Go汇编语言

菲佣自有天收 發表於 2021-7-3 01:05:00

Go的汇编器继承自Plan9的汇编器，但与Plan9汇编器仍有很多不同之处。
Plan9并不是Go语言中特有的东西，而是指贝尔实验室中开发的一个操作系统。
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贝尔实验室九号项目（英语：Plan 9 from Bell Labs，常简称为Plan 9）是一个分布式操作系统，由贝尔实验室的计算科学研究中心在1980年代中期至2002年开发，以作为UNIX的后继者。它现在仍然被操作系统的研究者和爱好者开发使用。
</blockquote>
Go汇编并不是对底层机器的直接表示，相反，它是一种半抽象的汇编语言，是Go编译器的输出，并作为Go汇编器的输入，Go汇编器会将Go汇编表示的指令翻译成具体平台的机器码。所以使用Go汇编编写的程序，在编译完成后可能和原来并不相同。例如Go汇编的<code>MOV</code>指令，在编译完成后可能会变成清除指令或加载指令，再例如，在arm中，为了方便编写汇编，可能使用一条<code>DIV</code>或<code>MOD</code>指令来做算数操作，但实际上其对应的arm指令可能不止一条。另外，Go汇编也不是个独立的语言，无法独立使用，必须结合Go代码。Go汇编必须以Go包的方式组织，同时包中至少要有一个Go源文件用于指明当前包名等基本包信息。
Go使用Plan9汇编意在提供更好的跨平台特性，让汇编与机器无关，但是并没能实现。对于一些通用的，例如内存操作指令和过程调用指令，由于这些指令在许多平台上基本相同，所以可以进行抽象，但是对一些平台独有的指令，Go汇编却并不能进行抽象。
在命名上，Go汇编必须以CPU的体系结构作为文件名的后缀，如<code>_amd64</code>、<code>arm</code>等。（？）
在Go源码中，<code>src/cmd</code>目录下是一些与Go相关的命令实现，如<code>go fmt</code>、<code>go doc</code>等，而在<code>src/cmd/compile</code>目录下，便是Go编译器的实现。对于一个Go语言文件，可以使用该目录下的一些工具来查看生成的汇编。如可以使用下面的命令查看一个Go源文件生成的Go汇编。
<pre><code class="language-bash">$ GOOS=linux GOARCH=amd64 go tool compile -S main.go
或
$ go build -gcflags -S main.go
</code></pre>
要看最终生成的机器相关的汇编，可以使用<code>go tool objdump</code>：
<pre><code class="language-bash">$ go build -o a.out main.go
$ go tool objdump -s main.main a.out
</code></pre>
<h2 id="伪寄存器">伪寄存器</h2>
在Go汇编中，预定义了4个伪寄存器。它们并不是真正的寄存器，只是为了适配多平台而提供的一种抽象，会在生成机器码的时候映射到具体平台的真正的寄存器上：
<ul>
<li><code>FP</code>: Frame pointer</li>
<li><code>PC</code>: Program counter</li>
<li><code>SB</code>: Static base pointer</li>
<li><code>SP</code>: Stack pointer</li>
</ul>
FP寄存器是一个指向函数参数的栈帧指针，通常用FP加上一个偏移来访问函数的参数和返回值。例如用<code>0(FP)</code>访问第一个参数，<code>8(FP)</code>访问第二个参数（在64位机器上）。但是实际上以这种方式访问函数参数时，还需要再前面加上参数的名称：<code>first_arg+0(FP)</code>、<code>second_arg+8(FP)</code>，其中<code>+</code>并没有任何意义，只用作分隔符。
PC为程序计数器，指向当前程序的执行位置，在x86中它是<code>eip</code>或<code>rip</code>寄存器。
SB寄存器的作用是声明某个符号是内存中的一个地址，例如<code>foo(SB)</code>表示符号<code>foo</code>指代内存中的一个地址，类似x86汇编中的label。SB寄存器通常在全局函数或全局变量的命名中使用。如果在符号后边加一个<code><></code>，即<code>foo<>(SB)</code>，表示<code>foo</code>仅在当前文件中可见。SB还可以加上一个偏移使用，如<code>foo+4(SB)</code>表示从<code>foo</code>开始的第4个字节处。注意该处的<code>+</code>与FP的不同，该处确实有“加“的含义。
