计算机执行机器代码，用字节序列编码低级的操作，包括处理数据、管理内存、读写存储设备上的数据，以及利用网络通信。编译器基于编程语言的规则、目标机器的指令集和操作系统遵循的惯例，经过一系列阶段生成机器代码。
在本章中，我们将详细学习一种特别的汇编语言，了解如何将 C 程序编译成这种形式的机器代码。阅读编译器产生的汇编代码，需要具备的技能不同于手工编写汇编代码，我们必须了解典型的编译器在将 C 程序结构变换成机器代码时所做的转换。相对于 C 代码表示的计算操作，优化编译器能够重新排列执行顺序，消除不必要的计算，用快速操作替换慢速操作，甚至将递归计算变换成迭代计算。但是源代码与对应的汇编代码的对应关系通常不太容易理解，因为这是一种逆向工程（reverse engineering）-通过研究系统和逆向工作。
本章内容会涉及到 x86-64 汇编级指令代码。
1，历史观点
Intel 处理器系列俗称 x86，经历了一个长期的、不断进化的发展过程。
2，程序编码
Linux 系统默认的编译器时 GCC C 编译器。编译器选项 -Og 会指示编译器使用会生成符合原始 C 代码整体结构的机器代码的优化等级，通常使用 -O1 或 -O2 选项。
x86-64 的机器代码和原始的 C 代码差别非常大，一些通常对 C 语言程序员隐藏的处理器状态都是可见的:
- 程序计数器（PC，在 x86-64 中用
%rip表示）给出将要执行的下一条指令在内存中的地址。 - 整数寄存器文件包含 16 个命名的位置，分别存储 64 位的值。这些寄存器可以存储地址（对应于C 语言的指针）或整数数据。有的寄存器被用来记录默写重要的程序状态，有的寄存器保存临时数据，如过程的参数和局部变量，以及函数的返回值。
- 条件码寄存器保存着最近执行的算术或逻辑指令的状态信息。它们用来实现控制或数据流中的条件变化，如用来实现 if 和 else 语句。
- 一组向量寄存器可以存放一个或多个整数或浮点数值。
3，数据格式
C 语言数据类型在 x86-64 中的大小。
浮点数主要有两种形式：单精度（4 字节）值，对应于 C 语言数据类型 float，双精度（8 字节）值，对应于 C 语言数据类型 double。如上图所示，大多数 GCC 生成的汇编代码指令都有一个字符的后缀，表明操作数的大小，例如，数据传送指令有四个变种: movb（传送字节）、movw（传送字）、movl（传送双字）和movq（传送四字）。
4，访问信息指令
一个 x86-64 的中央处理单元（CPU）包含一组 16 个存储 64 位值的通用目的寄存器，这些寄存器用来存储整数数据和指针。下图显示了这 16 个寄存器，它们的名字都以 %r 开头，后面还跟着一些不同的命名规则的名字。最初的 8086 中有 8 个 16 位的寄存器，即图 3-2 中的 %ax 到 %bp，每个寄存器都有特殊的用途，它们的名字就反映了这些不同的用途。拓展到 IA32 架构时，这些寄存器也拓展成 32 位寄存器，标号从 %eax 到 %ebp。拓展到 x86-64 后，用来的 8 个寄存器拓展成 64 位，标号从 %rax 到 %rbp，除此之外，还增加了 8 个寄存器，标号从 %r8 到 %r15。
4.1，操作数指示符
大多数指令有一个或多个操作数（operand），指示出执行一个操作中要使用的源数据值，以及防止结果的目的位置。不同操作数被分为三种类型。
- 立即数（
immediate），用来表示常数值。 - 寄存器（
register） - 内存引用: 它会根据计算出来的地址访问某个内存位置。
如图 3-3 所示，有多重不同的寻址模式，允许不同形式的内存引用。
4.2，数据传送指令
