c++和汇编
编译器会将c++转成汇编语言，学会和明白汇编语言的一些特性，有助于理解C++的设计。
1. 基本概念
1.1 汇编有哪些寄存器？
在 x86 架构的汇编语言中，有一些常用的寄存器，它们各自有不同的用途：
- EAX：通常用于函数返回值和算术运算。
- EBX：被称为基址寄存器，通常用于内存地址计算。
- ECX：被称为计数寄存器，通常用于特定的循环和位移指令。
- EDX：在与 EAX 一起进行某些类型的乘法和除法运算时使用。
- ESI：源索引寄存器，通常在字符串和数组操作中用作源地址。
- EDI：目标索引寄存器，通常在字符串和数组操作中用作目标地址。
- EBP：基指针寄存器，通常用于基于堆栈的函数调用中，指向堆栈底部。
- ESP：堆栈指针寄存器，总是指向堆栈顶部的当前位置。
- EIP：指令指针寄存器，指向下一条要执行的指令。
以上是 32 位的寄存器。在 64 位的 x86 架构（也称为 x86-64 或 amd64）中，这些寄存器有 64 位的版本，它们的名字前缀是 “R” 而不是 “E”，例如 RAX、RBX 等。
此外，还有一些段寄存器（如 CS、DS、SS、ES、FS、GS）和标志寄存器（EFLAGS），它们用于特定的系统级任务。
1.2 汇编的堆栈是什么？
在汇编语言中，堆栈是一种重要的数据结构，用于存储函数调用、局部变量和返回地址等信息。堆栈是一种“后进先出”（LIFO）的数据结构，最后放入堆栈的元素将首先被取出。
在 x86 架构的汇编语言中，堆栈操作主要涉及到两个寄存器：ESP 和 EBP。
-
ESP（Stack Pointer）：这个寄存器总是指向堆栈的顶部，即最后一个被压入堆栈的元素。
-
EBP（Base Pointer）：这个寄存器通常用作帧指针，在函数调用时保存堆栈的底部位置。
以下是一些常见的堆栈操作：
-
PUSH：将一个值压入堆栈。这个操作会将 ESP 寄存器减小（因为在 x86 架构中，堆栈从高地址向低地址增长），然后将值存储在 ESP 指向的新位置。
-
POP：从堆栈中弹出一个值。这个操作会将 ESP 指向的值复制到指定的位置，然后将 ESP 寄存器增大。
-
CALL：调用一个函数。这个操作会将返回地址（即 CALL 指令后面的地址）压入堆栈，然后跳转到函数的地址。
-
RET：从函数返回。这个操作会从堆栈中弹出返回地址，然后跳转到这个地址。
在函数调用中，通常会有一个称为“函数前奏”的部分，用于保存旧的 EBP 值并设置新的 EBP 值，以及一个称为“函数尾声”的部分，用于恢复旧的 EBP 值。这样可以在函数中使用 EBP 寄存器来访问参数和局部变量，而不会影响到其他函数的堆栈帧。
1.3 汇编是如何处理函数的？
在汇编语言中，函数被处理为一段可以从其他地方调用的代码块。这个代码块有一个入口点（函数开始的地方）和一个或多个出口点（函数返回的地方）。
当一个函数被调用时，程序的控制流会跳转到函数的入口点，开始执行函数内的代码。当函数完成后，控制流会跳转回到函数被调用的地方。
函数的参数通常通过堆栈或寄存器传递。返回值也是如此。具体的传递方式取决于所使用的调用约定。
以下是一个简单的汇编函数示例（使用 x86 汇编）：
section .text
global _start
_start:
; Call the function with argument 5
push 5
call my_function
add esp, 4 ; Clean up the stack
; ...