SP是栈指针，指向当前函数的栈帧，用来访问函数的局部变量或参数。在x86中它是<code>esp</code>或<code>rsp</code>
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所有用户定义的符号都会被写成SB和FP加偏移的形式。SP寄存器包含了FP的功能。其实在我看到的x86下的Go汇编中，编译器一般不使用FP寄存器，而是使用SP来访问局部变量和函数参数。
</blockquote>
<h2 id="函数与数据定义">函数与数据定义</h2>
Go汇编中，函数的定义和调用必须要包含包名，即使用<code>fmt.Printf</code>或<code>math/rand.Int</code>这种形式，但是在Go汇编中，一些符号有特殊的含义，例如<code>.</code>，所以不能使用这些符号。但是又中点<code>·</code>和除号<code>/</code>，所以可以写成 <code>fmt·Printf</code> 和 <code>math∕rand·Int</code>这种形式。在当前包中，为了简便，可以只写一个中点，而不必写完整的包名，如<code>·Int</code>，但是在某些复杂的情况下，必须要写成这种简便的形式。
与其他风格的汇编类似，Go汇编也需要为函数或数据指明它们所在的节，如TEXT节或DATA节。但是Go汇编在定义每个函数或变量时都要明确指定：
<pre><code>TEXT runtime·profileloop(SB),NOSPLIT,$8
MOVQ $runtime·profileloop1(SB), CX
MOVQ CX, 0(SP)
CALL runtime·externalthreadhandler(SB)
RET
</code></pre>
TEXT指令后面分别是函数名、函数标记（flags）和帧大小。通常情况下，帧大小后面跟着一个参数大小，并用负号分隔，如<code>$24-8</code>，其中帧大小为24，参数大小为8。由于这里使用了<code>NOSPLIT</code>标示，可以不提供参数大小。有时候函数没有栈帧，可以将帧大小设置为0。同样的，有些函数也没有参数和返回值，可以将参数大小设置为0。在函数的最后，必须是短跳转指令或<code>RET</code>指令，如果不是，Go链接器会在函数后面添加一个跳转到该函数自身的指令。
数据的定义可以使用DATA指令：
<pre><code>DATA symbol+offset(SB)/width, value
</code></pre>
其中<code>offset</code>为相对于<code>symbol</code>的偏移，<code>width</code>为数据宽度，<code>value</code>为数据的值。
<h2 id="go_asmh"><code>go_asm.h</code></h2>
在调用<code>go build</code>时，如果当前包下有<code>.s</code>文件，那么Go编译器会生成一个特殊的<code>go_asm.h</code>文件。该文件中使用<code>#define</code>定义了一些常量，其中包含了当前包中<code>const</code>的大部分定义、Go结构体的大小和字段偏移。
常量的形式为<code>const_name</code>，例如对于Go定义<code>const bufSize = 1024</code>，在Go汇编中可以使用<code>const_bufSize</code>来访问。
结构体大小的形式为<code>type_size</code>，结构体字段的偏移的形式为<code>type_field</code>。例如对于下面的结构体：
<pre><code>type reader struct {
buf byte
r int
}
</code></pre>
可以在Go汇编中使用<code>reader_size</code>获取该结构体的大小，使用<code>reader_buf</code>和<code>reader_r</code>访问该结构体的字段。
如果Go编译器在生成<code>go_asm.h</code>文件时出现命名冲突的话，将会触发”宏重定义“错误。
<hr>
关于更多Go汇编的介绍可以查看：
https://golang.org/doc/asm
https://chai2010.cn/advanced-go-programming-book/ch3-asm/readme.html
关于Plan9汇编器的详细语法可以查看：
http://doc.cat-v.org/plan_9/4th_edition/papers/asm 
来源：https://www.cnblogs.com/tcctw/p/14965412.html

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