逆向基礎（六）
Chapter 16 陣列
陣列是在記憶體中連續排列的一組變數，這些變數具有相同型別1。
16.1 小例子
#!cpp
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[20];
int i;
for (i=0; i<20; i++)
a[i]=i*2;
for (i=0; i<20; i++)
printf ("a[%d]=%d
", i, a[i]);
return 0;
};
16.1.1 x86
編譯後：
Listing 16.1: MSVC
#!bash
_TEXT SEGMENT
_i$ = -84 ; size = 4
_a$ = -80 ; size = 80
_main PROC
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 84 ; 00000054H
mov DWORD PTR _i$[ebp], 0
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
mov eax, DWORD PTR _i$[ebp]
add eax, 1
mov DWORD PTR _i$[ebp], eax
[email protected]:
cmp DWORD PTR _i$[ebp], 20 ; 00000014H
jge SHORT [email protected]
mov ecx, DWORD PTR _i$[ebp]
shl ecx, 1
mov edx, DWORD PTR _i$[ebp]
mov DWORD PTR _a$[ebp+edx*4], ecx
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
mov DWORD PTR _i$[ebp], 0
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
mov eax, DWORD PTR _i$[ebp]
add eax, 1
mov DWORD PTR _i$[ebp], eax
[email protected]:
cmp DWORD PTR _i$[ebp], 20 ; 00000014H
jge SHORT [email protected]
mov ecx, DWORD PTR _i$[ebp]
mov edx, DWORD PTR _a$[ebp+ecx*4]
push edx
mov eax, DWORD PTR _i$[ebp]
push eax
push OFFSET $SG2463
call _printf
add esp, 12 ; 0000000cH
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_main ENDP
這段程式碼主要有兩個迴圈：第一個迴圈填充陣列，第二個迴圈列印陣列元素。shl ecx,1指令使ecx的值乘以2，更多關於左移請參考17.3.1。 在堆疊上為陣列分配了80個位元組的空間，包含20個元素，每個元素4位元組大小。
GCC 4.4.1編譯後為：
Listing 16.2: GCC 4.4.1
#!bash
public main
main proc near ; DATA XREF: _start+17
var_70 = dword ptr -70h
var_6C = dword ptr -6Ch
var_68 = dword ptr -68h
i_2 = dword ptr -54h
i = dword ptr -4
push ebp
mov ebp, esp
and esp, 0FFFFFFF0h
sub esp, 70h
mov [esp+70h+i], 0 ; i=0
jmp short loc_804840A
loc_80483F7:
mov eax, [esp+70h+i]
mov edx, [esp+70h+i]
add edx, edx ; edx=i*2
mov [esp+eax*4+70h+i_2], edx
add [esp+70h+i], 1 ; i++
loc_804840A:
cmp [esp+70h+i], 13h
jle short loc_80483F7
mov [esp+70h+i], 0
jmp short loc_8048441
loc_804841B:
mov eax, [esp+70h+i]
mov edx, [esp+eax*4+70h+i_2]
mov eax, offset aADD ; "a[%d]=%d
"
mov [esp+70h+var_68], edx
mov edx, [esp+70h+i]
mov [esp+70h+var_6C], edx
mov [esp+70h+var_70], eax
call _printf
add [esp+70h+i], 1
loc_8048441:
cmp [esp+70h+i], 13h
jle short loc_804841B
mov eax, 0
leave
retn
main endp
順便提一下，一個int*型別（指向int的指標）的變數—你可以使該變數指向陣列並將該陣列傳遞給另一個函式，更準確的說，傳遞的指標指向陣列的第一個元素（該陣列其它元素的地址需要顯示計算）。比如a[idx]，idx加上指向該陣列的指標並返回該元素。 一個有趣的例子：類似”string”字元陣列的型別是const char*，索引可以應用與該指標。比如可能寫作”string”[i]—正確的C/C++表示式。
16.1.2 ARM + Non-optimizing Keil + ARM mode
#!bash
EXPORT _main
_main
STMFD SP!, {R4,LR}
SUB SP, SP, #0x50 ; allocate place for 20 int variables
; first loop
MOV R4, #0 ; i
B loc_4A0
loc_494
MOV R0, R4,LSL#1 ; R0=R4*2
STR R0, [SP,R4,LSL#2] ; store R0 to SP+R4<<2 (same as SP+R4*4)
ADD R4, R4, #1 ; i=i+1
loc_4A0
CMP R4, #20 ; i<20?
BLT loc_494 ; yes, run loop body again
; second loop
MOV R4, #0 ; i
B loc_4C4
loc_4B0
LDR R2, [SP,R4,LSL#2] ; (second printf argument) R2=*(SP+R4<<4) (same as *(SP+R4*4))
MOV R1, R4 ; (first printf argument) R1=i
ADR R0, aADD ; "a[%d]=%d
"
BL __2printf
ADD R4, R4, #1 ; i=i+1
loc_4C4
CMP R4, #20 ; i<20?
BLT loc_4B0 ; yes, run loop body again
MOV R0, #0 ; value to return
ADD SP, SP, #0x50 ; deallocate place, allocated for 20 int variables
LDMFD SP!, {R4,PC}
int型別長度為32bits即4位元組，20個int變數需要80（0x50）位元組，因此“sub sp,sp,#0x50”指令為在棧上分配儲存空間。 兩個迴圈迭代器i被儲存在R4暫存器中。 值i*2被寫入陣列，透過將i值左移1位實現乘以2的效果，整個過程透過”MOV R0,R4,LSL#1指令來實現。 “STR R0, [SP,R4,LSL#2]”把R0內容寫入陣列。過程為：SP指向陣列開始，R4是i，i左移2位相當於乘以4，即*(SP+R4*4)=R0。 第二個loop的“LDR R2, [SP,R4,LSL#2]”從陣列讀取數值到暫存器，R2=*(SP+R4*4)。
16.1.3 ARM + Keil + thumb 模式最佳化後
#!bash
_main
PUSH {R4,R5,LR}
; allocate place for 20 int variables + one more variable
SUB SP, SP, #0x54
; first loop
MOVS R0, #0 ; i
MOV R5, SP ; pointer to first array element
loc_1CE
LSLS R1, R0, #1 ; R1=i<<1 (same as i*2)
LSLS R2, R0, #2 ; R2=i<<2 (same as i*4)
ADDS R0, R0, #1 ; i=i+1
CMP R0, #20 ; i<20?
STR R1, [R5,R2] ; store R1 to *(R5+R2) (same R5+i*4)
BLT loc_1CE ; yes, i<20, run loop body again
; second loop
MOVS R4, #0 ; i=0
loc_1DC
LSLS R0, R4, #2 ; R0=i<<2 (same as i*4)
LDR R2, [R5,R0] ; load from *(R5+R0) (same as R5+i*4)
MOVS R1, R4
ADR R0, aADD ; "a[%d]=%d
"
BL __2printf
ADDS R4, R4, #1 ; i=i+1
CMP R4, #20 ; i<20?
