计算机系统第三章答案

习 题

3． 参考答案：

（1）后缀：w ， 源：基址+比例变址+偏移， 目：寄存器 （2）后缀：b ， 源：寄存器， 目：基址+偏移 （3）后缀：l ， 源：比例变址， 目：寄存器 （4）后缀：b ， 源：基址， 目：寄存器 （5）后缀：l ， 源：立即数， 目：栈 （6）后缀：l ， 源：立即数， 目：寄存器 （7）后缀：w ， 源：寄存器， 目：寄存器 （8）后缀：l ， 源：基址+变址+偏移， 目：寄存器 4．参考答案：

（1）源操作数是立即数0xFF ，需在前面加‘$’

（2）源操作数是16位，而长度后缀是字节‘b ’，不一致 （3）目的操作数不能是立即数寻址

（4）操作数位数超过16位，而长度后缀为16位的‘w ’ （5）不能用8位寄存器作为目的操作数地址所在寄存器 （6）源操作数寄存器与目操作数寄存器长度不一致 （7）不存在ESX 寄存器

（8）源操作数地址中缺少变址寄存器 5．参考答案：

6．参考答案：

（1）xptr 、yptr 和zptr 对应实参所存放的存储单元地址分别为：R[ebp]+8、R[ebp]+12、

R[ebp]+16。

（2）函数func 的C 语言代码如下： void func(int *xptr, int *yptr, int *zptr) { int tempx=*xptr; int tempy=*yptr; int tempz=*zptr;

*yptr=tempx; *zptr = tempy;

*xptr = tempz;

}

7．参考答案：

（1）R[edx]=x

（2）R[edx]=x+y+4 （3）R[edx]=x+8*y （4）R[edx]=y+2*x+12 （5）R[edx]=4*y （6）R[edx]=x+y 8．参考答案：

（1）指令功能为：R[edx]←R[edx]+M[R[eax]]=0x00000080+M[0x8049300]，寄存器EDX 中内容改变。改变后的

内容为以下运算的结果：00000080H+FFFFFFF0H

0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000 + 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 1 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 0000

因此，EDX 中的内容改变为0x00000070。根据表3.5可知，加法指令会影响OF 、SF 、ZF 和CF 标志。OF=0，ZF=0，SF=0，CF=1。

（2）指令功能为：R[ecx]←R[ecx]-M[R[eax]+R[ebx]]=0x00000010+M[0x8049400], 寄存器ECX 中内容改变。

改变后的内容为以下运算的结果：00000010H -80000008H

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 + 0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000

因此，ECX 中的内容改为0x80000008。根据表3.5可知，减法指令会影响OF 、SF 、ZF 和CF 标志。OF=1，ZF=0，SF=1，CF=1 0=1。

（3）指令功能为：R[bx]←R[bx] or M[R[eax]+R[ecx]*8+4]，寄存器BX 中内容改变。改变后的内容为以下运算

的结果：0x0100 or M[0x8049384]=0100H or FF00H

0000 0001 0000 0000 or 1111 1111 0000 0000 1111 1111 0000 0000

因此，BX 中的内容改为0xFF00。由3.3.3节可知，OR 指令执行后OF=CF=0；因为结果不为0，故ZF=0；因为最高位为1，故SF=1。

（4）test 指令不改变任何通用寄存器，但根据以下“与”操作改变标志：R[dl] and 0x80

1000 0000 and 1000 0000 1000 0000

由3.3.3节可知，TEST 指令执行后OF=CF=0；因为结果不为0，故ZF=0；因为最高位为1，故SF=1。 （5）指令功能为：M[R[eax]+R[edx]]←M[R[eax]+R[edx]]*32，即存储单元0x8049380中的内容改变为以下运算

的结果：M[0x8049380]*32=0x908f12a8*32，也即只要将0x908f12a8左移5位即可得到结果。 1001 0000 1000 1111 0001 0010 1010 1000

=0001 0001 1110 0010 0101 0101 0000 0000

因此，指令执行后，单元0x8049380中的内容改变为0x11e25500。显然，这个结果是溢出的。但是，根据表3.5可知，乘法指令不影响标志位，也即并不会使OF=1。

（6）指令功能为：R[cx] ←R[cx]-1，即CX 寄存器的内容减一。

0000 0000 0001 0000 + 1111 1111 1111 1111 1 0000 0000 0000 1111

因此，指令执行后CX 中的内容从0x0010变为0x000F 。由表3.5可知，DEC 指令会影响OF 、ZF 、SF ，根据上述运算结果，得到OF=0，ZF=0，SF=0。

