CSAPP-20210902

博主：枫亚
发布时间：2021 年 09 月 02 日
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分类： CSAPP

# 范围

P34-P60

# 笔记

## 1 C语言 字符串的用法

### 初始化

字符串：可以以字符数组表达，也可以以字符指针表达。

直接进行数组值初始化（初始化内容长度可以小于数组长度），将数据填入字符数组中。

```C
char text1[6] = {'H', 'E', 'L', 'L', 'O','\0'};
char text2[5] = {'H', 'E', 'L', 'L', 'O'};          // 可以通过这样的方式避免""符号自动加\0
char text3[6] = "HEL";                              // 初始化值可以小于数组长度
char text4[]  = "HELLO";
char text5[6] = "HELLO";                            // 这句与上句等效
char *text6   = "HELLO";                            // 此句与上句不等效
char *text7   = {'H', 'E', 'L', 'L', 'O'};          // 此句非法，无法将int数组隐式转换为char*
```

text5为`char[6]`，为栈中的一段内存（若为局部变量），此处"HELLO"作为立即数1280066888直接被move写入这段内存中。

text6为`char*`，数据段中存储字符串HELLO，将HELLO的地址赋给text6指针。

### 修改值

```C
text1[3] = '0';                                     // 字符数组只能对其中单个元素进行操作
text1[6] = '0';                                     // 手动将\0替换为'0'
printf("%s", text6);                                // 对于char[]，printf会以size为准，不会越界

*text6   = "HELLOOOOOOOOOOOOO";                     // 此句合法，字符串指针描述的字符串可以缩放
text6    = & "ABCDEFG";                             // 此句合法，但是会报warning：
                                                    //   等号右侧为char(*)[8]，左侧为char *。现在text6为"ABCDEFG\0"。
text6[7] = '0'                                      // 手动将\0替换为'0'
printf("%s", text6);                                // 段错误（核心已转储），由于text6中没有\0所以会不停地读取，内存越界了。
```

### 编译器行为

见注释。（都写在注释里了）

```C
char text1[6] = {'H', 'E', 'L', 'L', '1','\0'};
char text2[6] = "HELL2";
char * text3 = "HELL3";

int main()
{
    char text4[6] = {'H', 'E', 'L', 'L', '4','\0'};
    char text5[6] = "HELL5";
    char * text6 = "HELL6";
    text1[0] = '0';
    text2[0] = '0';
    text3[0] = '0';
    text4[0] = '0';
    text5[0] = '0';
    text6[0] = '0';
}
```