BLT loc_1DC ; yes, i<20, run loop body again
MOVS R0, #0 ; value to return
; deallocate place, allocated for 20 int variables + one more variable
ADD SP, SP, #0x54
POP {R4,R5,PC}
Thumb程式碼也是非常類似的。Thumb模式計算陣列偏移的移位操作使用特定的指令LSLS。 編譯器在堆疊中申請的陣列空間更大，但是最後4個位元組的空間未使用。
16.2 緩衝區溢位
Array[index]中index指代陣列索引，仔細觀察下面的程式碼，你可能注意到程式碼沒有index是否小於20。如果index大於20？這是C/C++經常被批評的特徵。 以下程式碼可以成功編譯可以工作：
#!cpp
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[20];
int i;
for (i=0; i<20; i++)
a[i]=i*2;
printf ("a[100]=%d
", a[100]);
return 0;
};
編譯後 (MSVC 2010)：
#!bash
_TEXT SEGMENT
_i$ = -84 ; size = 4
_a$ = -80 ; size = 80
_main PROC
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 84 ; 00000054H
mov DWORD PTR _i$[ebp], 0
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
mov eax, DWORD PTR _i$[ebp]
add eax, 1
mov DWORD PTR _i$[ebp], eax
[email protected]:
cmp DWORD PTR _i$[ebp], 20 ; 00000014H
jge SHORT [email protected]
mov ecx, DWORD PTR _i$[ebp]
shl ecx, 1
mov edx, DWORD PTR _i$[ebp]
mov DWORD PTR _a$[ebp+edx*4], ecx
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
mov eax, DWORD PTR _a$[ebp+400]
push eax
push OFFSET $SG2460
call _printf
add esp, 8
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_main ENDP
執行，我們得到： a[100]=760826203
列印的數字僅僅是距離陣列第一個元素400個位元組處的堆疊上的數值。 編譯器可能會自動新增一些判斷陣列邊界的檢測程式碼（更高階語言3），但是這可能影響執行速度。 我們可以從棧上非法讀取數值，是否可以寫入數值呢？ 下面我們將寫入數值：
#!cpp
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[20];
int i;
for (i=0; i<30; i++)
a[i]=i;
return 0;
};
我們得到：
#!bash
_TEXT SEGMENT
_i$ = -84 ; size = 4
_a$ = -80 ; size = 80
_main PROC
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 84 ; 00000054H
mov DWORD PTR _i$[ebp], 0
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
mov eax, DWORD PTR _i$[ebp]
add eax, 1
mov DWORD PTR _i$[ebp], eax
[email protected]:
cmp DWORD PTR _i$[ebp], 30 ; 0000001eH
jge SHORT [email protected]
mov ecx, DWORD PTR _i$[ebp]
mov edx, DWORD PTR _i$[ebp] ; that instruction is obviously redundant
mov DWORD PTR _a$[ebp+ecx*4], edx ; ECX could be used as second operand here instead
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
xor eax, eax
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_main ENDP
編譯後執行，程式崩潰。我們找出導致崩潰的地方。 沒有使用偵錯程式，而是使用我自己寫的小工具tracer足以完成任務。 我們用它看被除錯程式崩潰的地方：
#!bash
generic tracer 0.4 (WIN32), http://conus.info/gt
New process: C:PRJ...1.exe, PID=7988
EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION: 0x15 (<symbol (0x15) is in unknown module>), ExceptionInformation
[0]=8
EAX=0x00000000 EBX=0x7EFDE000 ECX=0x0000001D EDX=0x0000001D
ESI=0x00000000 EDI=0x00000000 EBP=0x00000014 ESP=0x0018FF48
EIP=0x00000015
FLAGS=PF ZF IF RF
PID=7988|Process exit, return code -1073740791
我們來看各個暫存器的狀態，異常發生在地址0x15。這是個非法地址—至少對win32程式碼來說是！這種情況並不是我們期望的，我們還可以看到EBP值為0x14,ECX和EDX都為0x1D。 讓我們來研究堆疊佈局。 程式碼進入main（）後，EBP暫存器的值被儲存在棧上。為陣列和變數i一共分配84位元組的棧空間，即(20+1)*sizeof(int)。此時ESP指向_i變數，之後執行push something，something將緊挨著_i。 此時main()函式內棧佈局為：
#!bash
ESP
ESP+4
ESP+84
ESP+88
4 bytes for i
80 bytes for a[20] array
saved EBP value
returning address
指令a[19]=something寫入最後的int到陣列邊界（這裡是陣列邊界！）。 指令a[20]=something，something將覆蓋棧上儲存的EBP值。 請注意崩潰時暫存器的狀態。在此例中，數字20被寫入第20個元素，即原來存放EBP值得地方被寫入了20（20的16進製表示是0x14）。然後RET指令被執行，相當於執行POP EIP指令。 RET指令從堆疊中取出返回地址（該地址為CRT內部呼叫main()的地址），返回地址處被儲存了21（0x15）。CPU執行地址0x15的程式碼，異常被丟擲。 Welcome！這被稱為緩衝區溢位4。 使用字元陣列代替int陣列，建立一個較長的字串，把字串傳遞給程式，函式沒有檢測字串長度，把字元複製到較短的緩衝區，你能夠找到找到程式必須跳轉的地址。事實上，找出它們並不是很簡單。 我們來看GCC 4.4.1編譯後的同類程式碼：
#!bash
public main
main proc near
a = dword ptr -54h
i = dword ptr -4
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 60h
mov [ebp+i], 0
jmp short loc_80483D1
loc_80483C3:
mov eax, [ebp+i]
mov edx, [ebp+i]
mov [ebp+eax*4+a], edx
add [ebp+i], 1
loc_80483D1:
cmp [ebp+i], 1Dh
jle short loc_80483C3
mov eax, 0
leave
retn
main endp
在linux下執行將產生：段錯誤。 使用GDB除錯：
#!bash
(gdb) r
Starting program: /home/dennis/RE/1
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00000016 in ?? ()
(gdb) info registers
eax 0x0 0
ecx 0xd2f96388 -755407992
edx 0x1d 29
ebx 0x26eff4 2551796
esp 0xbffff4b0 0xbffff4b0
ebp 0x15 0x15
esi 0x0 0
edi 0x0 0
eip 0x16 0x16
eflags 0x10202 [ IF RF ]
cs 0x73 115
ss 0x7b 123
ds 0x7b 123
es 0x7b 123
fs 0x0 0
gs 0x33 51
(gdb)
暫存器的值與win32例子略微不同，因為堆疊佈局也不太一樣。
16.3 防止緩衝區溢位的方法
下面一些方法防止緩衝區溢位。MSVC使用以下編譯選項：
#!bash
/RTCs Stack Frame runtime checking
/GZ Enable stack checks (/RTCs)
一種方法是在函式區域性變數和序言之間寫入隨機值。在函式退出之前檢查該值。如果該值不一致則掛起而不執行RET。程式將被掛起。 該隨機值有時被稱為“探測值”。 如果使用MSVC編譯簡單的例子（16.1），使用RTC1和RTCs選項，將能看到函式呼叫@_RTC_[email protected]
我們來看GCC如何處理這些。我們使用alloca()(4.2.4)例子：
#!cpp
#include <malloc.h>
#include <stdio.h>
void f()
{
char *buf=(char*)alloca (600);
_snprintf (buf, 600, "hi! %d, %d, %d
", 1, 2, 3);
puts (buf);
};
我們不使用任何附加編譯選項，只使用預設選項，GCC 4.7.3將插入“探測“檢測程式碼： Listing 16.3: GCC 4.7.3
#!bash
.LC0:
.string "hi! %d, %d, %d
"
f:
push ebp
mov ebp, esp
push ebx
sub esp, 676
lea ebx, [esp+39]
and ebx, -16
mov DWORD PTR [esp+20], 3
mov DWORD PTR [esp+16], 2
