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C语言提供了好几种循环结构，即while、for和do-while。汇编语言中并没有相应的指令存在，作为替代，将条件测试和跳转组合起来实现循环的效果。大多数汇编器根据一个循环的do-while形式来产生循环代码，即使在实际程序中这种形式用的相对较少。其它的循环会首先转换成do-while形式，然后再编译成机器代码。 do-while循环其通用形式是这样的： do body-statementwhile (test-expr); 循环的效果就是重复执行body-statement，对test-expr求值，如果求值的结果为非零，就继续循环。注意，body-statement至少执行一次。 do-while的通用形式可以翻译成如下所示的条件和goto语句： loop: body-statement t = test-expr; if(t) goto loop; 也就是说每次循环程序会执行循环体里面的语句，然后执行测试表达式。如果测试为真，则回去再执行一次循环。 下面示例用do-while循环计算函数参数的阶乘，写作n！只计算n>0时候n阶乘的值: int fact_do(int n){ int result = 1; do { result *= n; n = n - 1; }while(n > 1); return result;} 汇编代码是do-while循环的一个实现形式，这里用的gcc编译器 gcc version 4.8.4 (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04) 编译参数是 $ gcc -m32 -O2 -o fact 因为非常不习惯AT&T汇编形式，所以这里用IDA pro 对得到的fact文件进行反汇编分析，原文的汇编形式（用edx保存参数n）我无论怎么调节参数都无法得到。图中是一个do-while循环的标准实现，eax初始化为1，epb+8地址处保存着参数n，0x08048404 处把参数n减一，紧接着0x08048408 处把n与1比较。如果为真则在0x0804840C处跳回循环的开始，这里是循环的关键地方由它来判断循环是继续还是退出。 综合0x080483F3，0x080483FA我们可以看到eax被初始化为1，在0x080483FD被乘法更新。如果学过x86汇编语言就知道 mul 乘法指令是离不开eax寄存器的，而且返回值通常也用eax寄存器。所以这里eax对应于结果result是无悬念的。 理解产生的汇编代码与原始代码之间的关系，关键是找到程序值和寄存器之间的映射关系。对于循环fact_do来说，这个任务非常简单，但是对于更复杂的程序来说，就可能是更具挑战性的任务。C语言编译器常常会重组计算，因此有些C代码中的变量在机器代码中没有对应的值；而有时，机器代码中又会引入源代码中不存在的新值。此外编译器还常常试图将多个程序值映射到一个寄存器上，来最小化寄存器的使用率。 上面的fact_do的过程对于逆向工程循环来说，是一个通用的策略。看看在循环之前如何初始化寄存器，在循环中如何更新和测试寄存器，以及在循环之后又如何使用寄存器。这些步骤中的每一步都提供了一个线索，组合起来就可以解开谜团。做好准备，你会看到令人惊奇的变换，其中有些情况很明显是编译器能够优化的代码，而有些情况很难解释编译器为什么要选用那些奇怪的策略。 while循环while语句的通用形式如下： while（test-expr） body-statement 与do-while不同的是，它对test-expr求值，在第一次执行body-statement之前，循环就可能中止。将while循环翻译成机器代码有很多种方法。一种常见的方法，也就是GCC采用的方法，是使用条件分支，在需要时省略循环体的第一次执行，从而将代码转换成do-while循环，如下： if（！test-expr） goto done;do body-statementwhile（test-expr）;done: 接下来这个代码可直接翻译成goto代码，如下： if t = test-expr if(!t) goto done;loop: body-statement t = test-expr; if(t) goto loop;done: 使用这种策略，编译器常常会优化最开始的测试，比如说认为总是满足测试条件。 举个例子fact_while是使用while循环的阶乘函数的实现，这个函数能正确的计算 0!=1 。fact_while_goto是GCC产生的汇编代码的C语言翻译，比较fact_do 和fact_while 我们看到它们几乎是相同的。将while循环转换成do-while循环，以及将后者翻译成goto代码。 int fact_while(int n){ int result = 1; while(n > 1){ result *= n; n = n - 1; } return result;}int fact_while_goto(int n){ int result = 1; if(n <= 1) goto done; loop: result *= n; n = n - 1; if(n > 1) goto loop; done: return result;} for循环for循环的通用形式如下 for(init-expr;test-expr;update-expr) body-statement C语言标准说明，这样一个循环的行为与下面这段使用while循环代码的行为一样： init-expr;while(test-expr) { body-statement update-expr;} 程序首先对初始表达式init-expr求值，然后进入循环；在循环中它先对测试条件test-expr求值，如果测试结果为“假”就会退出，否则执行循环体body-statement；最后对更新表达式update-expr求值。 这段代码编译后的形式，基于前面讲过的从while到do-while的转换，首先给出do-while的形式： init-expr;if(!test-expr) goto done;do{ body-statement update-expr;}while(test-expr);done:然后将它转换成goto代码： init-expr; t = test-expr if(!t) goto done;loop: body-statement update-expr; t = test-expr; if(t) goto loop;done: 作为一个示例，考虑用for循环写的阶乘函数： int fact_for(int n){ int i; int result = 1; for(i = 2;i <= n; i ++) result *= i; return result;}如上述代码所示，用for循环编写阶乘函数最自然的方式就是将从2一直到n的因子乘起来，因此这个函数与我们使用while或者do-while循环的代码都不一样。 这段代码中for循环的不同组成部分如下： 用这些部分带入前面给出的模板中的相应位置，得到下面goto代码的版本: int fact_for_goto(int n){ int i = 2; int result = 1; if( !(i <=n ) ) goto done; loop: result *= i; i ++; if(i <= n) goto loop; done: return result;} 确实仔细查看GCC产生的汇编代码会发现非常接近如下形式： 综上所述，C语言中三种形式的所有循环— do-while，while和for–都可以用一种简单的策略来翻译，产生包含一个或多个条件分支的代码。控制的条件转移为循环翻译成机器代码提供了基本机制。 死循环选择for还是while最后再说一下，看到有人在网上讨论死循环用 for(;;); 好，还是用 while(1); 好。 自己亲自测试了下，在 -O2 参数下它们生成的汇编指令是一样的（看来这应该跟优化配置和编译器选择有很大关系）。 |
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