汇编基础
x86-64架构
计算机系统架构(Architecture)，指的是计算机的硬件系统对软件层（汇编语言开发者）的抽象，包括了处理器的寄存器设计和指令集。x86架构可以追溯到上世纪80年代Intel公司开发的80x86系列处理器，采用的是复杂指令集(CISC，相对于ARM芯片采用的精简指令集，RISC)。而x86-64架构是x86架构的64位版本，目前已经完全取代了32位的机器。从硬件角度来看，64位字长指的是CPU在一个时钟周期可以处理长度为64位的数据。x86-64架构提供了16个数据寄存器，除了个别有特殊用途（比如%rsp，用作栈顶指针），其余都可用来存放临时数据。除了数据寄存器，还有IP寄存器，指向下条指令的地址；以及状态码（Status Code)，有SF(Sign Flag)，ZF(Zero Flag)，CF(Carry Flag)等等，在代数计算指令执行完成后被自动设置表示结果的状态。
汇编的数据类型和取值方式
汇编语言中只用整型和浮点两种数据类型，整型分为1,2,4,8等四种字节长度，浮点分为单精度(float)和双精度(double)两种类型。x86-64架构下，汇编语言可以通过3种方式来读写数据：字面量，寄存器和内存。
字面量：相当于硬编码在程序中，如$1等
寄存器：可以通过寄存器的名字来访问，如%rax, %r12等
内存：格式为D(Rb, Ri, S)，D，Rb，Ri，S分别表示偏移(Displacement)，基址(Base)，下标(Index)，长度(Scale)，前三者可以取值为寄存器或字面量，而长度只可以取值字面量1,2,4,8。地址的计算公式为D+Rb+Ri*Scale。用法如4(%rbx, %rdi, 4), (%rbx), (,%rax,2)
常用汇编指令
下图列出了x86-64中常用指令。
计算数前者是源，后者是目标
movq src, dst: 移动数据，注意不允许将字面量作为dst，或者src和dst都是内存取值。leaq src, dst: 本作为地址计算，但gcc常常用来优化代数计算，如leaq (%rdi,%rdi,2), %rax用来计算t = x+2*xsarq是算术右移(Arithmetic Shift)，shrq是逻辑右移(Logical Shift)
浮点数
x86-64处理浮点数使用一套与整数不同的硬件和指令。
其中，为了加速音视频等运算，浮点数的addps指令允许多个浮点数并行运算。
C语句对应的汇编代码
工具
根据机器系统和编译选项设置的差异，编译器会对C语言源代码进行不同程度的优化，所以在每台机器编译得到的汇编代码都会有所不同。利用gcc，我们通过下面的命令来生成未优化的汇编代码：
gcc -Og xxx.c -S xxx.a由于汇编代码和机器码是一一对应的关系。我们可以通过下面的命令将目标文件或可执行文件(.o/.out)的机器码反汇编(Disassemble)为汇编代码：
objdump -d xxx.o第三种读汇编代码的方式是通过调试器gdb，调试文件需要在编译时需要设置调试选项：
gdb xxx.out
disassemble <function_name>/...更多的gdb教程可以参考Quick Guide to GDB，以及Cheat Sheet
条件控制(Conditional Jumping)
条件控制利用测试语句和跳转语句(Jumping)实现。测试语句不保存计算结果，只影响状态位。测试语句有：
cmpq src2, src1：计算src1-src2testq src2, src1：计算src1&src2
跳转语句根据使用的状态码分为不同的版本：
可以使用goto语句来表示跳转的逻辑：
=ntest = !Test;
=if (ntest) goto Else;
=// then ...
=goto Done;
Else:
// else ...
Done:
// ...条件转移(Conditional Move)
C语言中if-else语句和?:表达式还可以对应一种叫作条件转移的汇编实现。
这种实现提前计算好每个分支的值，然后根据测试值才决定采用哪一个值。
result = Then_Expr;
eval = Else_Expr;
nt = !Test;
if (nt) result = eval;
return result;gcc在遇到if-else语句时会在条件控制和条件转移中二选一。由于现代处理器的流水线设计，条件控制结构的效率更高。
但是下面的代码会造成问题：
val = Test(x) ? Hard1(x) : Hard2(x): 在分支选择前会运行Hard1(x)和Hard2(x)，可能消耗大量性能；val = p ? *p : 0: 尽管p为空指针，也会计算*p的值，导致段错误(Segmentation Fault)；val = x > 0 ? x*=7 : x+=3: 两个有副作用的表达式都会执行，而且结果无法预测，因为执行顺序未知。
循环语句
do...while语句，这是汇编实现最简单的循环结构，只需要在循环体尾部增加测试语句：
loop:
// ...Body
if (Test)
goto loopwhile语句，有两种方式，一是进入循环时即跳转到尾部的测试部分，二是基于do...while语句实现，但在进入循环时先进行一次测试：
goto test;
loop:
// ...Body
test:
if (Test) goto loop;
done: if (!Test) goto done;
do {
// ... Body
} while (Test);
done:for语句，在while语句的基础上，开头添加初始化(Init)的代码，循环体后添加更新(Update)代码：
// ...Init
while (Test) {
// ...Body
// ...Update
}switch语句
下面代码使用了C语言switch语句multiple case labels, falling through cases和default case：
int w = 1;
switch(x) {
case 1:
w = y*z;
break;
case 2:
w = y/z;
/* Fall Through */
case 3:
w += z;
break;
case 5:
case 6:
w -= z;
break;
default:
w = 2;
}switch语句通过一种叫作**跳转表(Jump Table)**的数据结构来实现这多种特性。跳转表实际上是一个数组，x的取值作为下标，各个case代码的地址作为元素。可以用下面的语句理解跳转表的跳转过程（但C语言不支持这样的语句）：
goto *JTab[x];汇编这样实现跳转过程：
switch_eg:
movq %rdx, %rcx
cmpq $6, %rdi # x:6
ja .L8
jmp *.L4(,%rdi,8)%rdi存储了x的值，首先先判断x的大小，如果超过跳转表能处理的范围（小于0或大于6）则直接跳转到标签.L8，即default对应的代码处。而标签.L4处存储了跳转表，下面是跳转表的实现：
.L4:
.quad .L8 # x = 0
.quad .L3 # x = 1
.quad .L5 # x = 2
.quad .L9 # x = 3
.quad .L8 # x = 4
.quad .L7 # x = 5
.quad .L7 # x = 6可以看到x=5和x=6时都跳转到标签.L7，跳转表映射到同一个值，这样就实现了multiple case labels。而falling through利用了新增的merge代码块，作为多个标签的共享代码，实现思路如下：
case 2:
w = y/z;
goto merge;
case 3:
w = 1;
merge:
w += z;对应的汇编代码如下：
.L5: # Case 2
movq %rsi, %rax
cqto
idivq %rcx # y/z
jmp .L6 # goto merge
.L9: # Case 3
movl $1, %eax # w = 1
.L6: # merge:
addq %rcx, %rax # w += z
ret当分支值跨度很大时，比如只有1和1000000两个分支，这时跳转表要使用1000000个条目来处理。gcc还是回到条件控制的实现方式生成汇编代码，于是无法一蹴而就地跳转到对应的分支，但可以利用类似二分查找来加速分支查找。