mov DWORD PTR [esp+12], 1
mov DWORD PTR [esp+8], OFFSET FLAT:.LC0 ; "hi! %d, %d, %d
"
mov DWORD PTR [esp+4], 600
mov DWORD PTR [esp], ebx
mov eax, DWORD PTR gs:20 ; canary
mov DWORD PTR [ebp-12], eax
xor eax, eax
call _snprintf
mov DWORD PTR [esp], ebx
call puts
mov eax, DWORD PTR [ebp-12]
xor eax, DWORD PTR gs:20 ; canary
jne .L5
mov ebx, DWORD PTR [ebp-4]
leave
ret
.L5:
call __stack_chk_fail
隨機值存在於gs:20。它被寫入到堆疊，在函式的結尾與gs:20的探測值對比，如果不一致，__stack_chk_fail函式將被呼叫，控制檯(Ubuntu 13.04 x86)將輸出以下資訊：
#!bash
*** buffer overflow detected ***: ./2_1 terminated
======= Backtrace: =========
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__fortify_fail+0x63)[0xb7699bc3]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(+0x10593a)[0xb769893a]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(+0x105008)[0xb7698008]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(_IO_default_xsputn+0x8c)[0xb7606e5c]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(_IO_vfprintf+0x165)[0xb75d7a45]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__vsprintf_chk+0xc9)[0xb76980d9]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__sprintf_chk+0x2f)[0xb7697fef]
./2_1[0x8048404]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf5)[0xb75ac935]
======= Memory map: ========
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 2097586 /home/dennis/2_1
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 2097586 /home/dennis/2_1
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 2097586 /home/dennis/2_1
094d1000-094f2000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
b7560000-b757b000 r-xp 00000000 08:01 1048602 /lib/i386-linux-gnu/libgcc_s.so.1
b757b000-b757c000 r--p 0001a000 08:01 1048602 /lib/i386-linux-gnu/libgcc_s.so.1
b757c000-b757d000 rw-p 0001b000 08:01 1048602 /lib/i386-linux-gnu/libgcc_s.so.1
b7592000-b7593000 rw-p 00000000 00:00 0
b7593000-b7740000 r-xp 00000000 08:01 1050781 /lib/i386-linux-gnu/libc-2.17.so
b7740000-b7742000 r--p 001ad000 08:01 1050781 /lib/i386-linux-gnu/libc-2.17.so
b7742000-b7743000 rw-p 001af000 08:01 1050781 /lib/i386-linux-gnu/libc-2.17.so
b7743000-b7746000 rw-p 00000000 00:00 0
b775a000-b775d000 rw-p 00000000 00:00 0
b775d000-b775e000 r-xp 00000000 00:00 0 [vdso]
b775e000-b777e000 r-xp 00000000 08:01 1050794 /lib/i386-linux-gnu/ld-2.17.so
b777e000-b777f000 r--p 0001f000 08:01 1050794 /lib/i386-linux-gnu/ld-2.17.so
b777f000-b7780000 rw-p 00020000 08:01 1050794 /lib/i386-linux-gnu/ld-2.17.so
bff35000-bff56000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]
Aborted (core dumped)
gs被叫做段暫存器，這些暫存器被廣泛用在MS-DOS和擴充套件DOS時代。現在的作用和以前不同。簡要的說，gs暫存器在linux下一直指向TLS（48）--儲存執行緒的各種資訊（win32環境下，fs暫存器同樣的作用，指向TIB8 9）。 更多資訊請參考linux原始碼arch/x86/include/asm/stackprotector.h（至少3.11版本）。
16.3.1 Optimizing Xcode (LLVM) + thumb-2 mode
我們回頭看簡單的陣列例子(16.1)。我們來看LLVM如何檢查“探測值“。
#!bash
_main
var_64 = -0x64
var_60 = -0x60
var_5C = -0x5C
var_58 = -0x58
var_54 = -0x54
var_50 = -0x50
var_4C = -0x4C
var_48 = -0x48
var_44 = -0x44
var_40 = -0x40
var_3C = -0x3C
var_38 = -0x38
var_34 = -0x34
var_30 = -0x30
var_2C = -0x2C
var_28 = -0x28
var_24 = -0x24
var_20 = -0x20
var_1C = -0x1C
var_18 = -0x18
canary = -0x14
var_10 = -0x10
PUSH {R4-R7,LR}
ADD R7, SP, #0xC
STR.W R8, [SP,#0xC+var_10]!
SUB SP, SP, #0x54
MOVW R0, #aObjc_methtype ; "objc_methtype"
MOVS R2, #0
MOVT.W R0, #0
MOVS R5, #0
ADD R0, PC
LDR.W R8, [R0]
LDR.W R0, [R8]
STR R0, [SP,#0x64+canary]
MOVS R0, #2
STR R2, [SP,#0x64+var_64]
STR R0, [SP,#0x64+var_60]
MOVS R0, #4
STR R0, [SP,#0x64+var_5C]
MOVS R0, #6
STR R0, [SP,#0x64+var_58]
MOVS R0, #8
STR R0, [SP,#0x64+var_54]
MOVS R0, #0xA
STR R0, [SP,#0x64+var_50]
MOVS R0, #0xC
STR R0, [SP,#0x64+var_4C]
MOVS R0, #0xE
STR R0, [SP,#0x64+var_48]
MOVS R0, #0x10
STR R0, [SP,#0x64+var_44]
MOVS R0, #0x12
STR R0, [SP,#0x64+var_40]
MOVS R0, #0x14
STR R0, [SP,#0x64+var_3C]
MOVS R0, #0x16
STR R0, [SP,#0x64+var_38]
MOVS R0, #0x18
STR R0, [SP,#0x64+var_34]
MOVS R0, #0x1A
STR R0, [SP,#0x64+var_30]
MOVS R0, #0x1C
STR R0, [SP,#0x64+var_2C]
MOVS R0, #0x1E
STR R0, [SP,#0x64+var_28]
MOVS R0, #0x20
STR R0, [SP,#0x64+var_24]
MOVS R0, #0x22
STR R0, [SP,#0x64+var_20]
MOVS R0, #0x24
STR R0, [SP,#0x64+var_1C]
MOVS R0, #0x26
STR R0, [SP,#0x64+var_18]
MOV R4, 0xFDA ; "a[%d]=%d
"
MOV R0, SP
ADDS R6, R0, #4
ADD R4, PC
B loc_2F1C
; second loop begin
loc_2F14
ADDS R0, R5, #1
LDR.W R2, [R6,R5,LSL#2]
MOV R5, R0
loc_2F1C
MOV R0, R4
MOV R1, R5
BLX _printf
CMP R5, #0x13
BNE loc_2F14
LDR.W R0, [R8]
LDR R1, [SP,#0x64+canary]
CMP R0, R1
ITTTT EQ ; canary still correct?
MOVEQ R0, #0
ADDEQ SP, SP, #0x54
LDREQ.W R8, [SP+0x64+var_64],#4
POPEQ {R4-R7,PC}
BLX ___stack_chk_fail
首先可以看到，LLVM迴圈展開寫入陣列，LLVM認為先計算出陣列元素的值速度更快。 在函式的結尾我們能看到“探測值“的檢測—區域性儲存的值與R8指向的標準值對比。如果相等4指令塊將透過”ITTTT EQ“觸發，R0寫入0，函式退出。如果不相等，指令塊將不會被觸發，跳向___stack_chk_fail函式，結束程式。
16.4 One more word about arrays
現在我們來理解下面的C/C++程式碼為什麼不能正常使用10：
#!cpp
void f(int size)
{
int a[size];
...