以下是经过注释的gcc汇编代码（未打开编译器优化）：

```python
	.file	"string.c"

.text								# 又称code segment，包含可执行程序（即本程序）

# text1
	.globl	text1
	.data								# data段（存储经初始化的全局变量）
	.type	text1, @object
	.size	text1, 6
text1:
	.string	"HELL1"
	
# text2
	.globl	text2
	.type	text2, @object
	.size	text2, 6
text2:
	.string	"HELL2"

# text3
	.globl	text3
	.section	.rodata
.LC0:
	.string	"HELL3"
	.section	.data.rel.local,"aw"
	.align 8
	.type	text3, @object
	.size	text3, 8
text3:
	.quad	.LC0

# text6
	.section	.rodata
.LC1:
	.string	"HELL6"

.text
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	endbr64
	pushq	%rbp								# 压栈（R[rsp]-=4, M[R[rsp]] = R[rbp]），调用者的帧指针（rbp）入栈保护。rsp是堆栈指针寄存器，指向栈顶（低）位置（栈向低内存区扩张）
	.cfi_def_cfa_offset 16						# CFI指令调试用，不生成代码
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp							# 将当前函数栈指针（栈顶）写入帧指针中
	.cfi_def_cfa_register 6
	subq	$32, %rsp
	movq	%fs:40, %rax
	movq	%rax, -8(%rbp)
	xorl	%eax, %eax

# text4
	movl	$1280066888, -20(%rbp)				# 立即数寻值，小端法将1280066888（LLEH）存入rbp寄存器存有的内存地址-20中
	movw	$52, -16(%rbp)						# 将0x34，即'4'存在-16中
	# text5
	movl	$1280066888, -14(%rbp)				# 立即数寻值，小端法将1280066888（LLEH）存入rbp寄存器存有的内存地址-14中
	movw	$53, -10(%rbp)						# 将0x35，即'5'存在-10中
	# text6
	leaq	.LC1(%rip), %rax					# 括号取出rip寄存器中存有的地址，LC1为偏移量，.LC1(%rip)找到LC1。
												# leaq效果为“右=&(左)”，将LC1字符串所在的地址存在rax寄存器中，
	movq	%rax, -32(%rbp)						# 再将rax寄存器中存放的地址存到rbp-32变量（指针）中

# text1[0] = '0';
	movb	$48, text1(%rip)
	# text2[0] = '0';
	movb	$48, text2(%rip)
	# text3[0] = '0';
	movq	text3(%rip), %rax
	movb	$48, (%rax)
	# text4[0] = '0';
	movb	$48, -20(%rbp)
	# text5[0] = '0';
	movb	$48, -14(%rbp)
	# text6[0] = '0';
	movq	-32(%rbp), %rax						# 从指针（变量区rbp-32）中取出指向的地址，存至rax寄存器中
	movb	$48, (%rax)							# 将'0'存入rax寄存器中存有的地址中（即text6[0]的地址中）

movl	$0, %eax
	movq	-8(%rbp), %rdx
	xorq	%fs:40, %rdx
	je	.L3
	call	__stack_chk_fail@PLT
.L3:
	leave
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	main, .-main
	.ident	"GCC: (Ubuntu 9.3.0-17ubuntu1~20.04) 9.3.0"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits
	.section	.note.gnu.property,"a"
	.align 8
	.long	 1f - 0f
	.long	 4f - 1f
	.long	 5
0:
	.string	 "GNU"
1:
	.align 8
	.long	 0xc0000002
	.long	 3f - 2f
2:
	.long	 0x3
3:
	.align 8
4:

```

## 2 一些基础的汇编知识

### AT&T 汇编指令

[AT&T汇编指令](https://www.cnblogs.com/jokerjason/p/9578646.html)：gcc输出的GAS(GNU Assembler)汇编代码符合AT&T汇编指令，里面有各种常见操作解释说明，供参考。

[linux汇编知识总结(GAS和NASM汇编)](https://blog.csdn.net/luhao19980909/article/details/103691295)：与上文类似，包含GAS与NASM的使用方法与区别。

[x64 cheatsheet](https://cs.brown.edu/courses/cs033/docs/guides/x64_cheatsheet.pdf)：比较好用的cheatsheet，功能和上文类似

### 数据段

[linux数据段文档](https://refspecs.linuxbase.org/LSB_3.1.1/LSB-Core-generic/LSB-Core-generic/specialsections.html)

[Linux段管理，BSS段，data段，.rodata段，text段](https://blog.csdn.net/wdxin1322/article/details/40512071)

[Data segment - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Data_segment)

### 栈指针与帧指针 函数调用

> 帧指针使得访问函数的参数很容易。所以任何函数调用进来的第一件事都是保护调用者的帧指针，以使得返回时可以恢复调用者的帧指针，
> 
> 即 
> 
> `pushl %ebp`
> 
> `movl %esp  %ebp`
> 
> 有了上面这两个命令，函数就可返回了，返回时只要
> 
> `leave`  
> 
> 或  
> 
> `movl %ebp &esp`
> 
> `popl  %ebp`
> 
> ————————————————
> 
> 版权声明：此段为CSDN博主「Wanderer001」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
> 
> 原文链接：[栈指针&& 帧指针详解](https://blog.csdn.net/weixin_36670529/article/details/102320641)