最频繁使用的指令是将数据从一个位置复制到另一个位置的指令。图 3-4 列出的最简单形式的数据传送指令-MOV 类: 把数据从源位置复制到目的位置，不做任何变化。
简单的数据传送指令示例代码如下。（记住，第一个是源操作数，第二个是目的操作数）
4.3，数据传送示例
4.4，压入和弹出数据
栈和队列都是一种"操作受限"的线性表（逻辑结构），只允许在一端插入和删除数据；栈的特性是先进后出，队列是先进先出。栈在处理函数调用过程中很重要，通过 push 指令把数据压入栈中，通过 pop 指令删除数据。
栈可以可以通过数组实现，总是从数组的一端插入和删除元素，这一端称为栈顶，栈顶元素的地址是所有栈中元素地址中最低的，栈指针 %rsp 保存着站定元素的地址。入栈和出栈汇编指令描述如下，栈操作指令都只有一个操作数-压入的数据源和弹出的栈顶数据。
将一个四字值压入栈中，分为两步，首先先将栈指针减 8，然后将值写到新的栈顶地址，因此 pushq 指令等价于下面两条指令:
subq $8,%rsp Decrement stack pointer
moq %rbp,(%rsp)
5，算术和逻辑操作指令
图 3-10 列出了 x86-64 的一些整数和逻辑操作。和访问信息指令一样，算术和逻辑操作指令类也有各种带不同大小操作数的变种。例如，指令类 ADD 由四条加法指令组成: addb、addw、addl 和 addq，分别是字节加法、字加法、双字加法和四字加法。算术和逻辑操作指令分为四组：加载有效地址、一元操作、二元操作和移位。二元操作数有两个操作数，而一元操作数有一个操作数。
5.1，加载有效地址
加载有效地址（load effective address）指令 leaq 实际上是 movq 指令的变形。leaq 指令可以简洁地描述普通的算术操作，如果寄存器 %rdx 的值为 x，那么指令 leaq 7(%rdx, %rdx, 4),%rax 将设置寄存器 %rax 的值为 5x+7。目的操作数必须是一个寄存器。
5.2，一元和二元操作
对于二元操作指令，第一个操作数可以是立即数、寄存器或内存位置，第二个操作可以是寄存器或内存位置。
5.3，移位操作
移位操作指令，先给出移位量，第二项给出要移位的数，移位量可以是立即数，或者在单字节寄存器 %cl 中，移位量是由 %c1 寄存器的低 m 位决定的。例如当寄存器 %c1 的十六进制位 0xFF 时，指令 salb 会移 7 位，salw 会移 15 位，sall 会移 31 位，salq 会移 63 位。
5.4，总结
6，控制指令
前面的两类指令都是直线代码行为，也就是指令一条接着一条顺序地执行。C 语言中的某些结构，比如条件语句、循环语句和分支语句，要求有条件的执行，根据数据测试的结果来决定操作执行的顺序。
6.1，条件码
除了整数寄存器，CPU 还维护着一组单个位的条件码（condition code）寄存器，它们描述了最近的算术或逻辑操作的属性，可以通过检测条件码寄存器来执行条件分支指令。最常用的条件码有：
CF： 进位标志。最近的操作使最高位产生了进位，可用来检查无符号操作的溢出。ZF: 零标志。最近的操作得出的结果为 0。SF: 符号标志位。最近的操作得到的结果为负数。OF: 溢出标志。最近的操作导致一个补码已出-正溢出或负溢出。
除了图 3-10 的整数算术操作指令会设置条件码，还有两类指令 CMP 和 TEST ，但它们只设置条件码而不改变任何其他寄存器。如下图 3-13 所示，CMP 指令根据两个操作数之差来设置条件码。
6.2，访问条件码
条件码通常不会直接读取，常使用方法有三种：
- 可以根据条件码的某种组合，将一个字节设置为 0 或者1。
- 可以有条件跳转到程序的某个其他的部分。
- 可以有条件地传送数据。