};
這是因為在編譯階段編譯器不知道陣列的具體大小無論是在堆疊或者資料段，無法分配具體空間。 如果你需要任意大小的陣列，應該透過malloc()分配空間，然後訪問記憶體塊來訪問你需要的型別陣列。或者使用C99標準[15,6.7.5/2]，但它內部看起來更像alloca()(4.2.4)。
16.5 Multidimensional arrays
多維陣列和線性陣列在本質上是一樣的。 因為計算機記憶體是線性的，它是一維陣列。但是一維陣列可以很容易用來表現多維的。 比如陣列a[3][4]元素可以放置在一維陣列的12個單元中：
#!bash
[0][0]
[0][1]
[0][2]
[0][3]
[1][0]
[1][4]
[1][5]
[1][6]
[2][0]
[2][7]
[2][8]
[2][9]
該二維陣列在記憶體中用一維陣列索引表示為：
| 1 | 2 | 3 | |
|---|---|---|---|
| 4 | 5 | 6 | 7 |
| 8 | 9 | 10 | 11 |
為了計算我們需要的元素地址，首先，第一個索引乘以4（矩陣寬度），然後加上第二個索引。這種被稱為行優先，C/C++和Python常用這種方法。行優先的意思是：先寫入第一行，接著是第二行，…，最後是最後一行。 另一種方法就是列優先，主要用在FORTRAN,MATLAB,R等。列優先的意思是：先寫入第一列，然後是第二列，…，最後是最後一列。 多維陣列與此類似。 我們看個例子： Listing 16.4: simple example
#!cpp
#include <stdio.h>
int a[10][20][30];
void insert(int x, int y, int z, int value)
{
a[x][y][z]=value;
};
16.5.1 x86
MSVC 2010：
Listing 16.5: MSVC 2010
#!bash
_DATA SEGMENT
COMM _a:DWORD:01770H
_DATA ENDS
PUBLIC _insert
_TEXT SEGMENT
_x$ = 8 ; size = 4
_y$ = 12 ; size = 4
_z$ = 16 ; size = 4
_value$ = 20 ; size = 4
_insert PROC
push ebp
mov ebp, esp
mov eax, DWORD PTR _x$[ebp]
imul eax, 2400 ; eax=600*4*x
mov ecx, DWORD PTR _y$[ebp]
imul ecx, 120 ; ecx=30*4*y
lea edx, DWORD PTR _a[eax+ecx] ; edx=a + 600*4*x + 30*4*y
mov eax, DWORD PTR _z$[ebp]
mov ecx, DWORD PTR _value$[ebp]
mov DWORD PTR [edx+eax*4], ecx ; *(edx+z*4)=value
pop ebp
ret 0
_insert ENDP
_TEXT ENDS
多維陣列計算索引公式：address=600*4*x+30*4*y+4z。因為int型別為32-bits（4位元組），所以要乘以4。
Listing 16.6: GCC 4.4.1
#!bash
public insert
insert proc near
x = dword ptr 8
y = dword ptr 0Ch
z = dword ptr 10h
value = dword ptr 14h
push ebp
mov ebp, esp
push ebx
mov ebx, [ebp+x]
mov eax, [ebp+y]
mov ecx, [ebp+z]
lea edx, [eax+eax] ; edx=y*2
mov eax, edx ; eax=y*2
shl eax, 4 ; eax=(y*2)<<4 = y*2*16 = y*32
sub eax, edx ; eax=y*32 - y*2=y*30
imul edx, ebx, 600 ; edx=x*600
add eax, edx ; eax=eax+edx=y*30 + x*600
lea edx, [eax+ecx] ; edx=y*30 + x*600 + z
mov eax, [ebp+value]
mov dword ptr ds:a[edx*4], eax ; *(a+edx*4)=value
pop ebx
pop ebp
retn
insert endp
GCC使用的不同的計算方法。為計算第一個操作值30y，GCC沒有使用乘法指令。GCC的做法是：(???? + ????) ≪ 4 − (???? + ????) = (2????) ≪ 4 − 2???? = 2 ・ 16 ・ ???? − 2???? = 32???? − 2???? = 30????。因此30y的計算僅使用加法和移位操作，這樣速度更快。
16.5.2 ARM + Non-optimizing Xcode (LLVM) + thumb mode
Listing 16.7: Non-optimizing Xcode (LLVM) + thumb mode
#!bash
_insert
value = -0x10
z = -0xC
y = -8
x = -4
; allocate place in local stack for 4 values of int type
SUB SP, SP, #0x10
MOV R9, 0xFC2 ; a
ADD R9, PC
LDR.W R9, [R9]
STR R0, [SP,#0x10+x]
STR R1, [SP,#0x10+y]
STR R2, [SP,#0x10+z]
STR R3, [SP,#0x10+value]
LDR R0, [SP,#0x10+value]
LDR R1, [SP,#0x10+z]
LDR R2, [SP,#0x10+y]
LDR R3, [SP,#0x10+x]
MOV R12, 2400
MUL.W R3, R3, R12
ADD R3, R9
MOV R9, 120
MUL.W R2, R2, R9
ADD R2, R3
LSLS R1, R1, #2 ; R1=R1<<2
ADD R1, R2
STR R0, [R1] ; R1 - address of array element
; deallocate place in local stack, allocated for 4 values of int type
ADD SP, SP, #0x10
BX LR
非最佳化的LLVM程式碼在棧中儲存了所有變數，這是冗餘的。元素地址的計算我們透過公式已經找到了。
16.5.3 ARM + Optimizing Xcode (LLVM) + thumb mode
Listing 16.8: Optimizing Xcode (LLVM) + thumb mode
#!bash
_insert
MOVW R9, #0x10FC
MOV.W R12, #2400
MOVT.W R9, #0
RSB.W R1, R1, R1,LSL#4 ; R1 - y. R1=y<<4 - y = y*16 - y = y*15
ADD R9, PC ; R9 = pointer to a array
LDR.W R9, [R9]
MLA.W R0, R0, R12, R9 ; R0 - x, R12 - 2400, R9 - pointer to a. R0=x*2400 + ptr to a
ADD.W R0, R0, R1,LSL#3 ; R0 = R0+R1<<3 = R0+R1*8 = x*2400 + ptr to a + y*15*8 =
; ptr to a + y*30*4 + x*600*4
STR.W R3, [R0,R2,LSL#2] ; R2 - z, R3 - value. address=R0+z*4 =
; ptr to a + y*30*4 + x*600*4 + z*4
BX LR
這裡的小技巧沒有使用乘法，使用移位、加減法等。 這裡有個新指令RSB（逆向減法），該指令的意義是讓第一個運算元像SUB第二個運算元一樣可以應用LSL#4附加操作。 “LDR.W R9, [R9]”類似於x86下的LEA指令（B.6.2），這裡什麼都沒有做，是冗餘的。顯然，編譯器沒有最佳化它。
Chapter 17 位域
很多函式引數的輸入標誌使用了位域。當然，可以使用bool型別來替代，只是有點浪費。
17.1 Specific bit checking
17.1.1 x86
Win32 API 例子:
#!cpp
HANDLE fh;
fh=CreateFile ("file", GENERIC_WRITE | GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_ALWAYS,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
MSVC 2010： Listing 17.1: MSVC 2010
#!bash
push 0
push 128 ; 00000080H
push 4
push 0
push 1
push -1073741824 ; c0000000H
push OFFSET $SG78813
call DWORD PTR [email protected]
mov DWORD PTR _fh$[ebp], eax
我們再檢視WinNT.h:
Listing 17.2: WinNT.h
#!cpp
#define GENERIC_READ (0x80000000L)
#define GENERIC_WRITE (0x40000000L)