![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/MapleWithered/img-storehouse@latest/picgo/img-2021-09-02-22-51-02.png)

图片转自这篇文章：[x86-64 下函数调用及栈帧原理](https://zhuanlan.zhihu.com/p/27339191)

上面这个链接详细讲述了函数调用的栈帧原理，是顶级好文明，建议通读。

### x86-64常见寄存器说明

16个通用寄存器：

![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/MapleWithered/img-storehouse@latest/picgo/img-2021-09-02-22-48-11.png)

1. 每个寄存器的用途并不是单一的。
1. %rax 通常用于存储函数调用的返回结果，同时也用于乘法和除法指令中。在imul 指令中，两个64位的乘法最多会产生128位的结果，需要 %rax 与 %rdx 共同存储乘法结果，在div 指令中被除数是128 位的，同样需要%rax 与 %rdx 共同存储被除数。
1. %rsp 是堆栈指针寄存器，通常会指向栈顶位置，堆栈的 pop 和push 操作就是通过改变 %rsp 的值即移动堆栈指针的位置来实现的。
1. %rbp 是栈帧指针，用于标识当前栈帧的起始位置
1. %rdi, %rsi, %rdx, %rcx,%r8, %r9 六个寄存器用于存储函数调用时的6个参数（如果有6个或6个以上参数的话）。
1. 被标识为 “miscellaneous registers” 的寄存器，属于通用性更为广泛的寄存器，编译器或汇编程序可以根据需要存储任何数据。

转自：[x86-64 下函数调用及栈帧原理](https://zhuanlan.zhihu.com/p/27339191)

## 3 extern关键字与头文件之间的区别和联系

[extern 与头文件(*.h)的区别和联系](https://www.runoob.com/w3cnote/extern-head-h-different.html)

## 4 C语言中的位运算

布尔运算|对&有分配律，`a|(b&c)=(a|b)&(a|c)`

布尔运算&对|有分配律，`a&(b|c)=(a&b)|(a&c)`

^(XOR)运算中，每个元素的逆元是它本身，即`a^a=0`

## 5 逻辑运算符

如果对第一个参数求值就能确定表达式的结果，那么逻辑运算符就不会对第二个参数求值。

`0&&(5/0) = 0(False)`

## 6 移位运算

左移：从左往右算，即`a<<b<<c=(a<<b)<<c`

右移：逻辑右移（补0），算数右移（补原数据最高位值）

无符号数必须逻辑右移，有符号数一般算数右移

## 7 强制类型转换

### 整数 无符号 <-> 有符号

同样字长的有符号数与无符号数之间强制类型转换，位值不变，改变了解释这些位的方式。

创建一个无符号常落，必须加上U或u。

e.g. `12345U` 或`0x1A2bu`

### 整数 扩大范围

无符号数扩大范围时直接左边补0

有符号数扩大范围时左边补原数据最高有效位(bit)的值

### 整数 缩小范围

截断：直接裁掉

## 问题

1. 感觉看了半天 最大的感受就是“永远不要用unsigned”，不过JeffQean说OI里经常有必要要用，这么一想，oi确实……时空的较量。

最后修改：2021 年 09 月 02 日

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潜龙于渊
完美解决问题！感谢大佬！
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感谢，配置成功
WetABQ
啊这（那可能，可能... 可能不是吧我是因为 Gyrojeff...
WetABQ
ADHD 大概率下是被迫的，几乎任何情况下都无法集中精力「对于...

