asmbf: 一个汇编 brainfuck 解释器的实现

前几天写了一个小玩具，asmbf，用纯汇编 做了一个 brainfuck 解释器，这里总结一下过程里遇到的一些坑。

x86-64 还是 amd64

在一个技术群里差点和一位吵起来，当年 Intel 力推 IA-64 的时候，AMD 推出了 兼容原 x86 架构的 amd64 架构，依靠兼容性干倒了 IA-64，于是从此 兼容 x86 架构的 amd64 （Intel 称之为 x86-64）成为了现行主流架构

系统调用

在 x86_64 Call Convention 中，Linux 系统调用传参方式和用户空间函数 传参方式使用的寄存器是不同的，后者与本文无关不加赘述。

进行系统调用时，我们使用 syscall 指令陷入内核，此时按照此顺序传递参数

%rdi, %rsi, %rdx, %r10, %r8, %r9

%rax 中存放系统调用号，详见本文末附表

汇编

（描述编译汇编程序的过程用汇编 (assemble) 更合适）

代码是纯 AT&T 汇编（也叫 GAS 汇编）开始我用 as 直接编译代码， 然而 as 生成的代码仍需要链接，同时无法使用宏（简单的常量定义可以使用 .equ 伪指令），最后使用了 gcc 进行编译

作为纯汇编程序，我不使用任何标准库，又因为我用的程序结构自行定义了 _start 作为入口，-nostdlib 被用来禁用标准库。

这种汇编代码没办法编译为运行时地址无关的目标文件，所以要用 -no-pie 让 gcc 闭嘴

文件命名使用了 .S 作为后缀，用来指示 gcc 对其调用 C 预处理器

最后使用的指令类似

gcc asmbf.S -o asmbf -nostdlib -no-pie

代码结构

    .global		_start		// 导出 _start 符号
    .code				// 唯一代码段
_start:					// 代码入口点
    /*	...	*/
    movq		$60,		%rax
    movq		$0,		%rdi
    syscall				// 60 号系统调用，结束程序

    .data				// 唯一数据段
msg:	.asciz		"Hello"

调试

gdb 是个好东西，甚至可以拿来调汇编代码。

在编译时打开 -g -O0 之后，我们可以直接用 gdb 单步调试代码

一个常用的指令是 info register，缩写为 i r，可以查看寄存器信息

指令格式

要记住一条指令必须换行必须换行

asmbf 末尾有一串定义跳转表的伪指令，开始我想用类似

#define fill(x)		\
.rept	x		\
.quad	xxxxx		\
.endr

的代码省事少写几行，结果发现这么写之后会报无效指令

原因是 \ 是续行符号，在宏替换时这些内容都会被合成一行，而在一行类似 .rept 1 .quad xxxx .endr 的内容汇编器是不认识的

mmap 偷内存

我不想通过开大 .data 段的方式去分配内存（用来储存 brainfuck 机器的 纸带内容），所以就用了 mmap() 来分配内存。

fd = -1,addr = NULL 同时 type 置位 MAP_ANONYMOUS 时，mmap() 会 分配 length 长度的内存

内核常量附录

文件打开方式

O_RDONLY		00

fseek() / lseek()

SEEK_SET		0
SEEK_CUR		1
SEEK_END		2

mmap()

PROT_READ		0x1
PROT_WRITE		0x2
MAP_SHARED		0x01
MAP_ANONYMOUS		0x20