9．参考答案：

movl 12(%ebp), %ecx //R[ecx]←M[R[ebp]+12]，将y 送ECX sall $8, %ecx //R[ecx]←R[ecx]

从汇编代码的第2行和第4行看，y 应该是占8个字节，R[ebp]+20开始的4个字节为高32位字节，记为y h ；R[ebp]+16开始的4个字节为低32位字节，记为y l 。根据第4行为无符号数乘法指令，得知y 的数据类型num_type为unsigned long long。

movl 12(%ebp), %eax //R[eax]←M[R[ebp]+12]，将x 送EAX movl 20(%ebp), %ecx //R[ecx]←M[R[ebp]+20]，将y h 送ECX imull %eax, %ecx //R[ecx]←R[ecx]*R[eax]，将y h *x的低32位送ECX mull 16(%ebp) //R[edx]R[eax]←M[R[ebp]+16]*R[eax]，将y l *x送EDX-EAX (%ecx, %edx), %edx

// R[edx]←R[ecx]+R[edx]，将y l *x的高32位与y h *x的低32位相加后送EDX

movl 8(%ebp), %ecx //R[ecx]←M[R[ebp]+8]，将d 送ECX movl %eax, (%ecx) //M[R[ecx]]←R[eax]，将x*y低32位送d 指向的低32位 movl %edx, 4(%ecx) //M[R[ecx]+4]←R[edx]，将x*y高32位送d 指向的高32位 11．参考答案：

根据第3.3.4节得知，条件转移指令都采用相对转移方式在段内直接转移，即条件转移指令的转移目标地址为：（PC ）+偏移量。

（1）因为je 指令的操作码为01110100，所以机器代码7408H 中的08H 是偏移量，故转移目标地址为：0x804838c+2+0x8=0x8048396。

call 指令中的转移目标地址0x80483b1=0x804838e+5+0x1e，由此，可以看出，call 指令机器代码中后面的4个字节是偏移量，因IA-32采用小端方式，故偏移量为0000001EH 。call 指令机器代码共占5个字节，因此，下条指令的地址为当前指令地址0x804838e 加5。

（2）jb 指令中F6H 是偏移量，故其转移目标地址为：0x8048390+2+0xf6=0x8048488。

movl 指令的机器代码有10个字节，前两个字节是操作码等，后面8个字节为两个立即数，因为是小端方式，所以，第一个立即数为0804A800H ，即汇编指令中的目的地址0x804a800，最后4个字节为立即数00000001H ，即汇编指令中的常数0x1。

leal

（3）jle 指令中的7EH 为操作码，16H 为偏移量，其汇编形式中的0x80492e0是转移目的地址，因此，假定后面的mov 指令的地址为x ，则x 满足以下公式：0x80492e0=x +0x16，故x =0x80492e0-0x16=0x80492ca。

（4）jmp 指令中的E9H 为操作码，后面4个字节为偏移量，因为是小端方式，故偏移量为FFFFFF00H ，即-100H=-256。后面的sub 指令的地址为0x804829b ，故jmp 指令的转移目标地址为0x804829b+0xffffff00=0x804829b-0x100=0x804819b。 12．参考答案：

（1）汇编指令的注解说明如下：

1 movb 8(%ebp), %dl //R[dl]←M[R[ebp]+8]，将x 送DL 2 movl 12(%ebp), %eax //R[eax]←M[R[ebp]+12]，将p 送EAX 3 testl %eax, %eax //R[eax] and R[eax]，判断p 是否为0 4 je .L1 //若p 为0，则转.L1执行 5 testb $0x80, %dl //R[dl] and 80H，判断x 的第一位是否为0 6 je .L1 //若x >=0，则转.L1执行 7 addb %dl, (%eax) //M[R[eax]]←M[R[eax]]+R[dl]，即*p+=x

8 .L1:

因为C 语言if 语句中的条件表达式可以对多个条件进行逻辑运算，而汇编代码中一条指令只能进行一种逻辑运算，并且在每条逻辑运算指令生成的标志都是存放在同一个EFLAGS 寄存器中，所以，最好在一条逻辑指令后跟一条条件转移指令，把EFLAGS 中标志用完，然后再执行另一次逻辑判断并根据条件进行转移的操作。 （2）按照书中图3.22给出的“if () goto …”语句形式写出汇编代码对应的C 语言代码如下： 1 void comp(char x, int *p) 2 {

3 if (p!=0) 4 if (x

13．参考答案：

1 int func(int x, int y) 2 {

3 int z = 4 if ( ) { 5 if ( ) 6 ; 7 else 8 z = ; 9 } else if ( ) 10 z = ; 11 return z; 12 }

