assembly-x86

x86-64 汇编

用途

指导 Agent 学习 x86-64 汇编：阅读编译器输出、理解 ABI、编写内联汇编以及掌握常见模式。

触发语句

• “如何阅读 GCC 生成的汇编？”
• “x86-64 有哪些寄存器？”
• “Linux/macOS 上的调用约定是什么？”
• “如何在 C 中编写内联汇编？”
• “如何使用 SSE/AVX 内建函数？”
• “这段汇编用了 %rsp / %rbp——是什么意思？”

工作流

1. 生成并阅读汇编

# AT&T syntax (GCC default)
gcc -S -O2 -fverbose-asm foo.c -o foo.s

# Intel syntax
gcc -S -masm=intel -O2 foo.c -o foo.s

# From GDB
(gdb) disassemble /s main    # with source
(gdb) x/20i $rip

# From objdump
objdump -d -M intel -S prog  # Intel + source (needs -g)

2. x86-64 寄存器

64 位	32 位	16 位	高 8 位	低 8 位	用途
%rax	%eax	%ax	%ah	%al	返回值 / 累加器
%rbx	%ebx	%bx	%bh	%bl	被调用者保存
%rcx	%ecx	%cx	%ch	%cl	第 4 个参数 / 计数
%rdx	%edx	%dx	%dh	%dl	第 3 个参数 / 第 2 个返回值
%rsi	%esi	%si	—	%sil	第 2 个参数
%rdi	%edi	%di	—	%dil	第 1 个参数
%rbp	%ebp	%bp	—	%bpl	帧指针（被调用者保存）
%rsp	%esp	%sp	—	%spl	栈指针
%r8–%r11	%r8d–%r11d	%r8w–%r11w	—	%r8b–%r11b	第 5–8 个参数 / 调用者保存
%r12–%r15	%r12d–%r15d	%r12w–%r15w	—	%r12b–%r15b	被调用者保存
%rip					指令指针
%rflags	%eflags				状态标志
%xmm0–%xmm7					浮点/SIMD 参数和返回值
%xmm8–%xmm15					调用者保存的 SIMD 寄存器
%ymm0–%ymm15					AVX 256 位
%zmm0–%zmm31					AVX-512 512 位

3. System V AMD64 ABI（Linux、macOS、FreeBSD）

整数/指针参数寄存器（按顺序）： %rdi, %rsi, %rdx, %rcx, %r8, %r9

浮点参数寄存器： %xmm0–%xmm7

返回值：

• 整数：%rax（低位），%rdx（若为 128 位，则存放高位）
• 浮点数：%xmm0（低位），%xmm1（高位）

调用者保存（临时）： %rax, %rcx, %rdx, %rsi, %rdi, %r8–%r11, %xmm0–%xmm15

被调用者保存（必须保留）： %rbx, %rbp, %r12–%r15

栈： 调用 call 前按 16 字节对齐；call 会压入 8 字节，因此在函数序言执行后，函数入口处的栈按 16 字节对齐。

红区： 叶函数可以使用 %rsp 以下的 128 字节，而无需调整 %rsp。内核/信号处理程序中不可用。

4. 常见指令模式

模式	含义
mov %rdi, %rax	将 rdi 复制到 rax
mov (%rdi), %rax	从 rdi 中的地址加载 8 字节
mov %rax, 8(%rdi)	将 rax 存储到 rdi+8
lea 8(%rdi), %rax	将有效地址 rdi+8 加载到 rax（不访问内存）
push %rbx	压入 rbx；rsp -= 8
pop %rbx	弹出到 rbx；rsp += 8
call foo	压入返回地址；跳转到 foo
ret	弹出返回地址；跳转到该地址
xor %eax, %eax	将 rax 清零（编码比 mov $0, %rax 更短）
test %rax, %rax	若 rax == 0，则设置 ZF（比 cmp $0, %rax 更高效）
cmp $5, %rdi	根据 rdi - 5 设置标志
jl label	若有符号数小于，则跳转

5. AT&T 与 Intel 语法

特征	AT&T	Intel
操作数顺序	源，目标	目标，源
寄存器前缀	%rax	rax
立即数前缀	$42	42
内存操作数	8(%rdi)	[rdi+8]
大小后缀	movl、movq	—（自动推断）

GCC 默认输出 AT&T 语法。使用 -masm=intel 可指定 Intel 语法。

6. 内联汇编（GCC 扩展 asm）

// Basic: increment a register
int x = 5;
__asm__ volatile (
    "incl %0"
    : "=r"(x)   // outputs: =r means write-only register
    : "0"(x)    // inputs: 0 means same as output 0
    : // clobbers: none
);

// CPUID example
uint32_t eax, ebx, ecx, edx;
__asm__ volatile (
    "cpuid"
    : "=a"(eax), "=b"(ebx), "=c"(ecx), "=d"(edx)
    : "a"(1)    // input: leaf 1
);

// Atomic increment
static inline int atomic_inc(volatile int *p) {
    int ret;
    __asm__ volatile (
        "lock; xaddl %0, %1"
        : "=r"(ret), "+m"(*p)
        : "0"(1)
        : "memory"
    );
    return ret + 1;
}

约束代码：

• "r" — 任意通用寄存器
• "m" — 内存操作数
• "i" — 整数立即数
• "a"、"b"、"c"、"d" — 指定寄存器（%rax、%rbx、%rcx、%rdx）
• "=" 前缀 — 输出（只写）
• "+" 前缀 — 读写
• "memory" clobber — 告知编译器内存可能被修改（屏障）

7. SSE/AVX 内置函数（优先于内联汇编）

#include <immintrin.h>   // includes all x86 SIMD headers

// Add 8 floats at once with AVX
__m256 a = _mm256_loadu_ps(arr_a);   // load 8 floats (unaligned)
__m256 b = _mm256_loadu_ps(arr_b);
__m256 c = _mm256_add_ps(a, b);
_mm256_storeu_ps(result, c);

在编译时检查 CPU 支持：-mavx2 或 -march=native。 在运行时检查：__builtin_cpu_supports("avx2")。

有关完整的寄存器和指令参考，请参阅 references/reference.md。

相关技能

• 使用 skills/low-level-programming/assembly-arm 处理 AArch64/ARM 汇编
• 使用 skills/compilers/gcc 了解 -S -masm=intel 标志的详细信息
• 使用 skills/debuggers/gdb 单步调试汇编（si、ni、x/i）