SystemSoftware - Machine data(Assembly) #1

C언어에서 다루었던 포인터연산을 통한 변수 값 참조와 다차원 배열의 특정 위치의 값을 참조하는 방식을 어셈블리어를 통해 깊게 알아보자

 

int val[5];  라는 정수형 배열이 있다고 생각해보자

주소값	x	x + 4	x + 8	x + 12	x + 16
값	1	5	2	1	3

배열의 메모리 값까지 생각 한다면 위와 같이 구성 되어있을 것이다

x = 배열의 시작주소

 

예제 1)

Reference	Type	Value
val[4]	int	3
val	int *	x
val + 1	int *	x + 4
&val[2]	int*	x + 8
val[5]	int	-
*(val+1)	int	5

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C to Assembly

1. 

int pnu[5] = {1, 5, 2, 1, 3};

int get_digit(int z[], int id){
    return z[id];
}

 

위 코드는 매우 기본적인 배열의 특정 인덱스 값을 반환해주는 함수가 있다.

그럼 get_digit 함수는 어셈블리어로 어떻게 표현될까?

 

// %rdi = z 
// %rsi = id

movl  (%rdi, %rsi, 4), %eax
//     base index scale

어셈블리어에서 return 되는 인자는 %rax 레지스터에 입력된다 (%eax는 %rax(8바이트) 의 하위 4바이트를 나타내는 레지스터)

%rdi 가 함수의 인자로 받은 z배열의 시작 주소를 가지고 있다

%rsi는 함수의 인자로 받은 인덱스(id)를 가지고 있다

 

movl 명령을 해석해보면

%eax = %rdi + %rsi * 4 이 되고 

시작주소에서 intType의 크기 * %rsi(인덱스) 만큼 떨어진 곳의 값을 반환하게된다

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2.

int pnu[5] = {1, 5, 2, 1, 3};

void zincr(int z[]){
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        z[i]++;
    }
}

pnu 배열의 값을 1씩 더해주는 함수이다

어셈블리어로 변환 해보자

 

// %rdi = z
// %rax = i

movl	$0, %eax		// i에 0을 넣어준다
jmp	.L3			// L3로 점프

.L4:				// 배열에 1씩 더해주는 동작
  addl	$1, (%rdi, %rax, 4)	// %rdi + %rax * 4를 통해 z배열의 값에 접근하고 1을 더해준다
  addq	$1, %rax		// i 에 1을 더해준다

.L3:				// for문의 조건 확인 
  cmpq	$4, %rax		// 4와 i를 비교 (i - 4 를 통해 누가 더 큰지 비교)
  jbe	.L4			// 만약 i가 4보다 작거나 같으면 L4로 점프
  rep; ret			// 아니라면 종료
  
  // for(int i = 0; i < 5; i++)에서 i 는 5와 비교하는데 왜 i-4와 비교해서 작거나 같은지 확인하는 방법을 쓰는가?
  // 그냥 어셈블리어의 최적화 방식이라고 하심

 

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# 잠깐 개념정리 #

int *A[3] ?

*와 [3]은 연산자 우선순위에 따라서 [3]을 먼저 적용한다

따라서 int *A[3] == int *(A[3]) 이라고 볼 수 있다

그래서 int *(A[3])은 길이가 3인 포인터 값을 가지는 배열이다

= 배열의 각 원소에는 특정 원소를 가리키는 포인터 값이 들어있다

int (*A) [3] ?

이 자체로만 본다면 A는 배열이 아니다

A에는 길이가 3인 int형 배열의 시작주소를 가리키는 포인터 값이 들어있다

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3.

이제 2차원 배열로 가보자

int pnu[4][5] = { {1, 5, 2, 0, 6},
                  {1, 5, 2, 1, 3},
                  {1, 5, 2, 1, 7},
                  {1, 5, 2, 2, 1}};

int *get_pnu_zip(int id){
    return pnu[id];
}

위 함수는 pnu 배열의 id번째 행의 시작 주소값을 반환하는 함수이다

// %rdi = id

leaq (%rdi, %rdi, 4), %rax	// 열의 개수가 5 이므로 (id * 5) == (%rdi + %rdi*4) 값을 %rax에 넣는다
    
leaq (, %rax, 4), %rax		// int형의 크기가 4바이트 이므로 %rax에 4를 곱해주면 주소값이 나온다

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4.

int pnu[4][5] = { {1, 5, 2, 0, 6},
                  {1, 5, 2, 1, 3},
                  {1, 5, 2, 1, 7},
                  {1, 5, 2, 2, 1}};

int get_pnu_digit(int index, int dig){
    return pnu[index][dig];
}

위 함수는 pnu배열의 index번째 행, dig번째 열의 값을 반환하는 함수이다

// %rdi = index(행의 위치)
// %rsi = dig(열의 위치)

leaq  (%rdi, %rdi, 4), $rax		// index를 현재 행의 시작위치로 만들어준다. index*5
addl  %rax, %rsi			// index 와 현재 열의 위치를 더한다
movl  pnu(, %rsi, 4), %eax		// pnu(pnu의 시작 주소값) + 4*행의 위치+열의 위치 (int형이 4바이트이므로) 의 값을 리턴