asm 산술 연산

1. 산술 연산

산술 연산자를 위해 레지스터를 사용 하면, 산술 연산을 할 수 있다.

산술 연산의 형태는 일반적으로 다음과 같다.

operation register, value/register

첫 번째 레지스터가 연산의 대상입니다.

예를 들어:

add rax, 5

sub rbx, rax

수학 연산 리스트

동작 이름	동작 이름(서명)	설명
add a, b	-	a = a+b
sub a, b	-	a = a-b
mul reg	imul reg	rax = rax*reg
div reg	idiv reg	rax = rax/reg
neg reg	-	reg = -reg
inc reg	-	reg = reg +1
dec reg	-	reg = reg – 1
adc a, b	-	a = a+b+CF
add a, b	-	a = a-b-CF

2. ASCII

ASCII는 컴퓨터가 텍스트 문자열을 나타내는 방법.

컴퓨터는 숫자를 저장할 수 있으므로 ASCII는 숫자를 특정 문자 (문자, 숫자, 기호 등)에 매핑하는 방식으로 작동 한다.

ASCII는 7 비트 이진 코드를 사용 하여 문자를 나타낸다. 그러나 8 비트 1바이트 정보의 기본 단위 이기 때문에 현 컴퓨터는 일반적으로 8비트 코드인 확장 ASCII을 지원한다.

ASCII 표.

https://ko.wikipedia.org/wiki/ASCII

3. 숫자 화면 출력

다음은 0과 9사이의 단일 숫자를 표시하기 위한 매우 간단한 서브루틴이다.

표시되는 숫자는 rax 레지스터에서 가져온다.

section .data

digit db 0,10

...

_printRAXDigit:

add rax, 48

mov [digit], al

mov rax, 1

mov rdi, 1

mov rsi, digit

mov rdx, 2

syscall

ret

rax 레지스터의 값은 48 씩 증가한다.

ASCII 표를 확인하면 48은 "0"문자 값과 매칭 되며, char형이므로 "1"문자를 표현 할 수 있다.

ASCII 코드 테이블 추가 필요

section .data

digit db 0,10

...

...

_printRAXDig:

add rax, 48 " 0을 의미 함.

mov [digit], al

mov rax, 1

mov rdi, 1

mov rsi, digit

mov rdx, 2

syscall

ret

rax 레지스터의 하위 바이트는 메모리 주소 "digit"로 이동

_printRAXDig:

add rax, 48 " 0을 의미 함.

mov [digit], al " 메모리 주소 이동

mov rax, 1

mov rdi, 1

mov rsi, digit

mov rdx, 2

syscall

ret

"digit"는 실제로 2 바이트로 정의되며, 0과 10, 줄 바꿈 문자, 개형 문자를 의미한다. rax 레지스터의 하위 바이트를 "digit"에 로드하기 때문에 첫 번째 바이트 만 덮어 쓰며 개행 문자에는 영향을 미치지 않는다.

그런 다음 2 바이트를 화면에 출력 한다.

길이가 2로 설정되어 있기 때문에 숫자와 개행 문자가 함께 표시됨.

section .data

digit db 0, 10

...

...

...

_printRAXDigit:

add rax, 48

mov [digit], al

mov rax, 1

mov rdi, 1

mov rsi, digit

mov rdx, 2

syscall

ret

아래 서브 루틴을 사용하여 해당 숫자를 rax 레지스터에 로드 한 다음 서브 루틴을 호출하여 0-9 사이의 숫자를 표시 할 수 있다.

mov rax, 7

call _printRAXDigit

숫자 7을 화면에 출력 한다.

이러한 방법을 통해 산술 연산자를 빠르게 테스트 할 수 있다.

코드	출력	추론
mov rax, 6 mov rbx, 2 div rbx call _printRAXDigit	3	rax = 6/2
mov rax, 1 add rax, 4 call _printRAXDigit	5	rax = 1+4

4. Stack

레지스터와 마찬가지로 스택은 데이터를 임시로 저장하는 또 다른 방법이다.

데이터를 스택(쌓기)에 저장하기 때문에 "스택"이라고 한다.

