匯編指令的操作數可以是內存中的數據, 如何讓程序從內存中正確取得所需要的數據就是對內存的尋址。
INTEL 的CPU 可以工作在兩種尋址模式:實模式和保護模式。 前者已經過時,就不講了, WINDOWS 現在是32位保護模式的系統, PE 文件就基本是運行在一個32位線性地址空間, 所以這裡就只介紹32位線性空間的尋址方式。
其實線性地址的概念是很直觀的, 就想象一系列字節排成一長隊,第一個字節編號為0, 第二個編號位1, 。。。。 一直到4294967295(十六進制FFFFFFFF,這是32位二進制數所能表達的最大值了)。 這已經有4GB的容量! 足夠容納一個程序所有的代碼和數據。 當然, 這並不表示你的機器有那麼多內存。 物理內存的管理和分配是很復雜的內容, 初學者不必在意, 總之, 從程序本身的角度看, 就好象是在那麼大的內存中。
在INTEL系統中, 內存地址總是由"段選擇符:有效地址"的方式給出。段選擇符(SELECTOR)存放在某一個段寄存器中, 有效地址則可由不同的方式給出。 段選擇符通過檢索段描述符確定段的起始地址, 長度(又稱段限制), 粒度, 存取權限, 訪問性質等。 先不用深究這些, 只要知道段選擇符可以確定段的性質就行了。 一旦由選擇符確定了段, 有效地址相對於段的基地址開始算。 比如由選擇符1A7選擇的數據段, 其基地址是400000, 把1A7 裝入DS中, 就確定使用該數據段。 DS:0 就指向線性地址400000。 DS:1F5278 就指向線性地址5E5278。 我們在一般情況下, 看不到也不需要看到段的起始地址, 只需要關心在該段中的有效地址就行了。 在32位系統中, 有效地址也是由32位數字表示, 就是說, 只要有一個段就足以涵蓋4GB線性地址空間, 為什麼還要有不同的段選擇符呢? 正如前面所說的, 這是為了對數據進行不同性質的訪問。 非法的訪問將產生異常中斷, 而這正是保護模式的核心內容, 是構造優先級和多任務系統的基礎。 這裡有涉及到很多深層的東西, 初學者先可不必理會。
有效地址的計算方式是: 基址+間址*比例因子+偏移量。 這些量都是指段內的相對於段起始地址的量度, 和段的起始地址沒有關系。 比如, 基址=100000, 間址=400, 比例因子=4, 偏移量=20000, 則有效地址為:
100000+400*4+20000=100000+1000+20000=121000。 對應的線性地址是400000+121000=521000。 (注意, 都是十六進制數)。
基址可以放在任何32位通用寄存器中, 間址也可以放在除ESP外的任何一個通用寄存器中。 比例因子可以是1, 2, 4 或8。 偏移量是立即數。 如: [EBP+EDX*8+200]就是一個有效的有效地址表達式。 當然, 多數情況下用不著這麼復雜, 間址,比例因子和偏移量不一定要出現。
內存的基本單位是字節(BYTE)。 每個字節是8個二進制位, 所以每個字節能表示的最大的數是11111111, 即十進制的255。 一般來說, 用十六進制比較方便, 因為每4個二進制位剛好等於1個十六進制位, 11111111b = 0xFF。 內存中的字節是連續存放的, 兩個字節構成一個字(WORD), 兩個字構成一個雙字(DWORD)。 在INTEL架構中, 采用small endian格式, 即在內存中,高位字節在低位字節後面。 舉例說明:十六進制數803E7D0C, 每兩位是一個字節, 在內存中的形式是: 0C 7D 3E 80。 在32位寄存器中則是正常形式,如在EAX就是803E7D0C。 當我們的形式地址指向這個數的時候,實際上是指向第一個字節,即0C。 我們可以指定訪問長度是字節, 字或者雙字。 假設DS:[EDX]指向第一個字節0C:
mov AL, byte ptr DS:[EDX] ;把字節0C存入AL
mov AX, word ptr DS:[EDX] ;把字7D0C存入AX
mov EAX, dword ptr DS:[EDX] ;把雙字803E7D0C存入EAX
在段的屬性中,有一個就是缺省訪問寬度。如果缺省訪問寬度為雙字(在32位系統中經常如此),那麼要進行字節或字的訪問,就必須用byte/word ptr顯式地指明。
缺省段選擇:如果指令中只有作為段內偏移的有效地址,而沒有指明在哪一個段裡的時候,有如下規則:
如果用ebp和esp作為基址或間址,則認為是在SS確定的段中;
其他情況,都認為是在DS確定的段中。
如果想打破這個規則,就必須使用段超越前綴。舉例如下:
mov eax, dword ptr [edx] ;缺省使用DS,把DS:[EDX]指向的雙字送入eax
mov ebx, dword ptr ES:[EDX] ;使用ES:段超越前綴,把ES:[EDX]指向的雙字送入ebx
堆棧:
堆棧是一種數據結構,嚴格地應該叫做“棧”。“堆”是另一種類似但不同的結構。SS 和 ESP 是INTEL對棧這種數據結構的硬件支持。push/pop指令是專門針對棧結構的特定操作。SS指定一個段為棧段,ESP則指出當前的棧頂。push xxx 指令作如下操作:
把ESP的值減去4;
把xxx存入SS:[ESP]指向的內存單元。
這樣,esp的值減小了4,並且SS:[ESP]指向新壓入的xxx。 所以棧是“倒著長”的,從高地址向低地址方向擴展。pop yyy 指令做相反的操作,把SS:[ESP]指向的雙字送到yyy指定的寄存器或內存單元,然後把esp的值加上4。這時,認為該值已被彈出,不再在棧上了,因為它雖然還暫時存在在原來的棧頂位置,但下一個push操作就會把它覆蓋。因此,在棧段中地址低於esp的內存單元中的數據均被認為是未定義的。
最後,有一個要注意的事實是,匯編語言是面向機器的,指令和機器碼基本上是一一對應的,所以它們的實現取決於硬件。有些看似合理的指令實際上是不存在的,比如:
mov DS:[edx], ds:[ecx] ;內存單元之間不能直接傳送
mov DS, 1A7 ;段寄存器不能直接由立即數賦值
mov EIP, 3D4E7 ;不能對指令指針直接操作。