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枫亚 • 2021 年 09 月 02 日

# 范围

P34-P60

# 笔记

## 1 C语言 字符串的用法

### 初始化

字符串：可以以字符数组表达，也可以以字符指针表达。

直接进行数组值初始化（初始化内容长度可以小于数组长度），将数据填入字符数组中。

text5为`char[6]`，为栈中的一段内存（若为局部变量），此处"HELLO"作为立即数1280066888直接被move写入这段内存中。

text6为`char*`，数据段中存储字符串HELLO，将HELLO的地址赋给text6指针。

### 修改值

### 编译器行为

见注释。（都写在注释里了）

```C
char text1[6] = {'H', 'E', 'L', 'L', '1','\0'};
char text2[6] = "HELL2";
char * text3 = "HELL3";

以下是经过注释的gcc汇编代码（未打开编译器优化）：

```python
	.file	"string.c"

.text								# 又称code segment，包含可执行程序（即本程序）

# text3
	.globl	text3
	.section	.rodata
.LC0:
	.string	"HELL3"
	.section	.data.rel.local,"aw"
	.align 8
	.type	text3, @object
	.size	text3, 8
text3:
	.quad	.LC0

# text6
	.section	.rodata
.LC1:
	.string	"HELL6"

```

## 2 一些基础的汇编知识

### AT&T 汇编指令

[AT&T汇编指令](https://www.cnblogs.com/jokerjason/p/9578646.html)：gcc输出的GAS(GNU Assembler)汇编代码符合AT&T汇编指令，里面有各种常见操作解释说明，供参考。

[linux汇编知识总结(GAS和NASM汇编)](https://blog.csdn.net/luhao19980909/article/details/103691295)：与上文类似，包含GAS与NASM的使用方法与区别。

[x64 cheatsheet](https://cs.brown.edu/courses/cs033/docs/guides/x64_cheatsheet.pdf)：比较好用的cheatsheet，功能和上文类似

### 数据段

[linux数据段文档](https://refspecs.linuxbase.org/LSB_3.1.1/LSB-Core-generic/LSB-Core-generic/specialsections.html)

[Linux段管理，BSS段，data段，.rodata段，text段](https://blog.csdn.net/wdxin1322/article/details/40512071)

[Data segment - Wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Data_segment)

### 栈指针与帧指针 函数调用

![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/MapleWithered/img-storehouse@latest/picgo/img-2021-09-02-22-51-02.png)

图片转自这篇文章：[x86-64 下函数调用及栈帧原理](https://zhuanlan.zhihu.com/p/27339191)

上面这个链接详细讲述了函数调用的栈帧原理，是顶级好文明，建议通读。

### x86-64常见寄存器说明

16个通用寄存器：

![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/MapleWithered/img-storehouse@latest/picgo/img-2021-09-02-22-48-11.png)

转自：[x86-64 下函数调用及栈帧原理](https://zhuanlan.zhihu.com/p/27339191)

## 3 extern关键字与头文件之间的区别和联系

[extern 与头文件(*.h)的区别和联系](https://www.runoob.com/w3cnote/extern-head-h-different.html)

## 4 C语言中的位运算

布尔运算|对&有分配律，`a|(b&c)=(a|b)&(a|c)`

布尔运算&对|有分配律，`a&(b|c)=(a&b)|(a&c)`

^(XOR)运算中，每个元素的逆元是它本身，即`a^a=0`

## 5 逻辑运算符

如果对第一个参数求值就能确定表达式的结果，那么逻辑运算符就不会对第二个参数求值。

`0&&(5/0) = 0(False)`

## 6 移位运算

左移：从左往右算，即`a<<b<<c=(a<<b)<<c`

右移：逻辑右移（补0），算数右移（补原数据最高位值）

无符号数必须逻辑右移，有符号数一般算数右移

## 7 强制类型转换

### 整数 无符号 <-> 有符号

同样字长的有符号数与无符号数之间强制类型转换，位值不变，改变了解释这些位的方式。

创建一个无符号常落，必须加上U或u。

e.g. `12345U` 或`0x1A2bu`

### 整数 扩大范围

无符号数扩大范围时直接左边补0

有符号数扩大范围时左边补原数据最高有效位(bit)的值

### 整数 缩小范围

截断：直接裁掉

## 问题

1. 感觉看了半天 最大的感受就是“永远不要用unsigned”，不过JeffQean说OI里经常有必要要用，这么一想，oi确实……时空的较量。

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