DinS Written on 2018/5/2
关于汇编的基础知识见《汇编基础》。
这里我们讲解一个典型的函数，并详细分析其对应的汇编代码。如果读者完全理解了这部分的内容，就可以说了解了汇编的基本知识，一般而言对于写高级代码的开发者足够了。
先看看这个典型的函数是什么。
| void swap(int* px, int* py)
| {
| int t0 = *px;
| int t1 = *py;
| *px = t1;
| *py = t0;
| }
非常典型的swap，为了充分说明数值和地址，这里使用了指针来转换。这个函数会生成怎样的汇编代码呢？再详细讲解之前，让我们先来了解栈的知识。
我们知道C语言是一种函数调用函数的语言，核心是利用栈来实现。程序栈是各个函数运行实例的私有空间，函数变量与参数都存在栈中，那么程序是如何做到每个函数的栈互不影响的？一次完整的函数调用实质上就是程序栈的生长和销毁过程，具体是怎样进行的？
程序栈是一块内存区域，从高地址向低地址增长，“颠倒形式”。
寄存器%esp专门用于存储栈顶的地址，即栈顶指针。
栈无非是两种操作：push和pop
Push是压栈操作，语法pushl src。实际上进行了两步操作。第一步是从src取得数据并放入栈，如图所示。
栈增长了一块，但是注意根据约定%esp里必须指向栈顶，所以我们需要更新%esp。因为高地址在上，所以要把%esp向下移动一块，实际上是这样的操作%esp = %esp – 4。一块是4字节，这里以32位处理器为例。经过这样的操作后如图所示。
至此push操作结束。
Pop操作正相反，取出%esp所指地址，即栈顶的数据，然后将%esp向上拉一块，即%esp = %esp + 4。不画图了。
但是故事还没有结束，只这样是不足以调用一次函数的，函数的私有内容也要放到栈里，因此还有一个栈帧（stack frame）的概念。如图所示。
寄存器%ebp专门用于存储栈帧的起始地址，即栈帧指针。
可以这样理解：%ebp和%esp一头一尾卡出一片区域，这片区域就是一次函数调用所有内容的存放地点，即栈帧。因为栈帧的存在每一次函数调用都不会影响其他函数，只要调用其他函数就向下增长，更新%ebp和%esp；只要函数返回就向上缩，更新%ebp和%esp。
栈帧的内容因操作系统而异，以x86-32位Linux为例，栈的局部示意图如下。
这个局部有两个函数栈帧，%ebp和%esp卡出的区域是当前执行的函数栈帧。一旦当前函数执行完毕，%ebp和%esp会更新，然后卡出Caller的栈帧。
栈的知识终于讲完了，现在进入主题：swap函数的汇编代码
当我们调用swap函数时，比如swap(a,b);，汇编代码如下。（假设a和b是两个int指针，分别指向0x120和0x124，两块内存里的值分别是123和456）
对应三条指令，1和2条是压栈操作，用意是传递参数，默认规则是从右向左，最后一条call是将函数返回地址压栈。现在用示意图来展示这个过程。
因为C是函数调函数的所以调用swap时必然是在某个函数内部调用，于是栈里必然存在调用者栈帧，而且是%ebp和%esp卡出一头一尾。
执行完两个pushl后，栈向下增长2块，%esp指向栈顶。
Call实际上跟push没啥区别，就是压栈的是函数返回地址，这样处理器知道执行完后跳转到哪里继续执行。
接下来进入swap函数本身，汇编代码如下。
汇编代码就是这种感觉，看上去不知所云。
先看setup部分，一共三条指令
之后就是body部分了，swap的代码在这部分实现。粗略一看就是不停地在各个寄存器之间来还换，实际上也确实如此。看图。
执行完movl 12(%ebp), %ecx和movl 8(%ebp), %edx之后的情况。这两步的作用是将参数存入寄存器，参数的获得使用的是以%ebp为基址向上寻找若干块。
执行完movl (%ecx), %eax和movl (%edx), %ebx之后的情况。这两步即取出内存里真正的数值并放入寄存器中。实际上%eax就是t1，存储456；%ebx就是t0，存储123。
执行完movl %eax, (%edx)和movl %ebx, (%ecx)之后的情况，从寄存器和栈里面看不出变化。这两步是将%eax里存储的456覆盖到(%edx)，即内存里地址为0x120对应到456，同理0x124对应到123。实现了swap。
最后是finish部分，即函数如何返回。
第一条movl -4(%ebp), %ebx的用意是恢复%ebx为原来的值。从%ebp开始往下走一块存的是Old %ebx，即setup时备份的值，现在把它放入%ebx即复原。接下来的两步操作看图。
至此该swap的善后工作已经结束，调用ret指令即返回到caller处调用swap后的下一句，然后继续执行即可。
最后的问题是为什么要备份%ebx？因为swap过程中要修改%ebx的值，可能跟父函数有冲突，所以提前备份以便还原。进一步的问题是swap过程同样修改了%eax、%ecx、%edx，为什么只备份%ebx？这个跟寄存器使用惯例有关，某些是调用者负责的，某些是被调用者负责的。这个太具体就不说了。看汇编代码时如果发现了某些跟高级语言对应不上的内容，很可能跟寄存器使用本身有关。
如果读者完全理解了这个swap过程对应的汇编代码，那么恭喜，对一个普通程序员而言足矣。
下面再说一下x86-64位处理器的函数调用。
因为寄存器多了一倍，所以x64优先使用寄存器传参，只要参数个数小于等于6个就可以不使用栈。另外将%rbp(原%ebp)解放，不再当做栈帧指针使用，只有%rsp(原%esp)做栈顶指针。
比如同样上述的swap函数，在64位处理器下生成的汇编代码如下。
整个过程无需传参，也没有了栈，效率自然提高。而且看上去跟高级语言的代码更接近。
换言之x64程序运行快不光是因为寄存器数量增多，跟汇编代码优化也有直接关系。