14．参考答案：

（1）每个入口参数都要按4字节边界对齐，因此，参数x 、y 和k 入栈时都占4个字节。 1 movw 8(%ebp), %bx //R[bx]←M[R[ebp]+8]，将x 送BX 2 movw 12(%ebp), %si //R[si]←M[R[ebp]+12]，将y 送SI 3 movw 16(%ebp), %cx //R[cx]←M[R[ebp]+16]，将k 送CX

4 .L1:

5 movw %si, %dx 6 movw %dx, %ax 7 sarw $15, %dx 8 idiv %cx 9 imulw %dx, %bx 10 decw %cx 11 testw %cx, %cx 12 jle .L2 13 cmpw %cx, %si 14 jg .L1

//R[dx]←R[si]，将y 送DX //R[ax]←R[dx]，将y 送AX

//R[dx]←R[dx]>>15，将y 的符号扩展16位送DX //R[dx]←R[dx-ax]÷R[cx]的余数，将y %k 送DX //R[ax]←R[dx-ax]÷R[cx]的商，将y /k 送AX //R[bx]←R[bx]*R[dx]，将x *(y %k ) 送BX //R[cx]←R[cx]-1，将k -1 送CX

//R[cx] and R[cx]，得OF=CF=0，负数则SF=1,零则ZF=1 //若k 小于等于0，则转.L2

//R[si] - R[cx]，将y 与k 相减得到各标志 //若y 大于k ，则转.L1

15 .L2:

16 movswl %bx, %eax // R[eax]←R[bx]，将x *(y %k ) 送AX

（2）被调用者保存寄存器有BX 、SI ，调用者保存寄存器有AX 、CX 和DX 。

在该函数过程体前面的准备阶段，被调用者保存的寄存器EBX 和ESI 必须保存到栈中。

（3）因为执行第8行除法指令前必须先将被除数扩展为32位，而这里是带符号数除法，因此，采用算术右移以扩展16位符号，放在高16位的DX 中，低16位在AX 中。 15．参考答案：

1 int f1(unsigned x)

2 {

3 int y = 0 ; 4 5 ; 6 7 } 8 ; 9 }

函数f1的功能返回：( x ^ x>>1 ^ x>>2 ^ ….) & 0x1，因此f1用于检测x 的奇偶性，当x 中有奇数个1，则返回为1，否则返回0。 16．参考答案：

函数sw 只有一个入口参数x ，根据汇编代码的第2~5行指令知，当x +3>7时转标号.L7处执行，否则，按照跳

转表中的地址转移执行，x 与跳转目标处标号的关系如下： x +3=0：.L7 x +3=1：.L2 x +3=2：.L2

x +3=3：.L3 x +3=4：.L4 x +3=5：.L5 x +3=6：.L7 x +3=7：.L6

由此可知，switch (x) 中省略的处理部分结构如下： case -2: case -1: …… // .L2标号处指令序列对应的语句 break;

case 0:

……

break; case 1: …….

break; case 2: …… break; case 4: ……

break; default: ……

// .L3标号处指令序列对应的语句

// .L4标号处指令序列对应的语句 // .L5标号处指令序列对应的语句

// .L6标号处指令序列对应的语句

// .L7标号处指令序列对应的语句

17．参考答案： 根据第2、3行指令可知，参数a 是char 型，参数p 是指向short 型变量的指针；根据第4、5行指令可知，参数

b 和c 都是unsigned short型，根据第6行指令可知，test 的返回参数类型为unsigned int。因此，test 的原型为： unsigned int test(char a, unsigned short b, unsigned short c, short *p); 18．参考答案： 每次执行pushl 指令后，R[esp]=R[esp]-4，因此，第2行指令执行后R[esp]=0xbc00001c。

（1）执行第3行指令后，R[ebp]=R[esp]=0xbc00001c。到第12条指令执行结束都没有改变EBP 的内容，因而

执行第10行指令后，EBP 的内容还是为0xbc00001c 。执行第13行指令后，EBP 的内容恢复为进入函数funct 时的值0xbc000030。

（2）执行第3行指令后，R[esp]=0xbc00001c。执行第4行指令后R[esp]= R[esp]-40=0xbc00001c-0x28=0xbbfffff4。

因而执行第10行指令后，未跳转到scanf 函数执行时，ESP 中的内容为0xbbfffff4-4=0xbbfffff0；在从scanf 函数返回后ESP 中的内容为0xbbfffff4。执行第13行指令后，ESP 的内容恢复为进入函数funct 时的旧值，即R[esp]=0xbc000020。