#define GENERIC_EXECUTE (0x20000000L)
#define GENERIC_ALL (0x10000000L)
容易看出GENERIC_READ | GENERIC_WRITE = 0x80000000 | 0x40000000 = 0xC0000000，該值作為CreateFile()1函式的第二個引數。 CreateFile()如何檢查該標誌呢？ 以Windows XP SP3 x86為例，在kernel32.dll中檢視CreateFileW檢查該標誌的程式碼片段： Listing 17.3: KERNEL32.DLL (Windows XP SP3 x86)
#!bash
.text:7C83D429 test byte ptr [ebp+dwDesiredAccess+3], 40h
.text:7C83D42D mov [ebp+var_8], 1
.text:7C83D434 jz short loc_7C83D417
.text:7C83D436 jmp loc_7C810817
我們來看TEST指令，該指令並未檢測整個第二個引數，僅檢測關鍵的一個位元組(ebp+dwDesiredAccess+3)，檢測0x40標誌（這裡代表GENERIC_WRITE標誌）。 Test對兩個引數(目標，源)執行AND邏輯操作,並根據結果設定標誌暫存器,結果本身不會儲存（CMP和SUB與此類似（6.6.1））。 該程式碼片段邏輯如下：
#!cpp
if ((dwDesiredAccess&0x40000000) == 0) goto loc_7C83D417
如果AND指令沒有設定ZF位，JZ將不觸發跳轉。如果dwDesiredAccess不等於0x40000000，AND結果將是0，ZF位將會被設定，條件跳轉將被觸發。
我們在linux GCC 4.4.1下檢視：
#!bash
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
void main()
{
int handle;
handle=open ("file", O_RDWR | O_CREAT);
};
我們得到： Listing 17.4: GCC 4.4.1
#!bash
public main
main proc near
var_20 = dword ptr -20h
var_1C = dword ptr -1Ch
var_4 = dword ptr -4
push ebp
mov ebp, esp
and esp, 0FFFFFFF0h
sub esp, 20h
mov [esp+20h+var_1C], 42h
mov [esp+20h+var_20], offset aFile ; "file"
call _open
mov [esp+20h+var_4], eax
leave
retn
main endp
我們在libc.so.6庫中檢視open()函式，看到syscall： Listing 17.5: open() (libc.so.6)
#!bash
.text:000BE69B mov edx, [esp+4+mode] ; mode
.text:000BE69F mov ecx, [esp+4+flags] ; flags
.text:000BE6A3 mov ebx, [esp+4+filename] ; filename
.text:000BE6A7 mov eax, 5
.text:000BE6AC int 80h ; LINUX - sys_open
因此open()對於標誌位的檢測在核心中。 對於linux2.6，當sys_open被呼叫時，最終傳遞到do_sys_open核心函式，然後進入do_filp_open()函式（該函式位於原始碼fs/namei.c中）。 除了透過堆疊傳遞引數，還可以透過暫存器傳遞方式，這種呼叫方式成為fastcall(47.3)。這種呼叫方式CPU不需要訪問堆疊就可以直接讀取引數的值，所以速度更快。GCC有編譯選項regram2，可以設定透過暫存器傳遞的引數的個數。 Linux2.6核心編譯附加選項為-mregram=33 4。 這意味著前3個引數透過EAX、EDX、ECX暫存器傳遞，剩餘的引數透過堆疊傳遞。如果引數小於3，僅部分暫存器被使用。 我們下載linux核心2.6.31原始碼，在Ubuntu中編譯：make vmlinux，在IDA中開啟，找到do_filp_open()函式。在開始部分我們可以看到（註釋個人新增）： Listing 17.6:do_filp_open() (linux kernel 2.6.31)
#!bash
do_filp_open proc near
...
push ebp
mov ebp, esp
push edi
push esi
push ebx
mov ebx, ecx
add ebx, 1
sub esp, 98h
mov esi, [ebp+arg_4] ; acc_mode (5th arg)
test bl, 3
mov [ebp+var_80], eax ; dfd (1th arg)
mov [ebp+var_7C], edx ; pathname (2th arg)
mov [ebp+var_78], ecx ; open_flag (3th arg)
jnz short loc_C01EF684
mov ebx, ecx ; ebx <- open_flag
GCC儲存3個引數的值到堆疊。否則，可能會造成暫存器浪費。 我們來看程式碼片段： Listing 17.7: do_filp_open() (linux kernel 2.6.31)
#!bash
loc_C01EF6B4: ; CODE XREF: do_filp_open+4F
test bl, 40h ; O_CREAT
jnz loc_C01EF810
mov edi, ebx
shr edi, 11h
xor edi, 1
and edi, 1
test ebx, 10000h
jz short loc_C01EF6D3
or edi, 2
O_CREAT宏等於0x40，如果open_flag為0x40，標誌位被置1，接下來的JNZ指令將被觸發。
17.1.2 ARM
Linux kernel3.8.0檢測O_CREAT過程有點不同。 Listing 17.8: linux kernel 3.8.0
#!bash
struct file *do_filp_open(int dfd, struct filename *pathname,
const struct open_flags *op)
{
... filp = path_openat(dfd, pathname, &nd, op, flags | LOOKUP_RCU); ... }
static struct file *path_openat(int dfd, struct filename *pathname,
struct nameidata *nd, const struct open_flags *op, int flags)
{
... error = do_last(nd, &path, file, op, &opened, pathname); ... } static int do_last(struct nameidata *nd, struct path *path, struct file *file, const struct open_flags *op, int *opened, struct filename *name) { ... if (!(open_flag & O_CREAT)) { ... error = lookup_fast(nd, path, &inode); ... } else { ... error = complete_walk(nd); } ... }
在IDA中檢視ARM模式核心： Listing 17.9: do_last() (vmlinux)
#!bash
...
.text:C0169EA8 MOV R9, R3 ; R3 - (4th argument) open_flag
...
.text:C0169ED4 LDR R6, [R9] ; R6 - open_flag
...
.text:C0169F68 TST R6, #0x40 ; jumptable C0169F00 default case
.text:C0169F6C BNE loc_C016A128
.text:C0169F70 LDR R2, [R4,#0x10]
.text:C0169F74 ADD R12, R4, #8
.text:C0169F78 LDR R3, [R4,#0xC]
.text:C0169F7C MOV R0, R4
.text:C0169F80 STR R12, [R11,#var_50]
.text:C0169F84 LDRB R3, [R2,R3]
.text:C0169F88 MOV R2, R8
.text:C0169F8C CMP R3, #0
.text:C0169F90 ORRNE R1, R1, #3
.text:C0169F94 STRNE R1, [R4,#0x24]
.text:C0169F98 ANDS R3, R6, #0x200000
.text:C0169F9C MOV R1, R12
.text:C0169FA0 LDRNE R3, [R4,#0x24]
.text:C0169FA4 ANDNE R3, R3, #1
.text:C0169FA8 EORNE R3, R3, #1
.text:C0169FAC STR R3, [R11,#var_54]
.text:C0169FB0 SUB R3, R11, #-var_38
.text:C0169FB4 BL lookup_fast
...