서류 더미를 상상해보자. 한 장의 용지를 다른 용지 위에 겹쳐 놓으면 지정된 시간에만 스택의 맨 위에 있는 용지의 내용을 볼 수 있다.

스택 중간에 있는 페이지는 위에 있는 페이지 전부를 제거하지 않고는 중간의 스택을 제거 할 수 없다.

push: 스택의 맨 위에 데이터를 추가.

pop :스택의 맨 위에서 데이터를 제거.

peek: 추가, 제거 없으며 스택을 볼때.

4.1 스택 동작

동작	효과
push reg/value	값을 스택에 밀어 넣는다.
pop reg	스택에서 값을 꺼내서 reg에 저장한다.
mov reg, [rsp]	reg에 peek(보기) 값을 저장한다.

참고: 일반적으로 레지스터를 사용할 수 있는 위치에서 포인터를 사용할 수도 있다.

"pop reg"대신 "pop [label]"을 사용하여 스택의 값을 메모리의 특정 위치로 직접 pop 할 수 있다.

4.2 push

Peek:NULL		Peek:4		Peek:8		Peek:3
						3
				8		3
		4		4		4
Stack		Stack		Stack		Stack

4.3 pop

Peek:3		Peek:8		Peek:4		Peek:NULL
3
8		8
4		4		4
stack		Stack		Stack		Stack
rax:NULL		rax: 3		rax: 8		rax: 4

예제 코드

push 4

push 8

push 3

pop rax

call _printRAXDigit

pop rax

call _printRAXDigit

pop rax

call _printRAXDigit

출력 예상

3

8

4

C 언어 메모리 할당 영역 정리

1. 메모리 할당

메모리 할당

정적 메모리 할당(배열)

동적 메모리 할당

할당 된 메모리 다른 영역

code: 코드 영역

초기화 된 데이터: data 영역

초기화 되지 않은 데이터: bss 영역

힙 Heap

스택 Stack

Segment(영역)	설명
stack	크기가 초기화에 정해지지 않는다 실행 할 때 메모리 크기가 설정된다
(메모리 크기 변화)	(메모리 크기 변화)
heep	크기가 초기화에 정해지지 않는다 실행 할 때 메모리 크기가 설정된다
BSS 영역(초기화 되지 않은 데이터)	초기화 하지 않는 변수가 위치하는 영역, 0으로 초기화된 변수의 내용도 포함한다 main(){static int a;} 컴파일 하는 순간 크기가 정해 된다.
Data 영역( 초기화 된 데이터)	초기화된 변수가 위치 하는 영역. 컴파일 하는 순간 크기가 정해진다.
CODE 영역(text)	코드가 바이너리 형식으로 위치하게 된다. 컴파일 하는 순간 크기가 정해진다.

code 영역

• 텍스트 영역이라 하며 읽기 전용
• 실행 가능 명령어가 있는 오브젝트 파일을 포함.
• read-only == object file : 읽어와 실행만 한다.
• 코드만 위치하며 컴퓨터(CPU 연산)가 읽어 실행만 하는 영역
• 변경 하려면 재 컴파일해 오브젝트 코드를 다시 만들어야 한다.

data 영역

• 실행시간에 변경할 수 있는 초기화 된 변수를 포함 한다.
• 고정되어있는 Global, static, constant 및 external 변수 초기화.
• 컴파일 후 크기기 지정된다.
• 이 영역의 크기는 실행 시간에 변경되지 않음.
• 단지 초기화된 변수가 들어간다

bss 영역

• 초기화되지 않은 Global, Static 및 external 변수 저장 (0으로 초기화 됨)
• 컴파일 후 크기가 지정되며, 초기화 하는 변수의 총 수량으로 크기가 설정된다.
• 영역의 크기는 실행 시간에 변경 되지 않음.
• 이 영역은 오브젝트 파일에서 실제 공간을 차지 하지 않는다.(Bss 영역의 길이만 저장 됨).

Object 영역

• data 영역은 모든 자료에 대한 값을 가진다.
• bss 영역은 초기화 하지 않는 변수의 총 수량만 가진다.

1.1 스택 메모리

다음 정보는 스택에 저장 된다.