（3）第5、6两行指令将scanf 的第三个参数&y入栈，入栈的内容为R[ebp]-8=0xbc000014；第7、8两行指令

将scanf 的第二个参数&x入栈，入栈的内容为R[ebp]-4=0xbc000018。故x 和y 所在的地址分别为0xbc000018和0xbc000014。

（4）执行第10行指令后，funct 栈帧的地址范围及其内容如下：

0xbc00001c 0xbc0000180xbc0000140xbc0000100xbc00000c 0xbc0000080xbc0000040xbc0000000xbbfffffc 0xbbfffff8 0xbbfffff4 0xbbfffff0

EBP 栈帧底部

19．参考答案：

第1行汇编指令说明参数x 存放在EBX 中，根据第4行判断x =0则转.L2，否则继续执行第5~10行指令。根据第5、6、7行指令可知，入栈参数nx 的计算公式为x >>1；根据第9、10、11行指令可知，返回值为(x &1)+rv 。由此

推断出C 缺失部分如下：

1 2 3 4 5 6

int refunc(unsigned x) { if ( ) return ; unsigned nx = ; int rv = refunc(nx) ; return ；

7 }

该函数的功能为计算x 的各个数位中1的个数。 20．参考答案：

21

22．参考答案：

根据汇编指令功能可以推断最终在EAX 中返回的值为：

M[a+28*i+4*j]+M[b+20*j+4*i]，因为数组a 和b 都是int 型，每个数组元素占4B ，因此，M=5, N=7。 23．参考答案：

执行第11行指令后，a[i][j][k]的地址为a+4*(63*i+9*j+k)，所以，可以推断出M=9，N=63/9=7。根据第12行指令，可知数组a 的大小为4536字节，故L=4536/(4*L*M)=18。 24．参考答案：

（1）常数M=76/4=19，存放在EDI 中，变量j 存放在ECX 中。 （2）上述优化汇编代码对应的函数trans_matrix的C 代码如下： 1 void trans_matrix(int a[M][M]) { 2 int i, j, t, *p; 3 int c=(M

6 t=*p; 7 *p = a[i][j]; 8 a[i][j] = t; 9 p += c； 10 } 11 } 12 }

25．参考答案：

（1）node 所需存储空间需要4+(4+4)+4=16字节。成员p 、s.x 、s.y 和next 的偏移地址分别为0、4、8和12。 （2）np_init中缺失的表达式如下：

void np_init(struct node *np) { ;

; ; }

26

27．参考答案： （1）S1: s c i d

0 2 4 8 总共12字节，按4字节边界对齐 （2）S2: i s c d

0 4 6 7 总共8字节，按4字节边界对齐 （3）S3: c s i d

0 2 4 8 总共12字节，按4字节边界对齐 （4）S4: s c

0 6 总共8字节，按2字节边界对齐 （5）S5: c s i d e

0 4 8 12 16 总共24字节，按4字节边界对齐（Linux 下double 型按4字节对齐） （6）S6: c s d

0 36 40 总共44字节，按4字节边界对齐 28．参考答案：

Windows 平台要求不同的基本类型按照其数据长度进行对齐。每个成员的偏移量如下：

c d i s p l g v 0 8 16 20 24 28 32 40

结构总大小为48字节，因为其中的d 和g 必须是按8字节边界对齐，所以，必须在末尾再加上4个字节，即44+4=48字节。变量长度按照从大到小顺序排列，可以使得结构所占空间最小，因此调整顺序后的结构定义如下：

double d; long long g ； int i; char *p;

long l; void *v；

short s; char c;

} test；

d g i p l v s c

0 8 16 20 24 28 32 34 结构总大小为34+6=40字节。 29．参考答案：

（1）执行第7行和第10行指令后栈中的信息存放情况如下图所示。其中gets 函数的入口参数为buf 数组首

地址，应等于getline 函数的栈帧底部指针EBP 的内容减0x14，而getline 函数的栈帧底部指针EBP 的内容应等于执行完getline 中第2行指令（push %ebp）后ESP 的内容，此时，R[esp]= =0xbffc07f0-4=0xbffc07ec，故buf 数组首地址为R[ebp]-0x14= R[esp]-0x14=0xbffc07ec-0x14=0xbffc07d8。

P 的地址

在P 中旧值 被调用者保存寄存器在P 中的旧值 ~ buf[4] ~ buf[0]

