MacOS Arm64 汇编 part 3 - MacOS Arm64 Assembly part 3

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  • manipulate memory
  • function & stack

Defining Memory Contents

Basics

我们在 .data 段中编写内存内容，主要有以下表格描述的内容类型描述符，同时可以使用 Negative(-) 取相反数，以及 Complement(~) 取反两个整型数前缀

a sample
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label: .byte 74, 0112, 0b00101010, 0x4A, 0X4a,
'J', 'H' + 2
       .word 0x1234ABCD, -1434
       .quad 0x123456789ABCDEF0
       .ascii      "Hello World\n"

其中 label 是这一段内存的标识符，后面的存储内容是连续的，通过逗号分隔同类型的数据。通过内容类型描述符指示不同类型的数据

Directive Description
.ascii 用双引号括起来的字符串（不自动添加结束符）
.asciz 以 0 字节结尾的 ASCII 字符串（自动在末尾添加 \0 终止符）
.byte 1 字节整数（8 位有符号/无符号整数）
.double 双精度浮点值（64 位 IEEE 754 浮点数）
.float 单精度浮点值（32 位 IEEE 754 浮点数）
.octa 16 字节整数（128 位整数）
.quad 8 字节整数（64 位有符号/无符号整数）
.short 2 字节整数（16 位有符号/无符号整数）
.word 4 字节整数（32 位有符号/无符号整数）

Fill

当需要一块连续且具有一定规律的内存片段时，可以采用 fill

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lable: .fill repeat, size, value

这将重复填充大小为 size（Byte） 值为 value 的块 repeat 次

Repeat

通过这一语法可以重复其之间的语句指定次数，即一个复杂的重复模式

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label:  .rept count
        ...
        .endr

这将填充 count 次

Aligning Data

为了内存访问效率，因为 CPU 是按块读取内存的，而为了简化设计，块号都是呈 2 的倍数的，因此当我们在创建连续的内存片段时，需要进行对齐，这与 C/C++ 当中的结构体对齐逻辑一致

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.align 4

上面的代码即做了按 4 字节对齐

Loading a Register with an Address

我们可以通过 ldr 指令加载一个 64 bits 值到指定寄存器（PC 相对寻址）

包括下面的说法，这一节中的 ldr 的实际指令是基于 PC 相对寻址模式，与手写的理解有所不同，在下一节我们会介绍其的非相对寻址模式

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ldr xd, =imm64

这是一条伪指令，实质为

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ldr xd, #offset
...
.quad imm64

offset 是相对于该 ldr 指令到这一立即数存储位置的偏移量

通过这一方法可以加载 PC 附近约 1MB 范围的内存，但加载的值可以超出指令长度，这既是这一指令的意义，对于更远的数据，以及带标签数据，在 OSX 中我们实际上使用如下方法在 xd 中加载其地址

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adrp xd, label@PAGE
add xd, xd, label@PAGEOFF

这里是采用分页的相对寻址（仍基于 PC），第一条 adrp 首先加载页基址，随后 add 加载偏移量，之所以分两条还是因为指令长度有限

Loading Data from Memory

在取得地址后，我们读取一个指定地址的数据我们仍采用 ldr 指令

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ldr{type} xd, [xs{, #offset}]

type 见下表

Type Meaning
B 无符号字节（Unsigned byte）
SB 有符号字节（Signed byte）
H 无符号半字（16 位，Unsigned halfword (16 bits)）
SH 有符号半字（16 位，Signed halfword (16 bits)）
SW 有符号字（Signed word）

均为自低位起，#offset 可选
[] 表示了这条指令的间接寻址模式，可以理解为 *xs
#offset 是自 xs 所存地址起的偏移量，可以理解为 *(xs + offset)