my_function:
; Function prologue
push ebp
mov ebp, esp
; The function's argument is now at [ebp + 8]
mov eax, [ebp + 8] ; Move the argument into eax
; Function epilogue
mov esp, ebp
pop ebp
ret
在这个例子中，my_function 是一个函数，它接受一个参数（通过堆栈传递）。函数的开始部分（函数前奏）设置了一个新的堆栈帧，函数的结束部分（函数尾声）清理了堆栈帧并返回到函数被调用的地方。
2. quiz: c++ to assembly
2.1 汇编没有自定义类型的概念，C++是怎么实现自定义类型这个概念的？
2.1.1 成员变量
C++ 中的自定义类型（如类和结构体）在编译时会被转换为一种或多种基本类型的组合。编译器会为每个自定义类型生成一种布局，这种布局定义了类型的每个成员在内存中的位置。
例如，如果你在 C++ 中定义了一个类：
class MyClass {
int a;
double b;
};
编译器可能会为这个类生成如下的内存布局：
+---------+
| a | 4 bytes
+---------+
| b | 8 bytes
+---------+
在这个布局中，a 占用了前 4 个字节，b 占用了接下来的 8 个字节。当你创建一个 MyClass 的实例时，编译器会在内存中为这个实例分配 12 个字节的空间。
当你访问 MyClass 的成员时，例如 myObject.a，编译器会生成汇编代码，这些代码会计算 a 在内存中的位置，并从这个位置读取或写入数据。
因此，虽然汇编语言没有自定义类型的概念，但是通过内存布局和地址计算，编译器可以实现 C++ 的自定义类型。
2.1.1 成员函数
C++中的类成员函数在汇编中的实现主要依赖于”this”指针。”this”指针是一个隐含的参数，它在每个非静态成员函数中都存在，指向调用该成员函数的对象。
例如，考虑以下C++代码：
class MyClass {
public:
int a;
void setA(int value) {
a = value;
}
};
在这个例子中，setA函数在汇编层面上看起来可能类似于一个普通的函数，它接受两个参数：一个是”this”指针，指向要修改的对象；另一个是要设置的值。在函数内部，它使用”this”指针来访问和修改对象的成员。
当你调用myObject.setA(10);时，编译器实际上会生成类似于以下的代码：
setA(&myObject, 10);
这里，&myObject就是”this”指针，它被传递给setA函数，以便函数知道要操作哪个对象。
需要注意的是，这只是一种可能的实现方式，具体的实现可能会因编译器和目标平台的不同而有所不同。例如，”this”指针可能会通过寄存器而不是通过堆栈来传递，这取决于具体的调用约定。
2.2 汇编是如何实现多态的？
在汇编语言中，多态的实现主要依赖于间接寻址和跳转表。这些概念在高级语言如 C++ 中的虚函数和虚函数表（vtable）中有所体现。
在 C++ 中，当一个类有虚函数时，编译器会为该类生成一个虚函数表。这个表包含了指向类的每个虚函数的指针。每个类的对象都有一个指向这个表的指针。当我们通过基类指针调用虚函数时，实际上是通过这个表来查找并调用正确的函数。
在汇编层面，这个过程可以被分解为以下步骤：
- 从对象的内存中加载虚函数表的地址。
- 使用虚函数在表中的偏移量来从表中加载函数的地址。
- 使用加载的地址来间接调用函数。
以下是一个简化的示例，展示了这个过程（使用伪汇编）：
; 假设 obj 是对象的地址，vtable_offset 是虚函数表的偏移量，
; func_offset 是函数在虚函数表中的偏移量
mov eax, [obj + vtable_offset] ; 加载虚函数表的地址
mov eax, [eax + func_offset] ; 加载函数的地址
call eax ; 调用函数
这就是在汇编层面实现多态的基本方式。具体的实现可能会因编译器和目标平台的不同而有所不同。
2.3 汇编是如何处理不定长参数的？
在汇编语言中，处理不定长参数通常依赖于堆栈和约定。在 C 语言中，这种情况通常出现在如 printf 这样的函数中，它们可以接受任意数量的参数。
在 x86 架构的汇编语言中，函数的参数通常通过堆栈传递。对于不定长参数的函数，所有的参数都会被压入堆栈，然后函数会根据需要从堆栈中取出参数。
例如，考虑以下的 C 函数：
int sum(int count, ...) {
int total = 0;
for (int i = 0; i < count; i++) {
total += va_arg(args, int);
}
return total;
}
在这个函数中，count 参数告诉函数有多少个额外的参数。函数使用 va_arg 宏来从堆栈中取出这些参数。
在汇编层面，这个过程可能看起来像这样（使用伪汇编）：
; 假设 ebp 是堆栈帧的基址，count 是在 [ebp + 8] 的位置
mov ecx, [ebp + 8] ; 加载 count
add ebp, 12 ; 跳过 count 参数
mov eax, 0 ; 初始化 total 为 0
sum_loop:
add eax, [ebp] ; 添加下一个参数到 total
add ebp, 4 ; 移动到下一个参数
dec ecx ; 减少 count
jnz sum_loop ; 如果 count 不为 0，继续循环
; 此时，eax 包含总和
这只是一个简化的示例，实际的实现可能会更复杂，并且可能会因编译器和目标平台的不同而有所不同。