P 的地址 在P 中旧值 被调用者保存寄存器在P 中的旧值

struct {

~ buf[4] ~ buf[0]

a) 执行第7行后的栈

入口参数

b) 执行第10行后的栈

（2）当执行到getline 的ret 指令时，假如程序不发生段错误，则正确的返回地址应该是0x80485c8，发生段

错误是因为执行getline 的ret 指令时得到的返回地址为0x8413938，这个地址所在存储段可能是不可执行的数据段，因而发生了段错误（segmentation fault）。

（3）执行完第10行汇编指令后，被调用者保存寄存器EBX 、ESI 和EDI 在P 中的内容已被破坏，同时还

破坏了EBP 在P 中的内容。

（4）getline 的C 代码中malloc 函数的参数应该为strlen(buf)+1，此外，应该检查malloc 函数的返回值是否

为NULL 。

30．参考答案：

x86-64过程调用时参数传递是通过通用寄存器进行的，前三个参数所用寄存器顺序为RDI 、RSI 、RDX 。 abc 的4种合理的函数原型为： ① viod abc(int c, long *a, int *b);

② viod abc(unsigned c, long *a, int *b);

③ viod abc(long c, long *a, int *b);

④ viod abc(unsigned long c, long *a, int *b);

根据第3、4行指令可知，参数b 肯定指向一个32位带符号整数类型；根据第5行指令可知，参数a 指向

64位带符号整数类型；而参数c 可以是32位，也可以是64位，因为*b为32位，所以取RDI 中的低32位R[edi]（截断为32位），再和*b相加。同时，参数c 可以是带符号整数类型，也可以是无符号整数类型，因为第2行加法指令addl 的执行结果对于带符号整数和无符号整数都一样。 31．参考答案：

（1）汇编指令注释如下： 1 movl 8(%ebp), %edx //R[edx]←M[R[ebp]+8]，将x 送EDX 2 movl 12(%ebp), %ecx //R[ecx]←M[R[ebp]+12]，将k 送ECX 3 movl $255, %esi //R[esi]←255，将255送ESI 4 movl $-2147483648, %edi //R[edi]←-2147483648，将0x80000000送EDI

5 .L3: 6 movl 7 andl 8 xorl 9 movl 10 shrl 11 testl 12 jne

%edi, %eax %edx, %eax %eax, %esi %ecx, %ebx %bl, %edi %edi, %edi .L3

//R[eax]←R[edi]，将i 送EAX

//R[eax]←R[eax] and R[edx]，将i and x 送EAX

//R[esi]←R[esi] xor R[eax]，将val xor (i and x ) 送ESI //R[ebx]←R[ecx]，将k 送ECX

//R[edi]←R[edi] >> R[bl]，将i 逻辑右移k 位送EDI

//若R[edi]≠0，则转.L3

13 movl %esi, %eax //R[eax]←R[esi]

（2）x 和k 分别存放在EDX 和ECX 中。局部变量val 和i 分别存放在ESI 和EDI 中。 （3）局部变量val 和i 的初始值分别是255和-2147483648。

（4）循环终止条件为i 等于0。循环控制变量i 每次循环被逻辑右移k 位。 （5）C 代码中缺失部分填空如下，注意：对无符号整数进行的是逻辑右移。

1 2 3 4 5 6 7 8

int {

lproc(int x, int k)

int val = ; int i;

; }

return val；

9 }

32．参考答案：

从第5行指令可知，i 在EAX 中；从第6行指令可知，sptr 在ECX 中。由第7行指令可知，i*28在EBX

中。由第8、9和10行指令可猜出，x 的每个数组元素占28B ，并且xptr->idx的地址为sptr+i*28+4，故在line_struct中的第一个分量为idx ，因而后面的24B 为6个数组元素a[0]~a[5]，类型与val 变量的类型相同，即unsigned int。 line_struct结构类型的定义如下：

typedef struct { int idx; unsigned a[6]; } line_struct;

由第11、12行指令可知，x 数组所占空间为0xc8-4=200-4=196B，所以LEN=196/28=7。

33．参考答案：

（1）n1.ptr 、n1.data1、n2.data2、n2.next 的偏移量分别是0、4、0和4。

（2）node 类型总大小占8字节。

（3）chain_proc的C 代码中缺失的表达式如下： –34．参考答案：

（1）函数trace 的入口参数tptr 通过RDI 寄存器传递。

（2）函数trace 完整的C 语言代码如下：

long trace( tree_ptr tptr)

{

long ret_val=0;

tree_ptr p=tptr;

while (p!=0) {

ret_val=p->val;

p=p->left;

}

return ret_val;

}

（3）函数trace 的功能是：返回二叉树中最左边叶子节点中的值val 。