.text:C016A128 loc_C016A128 ; CODE XREF: do_last.isra.14+DC
.text:C016A128 MOV R0, R4
.text:C016A12C BL complete_walk
...
TST指令類似於x86下的TEST指令。 這段程式碼來自do_last()函式原始碼，有兩個分支lookup_fast()和complete_walk()。這裡O_CREAT宏也等於0x40。
17.2 Specific bit setting/clearing
例如：
#!cpp
#define IS_SET(flag, bit) ((flag) & (bit))
#define SET_BIT(var, bit) ((var) |= (bit))
#define REMOVE_BIT(var, bit) ((var) &= ~(bit))
int f(int a)
{
int rt=a;
SET_BIT (rt, 0x4000);
REMOVE_BIT (rt, 0x200);
return rt;
};
17.2.1 x86
MSVC 2010: Listing 17.10: MSVC 2010
#!bash
_rt$ = -4 ; size = 4
_a$ = 8 ; size = 4
_f PROC
push ebp
mov ebp, esp
push ecx
mov eax, DWORD PTR _a$[ebp]
mov DWORD PTR _rt$[ebp], eax
mov ecx, DWORD PTR _rt$[ebp]
or ecx, 16384 ; 00004000H
mov DWORD PTR _rt$[ebp], ecx
mov edx, DWORD PTR _rt$[ebp]
and edx, -513 ; fffffdffH
mov DWORD PTR _rt$[ebp], edx
mov eax, DWORD PTR _rt$[ebp]
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_f ENDP
OR指令新增一個或多個bit位而忽略了其餘位。 AND用來重置一個bit位。 如果我們使用msvc編譯，並且開啟最佳化選項(/Ox)，程式碼將會更短： Listing 17.11: Optimizing MSVC
#!bash
_a$ = 8 ; size = 4
_f PROC
mov eax, DWORD PTR _a$[esp-4]
and eax, -513 ; fffffdffH
or eax, 16384 ; 00004000H
ret 0
_f ENDP
我們來看GCC 4.4.1無最佳化的程式碼：
#!bash
public f
f proc near
var_4 = dword ptr -4
arg_0 = dword ptr 8
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 10h
mov eax, [ebp+arg_0]
mov [ebp+var_4], eax
or [ebp+var_4], 4000h
and [ebp+var_4], 0FFFFFDFFh
mov eax, [ebp+var_4]
leave
retn
f endp
MSVC未最佳化的程式碼有些冗餘。 現在我們來看GCC開啟最佳化選項-O3：
Listing 17.13: Optimizing GCC
#!bash
public f
f proc near
arg_0 = dword ptr 8
push ebp
mov ebp, esp
mov eax, [ebp+arg_0]
pop ebp
or ah, 40h
and ah, 0FDh
retn
f endp
程式碼更短。值得注意的是編譯器使用了AH暫存器-EAX暫存器8bit-15bit部分。
8086 16位CPU累加器被稱為AX，包含兩個8位部分-AL（低位元組）和AH（高位元組）。在80386下所有暫存器被擴充套件為32位，累加器被命名為EAX，為了保持相容性，它的老的部分仍可以作為AX/AH/AL暫存器來訪問。 因為所有的x86 CPU都相容於16位CPU，所以老的16位操作碼比32位操作碼更短。”or ah,40h”指令僅複製3個位元組比“or eax,04000h”需要複製5個位元組甚至6個位元組（如果第一個操作碼不是EAX）更合理。 編譯時候開啟-O3並且設定regram=3生成的程式碼會更短。
Listing 17.14: Optimizing GCC
#!bash
public f
f proc near
push ebp
or ah, 40h
mov ebp, esp
and ah, 0FDh
pop ebp
retn
f endp
事實上，第一個引數已經被載入到EAX了，所以可以直接使用了。值得注意的是，函式序言（push ebp/mov ebp,esp）和結語（pop ebp）很容易被忽略。GCC並沒有最佳化掉這些程式碼。更短的程式碼可以使用行內函數（27）。
17.2.2 ARM + Optimizing Keil + ARM mode
Listing 17.15: Optimizing Keil + ARM mode
#!bash
02 0C C0 E3 BIC R0, R0, #0x200
01 09 80 E3 ORR R0, R0, #0x4000
1E FF 2F E1 BX LR
BIC是“邏輯and“類似於x86下的AND。ORR是”邏輯or“類似於x86下的OR。
17.2.3 ARM + Optimizing Keil + thumb mode
Listing 17.16: Optimizing Keil + thumb mode
#!bash
01 21 89 03 MOVS R1, 0x4000
08 43 ORRS R0, R1
49 11 ASRS R1, R1, #5 ; generate 0x200 and place to R1
88 43 BICS R0, R1
70 47 BX LR5
從0x4000右移生成0x200，採用移位使程式碼更簡潔。
17.2.4 ARM + Optimizing Xcode (LLVM) + ARM mode
Listing 17.17: Optimizing Xcode (LLVM) + ARM mode
#!bash
42 0C C0 E3 BIC R0, R0, #0x4200
01 09 80 E3 ORR R0, R0, #0x4000
1E FF 2F E1 BX LR
該程式碼由LLVM生成，從原始碼形式上看，看起來更像是：
#!bash
REMOVE_BIT (rt, 0x4200);
SET_BIT (rt, 0x4000);
為什麼是0x4200?可能是編譯器構造的5，可能是編譯器編譯錯誤，但生成的程式碼是可用的。 更多編譯器異常請參考相關資料（67）。 對於thumb模式，最佳化Xcode(LLVM)生成的程式碼相似。
17.3 Shifts
C/C++的移位操作透過<<和>>實現。 這裡有一個例子函式，計算輸入變數有多少個位被置為1.
#!cpp
#define IS_SET(flag, bit) ((flag) & (bit))
int f(unsigned int a)
{
int i;
int rt=0;
for (i=0; i<32; i++)
if (IS_SET (a, 1<<i))
rt++;
return rt;
};
在迴圈中，迭代計數從0到31，1<<i語句將計數從1到0x80000000。1<<i即1左移n位，將包含32位數字所有可能的bit位。每次移位僅有1位被置1，其它位均為0，IS_SET宏將判斷a對應的位是否置1。
IS_SET宏就是邏輯與(AND)操作，如果對應的位不為1，則返回0。if條件表示式如果不為0，if()將被觸發。
17.3.1 x86
MSVC 2010:
Listing 17.18: MSVC 2010
#!bash
_rt$ = -8 ; size = 4
_i$ = -4 ; size = 4
_a$ = 8 ; size = 4
_f PROC
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 8
mov DWORD PTR _rt$[ebp], 0
mov DWORD PTR _i$[ebp], 0
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
mov eax, DWORD PTR _i$[ebp] ; increment of 1
add eax, 1
mov DWORD PTR _i$[ebp], eax
[email protected]:
cmp DWORD PTR _i$[ebp], 32 ; 00000020H
jge SHORT [email protected] ; loop finished?
mov edx, 1
mov ecx, DWORD PTR _i$[ebp]
shl edx, cl ; EDX=EDX<<CL
and edx, DWORD PTR _a$[ebp]
je SHORT [email protected] ; result of AND instruction was 0?