• 지역 변수 : 함수 안에서 사용되는 변수
• 함수 인수의 값: 스택으로 전달되는 값
• 리턴 주소(PC의 값): 복귀 주소 값(함수 복귀 조소 값 저장 후, 호출된 부분으로 이동 처리 후 복귀)

예제

#include <stdio.h>

int add2(int a, int b);

void main(void){

int i=5, j=7, n;

n=add2(i,j);

printf("SUM is %d\n", n);

}

int add2(int a, int b){

return (a+b)

}

2. 힙 메모리

힙 메모리의 할당된 구조

• 함수에서 생성 하지만, 함수를 지속적으로 사용 할 때 우회해 사용된다.
• 프로그램 코드 작성할 때 동적 메모리 할당을 해야 하는 경우에,
• 동적 메모리 할당을 하게 코드를 작성한다.
• 메모리가 설정되면 Heap memory 영역에 할당된다.
• 동적 메모리의 할당과 해제 때문에 heap memory 영역의 크기가 가변적으로 변경이 된다.
• 동적 메모리 할당을 했으면 메모리 자원 반납을 위해 꼭 해제한다.

문제점

할당 및 사용 가능한 메모리 공간 관리

할당 해제 및 가비지 수집

2.1 힙 메모리 할당

void *malloc(size_t size);

malloc(size_t size);
자료형	주소 값 0x1200		단위
void *원하는 자료형캐스팅 필요	블록	블록	Byte

• 바이트 크기 블록 할당
• 블록에 대 한 포인터 반환 (할당이 실패 하는 경우 NULL)

void *calloc(size_t num_elements, size_t element_size));

calloc(size_t num_elements, size_t element_size));
자료형	주소 값 0x1300		단위
void *원하는 자료형캐스팅 필요	블록 0 초기화	블록 0 초기화	Byte

• num_elements * element_size 바이트 블록 할당
• 모든 바이트를 0으로 초기화.
• 블록에 대한 포인터 반환 (할당이 실패 하는 경우 NULL)

void *realloc(void *ptr, size_t new_size)

• 블록 크기를 new_size로 변경
• 새로운(크기 조정 된) 블록의 포인터를 반환.
• 이전 블록의 내용은 새 할당 된 블록에 복사 될 수 있다.
• malloc/calloc/realloc의 반환 값을 캐스팅해야 할 수도 있다.
• int * pi = (int *) malloc (BUFFER_SIZE);

2.2 힙 메모리 할당 해제

void free(void *pointer);

이전에 할당 된 메모리에 대한 포인터 필요.

메모리 공간을 heep으로 다시 확보

기억

 할당 된 메모리가 더 이상 사용되지 않으면 해제한다.

"메모리 누수" 문제가 발생할 수 있다.

디버깅 하기 어렵다!

malloc 및 free 예제

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

void main(void){

int i, *p, n=10, m=20;

/* allocate n interger blocks */

if (( p = (int *) malloc(n * sizeof(int))) == NULL){

perror("Malloc memory allocation failed.");

exit(0);

}

for (i=0; i<n; i++){

p[i] = i;

}

/* m 블록을 p 블록의 끝에 추가한다. */

if (( p = (int *) realloc(p, (n+m) * sizeof(int))) == NULL){

perror("realloc memory allocation failed.");

exit(0);

}

for (i=n; i < n+m; i++){

p[i] = i;

}

/* 새로운 배열 출력 */

for(i=0; i<n+m; i++){

printf("%d\n", p[i];)

}

free(p); /* return p to available memory pool */

}

동적 할당을 사용하는 배열

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

void main(void){

int *pS, j;

int i32Num = 20;

if((pS = (int *) malloc(i32Num * sizeof(int))) == NULL){

perror("malloc memory allocation failed.");

exit(0);

}

for(j=0; j<i32Num; j++){

pS[j] = j;

}

/* print new array */

for(j=0; j<i32Num; j++){

printf("%d\n", pS[j]);

}

free(pS);

}

#include <stdio.h>

void main(void){

int pS[20], j;

int i32Num = 20;

for(j=0; j<i32Num; j++){

pS[j] = j;

}

for(j=0; j<i32Num; j++){

printf("%d\n", pS[j]);

}

}