语法。如字符串的复制可以使用MOV指令逐个字符赋值,也可以使用字符串操作指令减少指令数,提高运行速度。

1.?字符串操作指令?

1.1 字符串装载指令LODS

? ? ? ? 转载指令用于将ESI寄存器所指向的字符串的字符装入到累加寄存器,同时调整ESI的值(加或者减所操作的字节数)。包括LODSB、LODSW、LODSD。

LODSB? ? ; 装载单个字符

LODSW? ?; 装载两个字符

LODSD? ? ; 装载四个字符

1.2 字符串存储指令STOS

????????字符串存储指令用于将累加寄存器值存储到EDI所指向的地址,也就是替换字符,同时调整EDI的值(加或者减所操作的字节数)。包括STOSB、STODW、SWODD。

AA:STOSB,STOS m8,存储单个字符

AB:STOSW,STOS m16,存储两个字符

AB:STOSD,STOS m32,存储四个字符

1.3 字符串传送指令MOVS

? ? ? ? 字符串传送指令用于将ESI所指向的字符串传送到EDI所指向的地址,同时调整ESI和EDI的值(加或者减所操作的字节数)。包括MOVSB、MOVSW、MOVSD。

A4:MOVSB ,MOVS m8, m8,传送单个字符

A5:MOVSW ,MOVS m16, m16,传送两个字符

A5:MOVSD,MOVS m32, m32,传送四个字符

2. C示例

????????如下的字符串复制函数C代码在经过编译器编译后,不同的编译器编译参数将产生不同的机器码,代码中的dst[n] = src[n]语句经过编译后可能会使用到字符串操作指令。以下是casm.c源文件中的copy_str函数:

void copy_str(void)
{
	char src[32] = "this is a string";
	char dst[32] = "";
	
	for(int n = 0; n < 32; n++)
	{
		dst[n] = src[n];
	}
	
	printf("copy_str called: %s\n", dst);
}

2.1?微软CL编译

2.1.1 不使用优化

????????在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序:

CL /c casm.c
LINK /SUBSYSTEM:CONSOLE /RELEASE casm.obj

? ? ? ? ?不使用优化生成的机器码如下图所示,CL编译器使用多条MOV指令来复制字符串:

2.1.2 使用O1优化(优选空间)

????????在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序:

CL /c /O1 /GA /w /TC /nologo /Fo casm.c
LINK /SUBSYSTEM:CONSOLE /RELEASE casm.obj

? ? ? ? 示例copy_str函数编译后对应的机器码如下图所示,可以看到地址为0x00AC1048等地址使用5次MOVS指令复制了17字符“this is a string",0x00AC1050、0x00AC1054等地址使用了5次STOS指令来将后面的15个字节置为0。如下图所示:

2.1.3 使用O2优化(优选速度)

????????在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序:

CL /c /O2 /GA /w /TC /nologo /Fo casm.c
LINK /SUBSYSTEM:CONSOLE /RELEASE casm.obj

? ? ? ? ?CL编译器采用O2选项编译后的机器码如下图所示,代码非常精简,使用MOVAPS(Move Aligned Packed Single-Precision Floating-Point Values)指令复制字符串,如下图所示:

2.2 GCC编译

2.2.1 不使用优化

????????在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序:

gcc -std=c99 .\casm.c -o .\casmgcc.exe

?????????使用gcc编译后的机器码如下图所示,使用了REP指令和MOVS指令逐个复制字符串,MOVS共计执行17次,如下图所示:

2.2.2 使用O1优化

????????在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序:

gcc -std=c99 -O1 .\casm.c -o .\casmgcc.exe

? ? ? ? ?使用gcc编译后的机器码如下图所示,使用了REP指令和MOVS指令逐个复制字符串,MOVS共计执行17次,为了调用printf函数,gcc还重新分配了stack空间并调用了43次STOS指令,如下图所示:

2.2.3 使用O2优化

?????????在命令行运行如下命令编译并链接生成可执行程序:

gcc -std=c99 -O2 .\casm.c -o .\casmgcc.exe

? ? ? ? ?生成的机器码如下图所示,可以看到和使用O1优化所生成的机器码基本一样,也是使用了17次MOVS指令复制字符串,如下图所示:

3. 总结?

? ? ? ? 字符串操作指令可以简化字符串的拷贝等操作,CL和GCC编译器各具特色,CL编译器的O2优化可以生成非常精简的机器码。另外,GCC编译器在处理字符串复制操作时,其使用的指令数多于CL编译器。

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加:2022-04-06 15:59:31  更:2022-04-06 16:01:13 
 
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