; then skip next instructions
mov eax, DWORD PTR _rt$[ebp] ; no, not zero
add eax, 1 ; increment rt
mov DWORD PTR _rt$[ebp], eax
[email protected]:
jmp SHORT [email protected]
[email protected]:
mov eax, DWORD PTR _rt$[ebp]
mov esp, ebp
pop ebp
ret 0
_f ENDP
下面是GCC 4.4.1編譯的程式碼： Listing 17.19: GCC 4.4.1
#!bash
public f
f proc near
rt = dword ptr -0Ch
i = dword ptr -8
arg_0 = dword ptr 8
push ebp
mov ebp, esp
push ebx
sub esp, 10h
mov [ebp+rt], 0
mov [ebp+i], 0
jmp short loc_80483EF
loc_80483D0:
mov eax, [ebp+i]
mov edx, 1
mov ebx, edx
mov ecx, eax
shl ebx, cl
mov eax, ebx
and eax, [ebp+arg_0]
test eax, eax
jz short loc_80483EB
add [ebp+rt], 1
loc_80483EB:
add [ebp+i], 1
loc_80483EF:
cmp [ebp+i], 1Fh
jle short loc_80483D0
mov eax, [ebp+rt]
add esp, 10h
pop ebx
pop ebp
retn
f endp
在乘以或者除以2的指數值（1,2,4,8等）時經常使用移位操作。 例如：
#!cpp
unsigned int f(unsigned int a)
{
return a/4;
};
MSVC 2010: Listing 17.20: MSVC 2010
#!bash
_a$ = 8 ; size = 4
_f PROC
mov eax, DWORD PTR _a$[esp-4]
shr eax, 2
ret 0
_f ENDP
例子中的SHR（邏輯右移）指令將a值右移2位，最高兩位被置0，最低2位被丟棄。實施上丟棄的兩位是除法的餘數。 SHR作用類似SHL只是移位方向不同。
使用十進位制23很好來理解。23除以10，丟棄最後的數字（3是餘數），商為2。 與此類似的是乘法。比如乘以4，僅需將數字左移2位，最低兩位被置0。就像3乘以100—僅僅在最後補兩個0就行了。
17.3.2 ARM + Optimizing Xcode (LLVM) + ARM mode
Listing 17.21: Optimizing Xcode (LLVM) + ARM mode
#!bash
MOV R1, R0
MOV R0, #0
MOV R2, #1
MOV R3, R0
loc_2E54
TST R1, R2,LSL R3 ; set flags according to R1 & (R2<<R3)
ADD R3, R3, #1 ; R3++
ADDNE R0, R0, #1 ; if ZF flag is cleared by TST, R0++
CMP R3, #32
BNE loc_2E54
BX LR
TST類似於x86下的TEST指令。 正如我前面提到的(14.2.1)，ARM模式下沒有單獨的移位指令。對於用作修飾的LSL（邏輯左移）、LSR（邏輯右移）、ASR（算術右移）、ROR（迴圈右移）和RRX（帶擴充套件的迴圈右移指令），需要與MOV，TST，CMP，ADD，SUB，RSB結合來使用6。 這些修飾指令被定義，第二個運算元指定移動的位數。 因此“TST R1, R2,LSL R3”指令所做的工作為????1 ∧ (????2 ≪ ????3).
17.3.3 ARM + Optimizing Xcode (LLVM) + thumb-2 mode
幾乎一樣，只是這裡使用LSL.W/TST指令而不是隻有TST。因為Thumb模式下TST沒有定義修飾符LSL。
#!bash
MOV R1, R0
MOVS R0, #0
MOV.W R9, #1
MOVS R3, #0
loc_2F7A
LSL.W R2, R9, R3
TST R2, R1
ADD.W R3, R3, #1
IT NE
ADDNE R0, #1
CMP R3, #32
BNE loc_2F7A
BX LR
17.4 CRC32 calculation example
這是非常流行的CRC32雜湊雜湊計算7。
#!cpp
/* By Bob Jenkins, (c) 2006, Public Domain */
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <string.h>
typedef unsigned long ub4;
typedef unsigned char ub1;
static const ub4 crctab[256] = {
0x00000000, 0x77073096, 0xee0e612c, 0x990951ba, 0x076dc419, 0x706af48f,
0xe963a535, 0x9e6495a3, 0x0edb8832, 0x79dcb8a4, 0xe0d5e91e, 0x97d2d988,
0x09b64c2b, 0x7eb17cbd, 0xe7b82d07, 0x90bf1d91, 0x1db71064, 0x6ab020f2,
0xf3b97148, 0x84be41de, 0x1adad47d, 0x6ddde4eb, 0xf4d4b551, 0x83d385c7,
0x136c9856, 0x646ba8c0, 0xfd62f97a, 0x8a65c9ec, 0x14015c4f, 0x63066cd9,
0xfa0f3d63, 0x8d080df5, 0x3b6e20c8, 0x4c69105e, 0xd56041e4, 0xa2677172,
0x3c03e4d1, 0x4b04d447, 0xd20d85fd, 0xa50ab56b, 0x35b5a8fa, 0x42b2986c,
0xdbbbc9d6, 0xacbcf940, 0x32d86ce3, 0x45df5c75, 0xdcd60dcf, 0xabd13d59,
0x26d930ac, 0x51de003a, 0xc8d75180, 0xbfd06116, 0x21b4f4b5, 0x56b3c423,
0xcfba9599, 0xb8bda50f, 0x2802b89e, 0x5f058808, 0xc60cd9b2, 0xb10be924,
0x2f6f7c87, 0x58684c11, 0xc1611dab, 0xb6662d3d, 0x76dc4190, 0x01db7106,
0x98d220bc, 0xefd5102a, 0x71b18589, 0x06b6b51f, 0x9fbfe4a5, 0xe8b8d433,
0x7807c9a2, 0x0f00f934, 0x9609a88e, 0xe10e9818, 0x7f6a0dbb, 0x086d3d2d,
0x91646c97, 0xe6635c01, 0x6b6b51f4, 0x1c6c6162, 0x856530d8, 0xf262004e,
0x6c0695ed, 0x1b01a57b, 0x8208f4c1, 0xf50fc457, 0x65b0d9c6, 0x12b7e950,
0x8bbeb8ea, 0xfcb9887c, 0x62dd1ddf, 0x15da2d49, 0x8cd37cf3, 0xfbd44c65,
0x4db26158, 0x3ab551ce, 0xa3bc0074, 0xd4bb30e2, 0x4adfa541, 0x3dd895d7,
0xa4d1c46d, 0xd3d6f4fb, 0x4369e96a, 0x346ed9fc, 0xad678846, 0xda60b8d0,
0x44042d73, 0x33031de5, 0xaa0a4c5f, 0xdd0d7cc9, 0x5005713c, 0x270241aa,
0xbe0b1010, 0xc90c2086, 0x5768b525, 0x206f85b3, 0xb966d409, 0xce61e49f,
0x5edef90e, 0x29d9c998, 0xb0d09822, 0xc7d7a8b4, 0x59b33d17, 0x2eb40d81,
0xb7bd5c3b, 0xc0ba6cad, 0xedb88320, 0x9abfb3b6, 0x03b6e20c, 0x74b1d29a,
0xead54739, 0x9dd277af, 0x04db2615, 0x73dc1683, 0xe3630b12, 0x94643b84,
0x0d6d6a3e, 0x7a6a5aa8, 0xe40ecf0b, 0x9309ff9d, 0x0a00ae27, 0x7d079eb1,
0xf00f9344, 0x8708a3d2, 0x1e01f268, 0x6906c2fe, 0xf762575d, 0x806567cb,
0x196c3671, 0x6e6b06e7, 0xfed41b76, 0x89d32be0, 0x10da7a5a, 0x67dd4acc,
0xf9b9df6f, 0x8ebeeff9, 0x17b7be43, 0x60b08ed5, 0xd6d6a3e8, 0xa1d1937e,
0x38d8c2c4, 0x4fdff252, 0xd1bb67f1, 0xa6bc5767, 0x3fb506dd, 0x48b2364b,
0xd80d2bda, 0xaf0a1b4c, 0x36034af6, 0x41047a60, 0xdf60efc3, 0xa867df55,
0x316e8eef, 0x4669be79, 0xcb61b38c, 0xbc66831a, 0x256fd2a0, 0x5268e236,
0xcc0c7795, 0xbb0b4703, 0x220216b9, 0x5505262f, 0xc5ba3bbe, 0xb2bd0b28,
0x2bb45a92, 0x5cb36a04, 0xc2d7ffa7, 0xb5d0cf31, 0x2cd99e8b, 0x5bdeae1d,
0x9b64c2b0, 0xec63f226, 0x756aa39c, 0x026d930a, 0x9c0906a9, 0xeb0e363f,
0x72076785, 0x05005713, 0x95bf4a82, 0xe2b87a14, 0x7bb12bae, 0x0cb61b38,
0x92d28e9b, 0xe5d5be0d, 0x7cdcefb7, 0x0bdbdf21, 0x86d3d2d4, 0xf1d4e242,
0x68ddb3f8, 0x1fda836e, 0x81be16cd, 0xf6b9265b, 0x6fb077e1, 0x18b74777,
0x88085ae6, 0xff0f6a70, 0x66063bca, 0x11010b5c, 0x8f659eff, 0xf862ae69,
0x616bffd3, 0x166ccf45, 0xa00ae278, 0xd70dd2ee, 0x4e048354, 0x3903b3c2,
0xa7672661, 0xd06016f7, 0x4969474d, 0x3e6e77db, 0xaed16a4a, 0xd9d65adc,
0x40df0b66, 0x37d83bf0, 0xa9bcae53, 0xdebb9ec5, 0x47b2cf7f, 0x30b5ffe9,
0xbdbdf21c, 0xcabac28a, 0x53b39330, 0x24b4a3a6, 0xbad03605, 0xcdd70693,
0x54de5729, 0x23d967bf, 0xb3667a2e, 0xc4614ab8, 0x5d681b02, 0x2a6f2b94,
0xb40bbe37, 0xc30c8ea1, 0x5a05df1b, 0x2d02ef8d,
};
/* how to derive the values in crctab[] from polynomial 0xedb88320 */
void build_table()
{
ub4 i, j;
for (i=0; i<256; ++i) {
j = i;
j = (j>>1) ^ ((j&1) ? 0xedb88320 : 0);
j = (j>>1) ^ ((j&1) ? 0xedb88320 : 0);
j = (j>>1) ^ ((j&1) ? 0xedb88320 : 0);
j = (j>>1) ^ ((j&1) ? 0xedb88320 : 0);
j = (j>>1) ^ ((j&1) ? 0xedb88320 : 0);
j = (j>>1) ^ ((j&1) ? 0xedb88320 : 0);
j = (j>>1) ^ ((j&1) ? 0xedb88320 : 0);
j = (j>>1) ^ ((j&1) ? 0xedb88320 : 0);
printf("0x%.8lx, ", j);
if (i%6 == 5) printf("
");
}
}
/* the hash function */
ub4 crc(const void *key, ub4 len, ub4 hash)
{
ub4 i;
const ub1 *k = key;
for (hash=len, i=0; i<len; ++i)
hash = (hash >> 8) ^ crctab[(hash & 0xff) ^ k[i]];
return hash;
}
/* To use, try "gcc -O crc.c -o crc; crc < crc.c" */
int main()
{
char s[1000];
while (gets(s)) printf("%.8lx
", crc(s, strlen(s), 0));
return 0;
}
我們只關心crc()函式。注意for()語句兩個迴圈初始化：hash=len,i=0。標準C/C++允許這樣做。迴圈體內通常需要使用兩個初始化部分。 讓我們用MSVC最佳化（/Ox）。為了簡潔，僅列出crc()函式的程式碼，包括我做的註釋。
#!bash
key$ = 8 ; size = 4
_len$ = 12 ; size = 4
_hash$ = 16 ; size = 4
_crc PROC
mov edx, DWORD PTR _len$[esp-4]
xor ecx, ecx ; i will be stored in ECX
mov eax, edx
test edx, edx
jbe SHORT [email protected]
push ebx
push esi
mov esi, DWORD PTR _key$[esp+4] ; ESI = key
push edi
[email protected]:
; work with bytes using only 32-bit registers. byte from address key+i we store into EDI
movzx edi, BYTE PTR [ecx+esi]
mov ebx, eax ; EBX = (hash = len)
and ebx, 255 ; EBX = hash & 0xff
; XOR EDI, EBX (EDI=EDI^EBX) - this operation uses all 32 bits of each register
; but other bits (8-31) are cleared all time, so it’s OK
; these are cleared because, as for EDI, it was done by MOVZX instruction above
; high bits of EBX was cleared by AND EBX, 255 instruction above (255 = 0xff)
xor edi, ebx
; EAX=EAX>>8; bits 24-31 taken "from nowhere" will be cleared
shr eax, 8
; EAX=EAX^crctab[EDI*4] - choose EDI-th element from crctab[] table
xor eax, DWORD PTR _crctab[edi*4]
inc ecx ; i++
cmp ecx, edx ; i<len ?
jb SHORT [email protected] ; yes
pop edi
pop esi
pop ebx
[email protected]:
ret 0
_crc ENDP
我們來看GCC 4.4.1最佳化後的程式碼：
#!bash
public crc
crc proc near
key = dword ptr 8
hash = dword ptr 0Ch
push ebp
xor edx, edx
mov ebp, esp
push esi
mov esi, [ebp+key]
push ebx
mov ebx, [ebp+hash]
test ebx, ebx
mov eax, ebx
jz short loc_80484D3
nop ; padding
lea esi, [esi+0] ; padding; ESI doesn’t changing here
loc_80484B8:
mov ecx, eax ; save previous state of hash to ECX
xor al, [esi+edx] ; AL=*(key+i)
add edx, 1 ; i++
shr ecx, 8 ; ECX=hash>>8
movzx eax, al ; EAX=*(key+i)
mov eax, dword ptr ds:crctab[eax*4] ; EAX=crctab[EAX]
xor eax, ecx ; hash=EAX^ECX
cmp ebx, edx
ja short loc_80484B8
loc_80484D3:
pop ebx
pop esi
pop ebp
retn
crc endp
GCC在迴圈開始的時候透過填入NOP和lea esi,esi+0來按8位元組對齊。更多資訊請閱讀npad小結（64）。
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