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0. 前言
作為一個嚴肅的 Gopher，瞭解彙編是必須的。本彙編系列文章會圍繞基本的 Go 程式介紹彙編的基礎知識。
1. Go 程式到彙編
首先看一個簡單到令人髮指的示例：
package main
func main() {
a := 1
print(a)
}
執行程式，輸出：
# go run ex0.go
1
當使用 go run 執行程式時，程式碼會經過編譯，連結，執行得到輸出，這是自動執行的，沒辦法檢視中間過程。我們可以使用 dlv 檢視這段程式碼在執行時做了什麼。dlv 將程式碼載入到記憶體中交給 CPU 執行，又不喪失對 CPU 的控制。換言之，我們是在底層透過 dlv 對 CPU 進行除錯檢視程式碼的執行過程，這對我們瞭解程式的執行是非常有幫助的。
使用 dlv debug 除錯程式：
# go mod init ex0
go: creating new go.mod: module ex0
go: to add module requirements and sums:
go mod tidy
# dlv debug
Type 'help' for list of commands.
(dlv)
使用 disass 可檢視應用程式的彙編程式碼，這裡的彙編是真實的機器執行的彙編程式碼。彙編是離機器最近的“語言”，翻譯成彙編可以幫助我們知道機器在對我們的程式碼做什麼。
(dlv) disass
TEXT _rt0_amd64_linux(SB) /usr/local/go/src/runtime/rt0_linux_amd64.s
=> rt0_linux_amd64.s:8 0x466d00 e95bc9ffff jmp $_rt0_amd64
從這段彙編程式碼可以看出，進入 main 函式前，機器執行的是 Go runtime 中 rt0_linux_amd64.s 第 8 行的彙編指令。檢視 rt0_linux_amd64.s：
// Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
// Use of this source code is governed by a BSD-style
// license that can be found in the LICENSE file.
#include "textflag.h"
TEXT _rt0_amd64_linux(SB),NOSPLIT,$-8
JMP _rt0_amd64(SB)
TEXT _rt0_amd64_linux_lib(SB),NOSPLIT,$0
JMP _rt0_amd64_lib(SB)
第 8 行執行的是 JMP _rt0_amd64(SB) 跳轉指令。
使用 si 命令單步除錯，si 是指令級除錯。執行 si 檢視的是 CPU 執行的下一條指令：
(dlv) si
> _rt0_amd64() /usr/local/go/src/runtime/asm_amd64.s:16 (PC: 0x463660)
Warning: debugging optimized function
TEXT _rt0_amd64(SB) /usr/local/go/src/runtime/asm_amd64.s
=> asm_amd64.s:16 0x463660 488b3c24 mov rdi, qword ptr [rsp]
asm_amd64.s:17 0x463664 488d742408 lea rsi, ptr [rsp+0x8]
asm_amd64.s:18 0x463669 e912000000 jmp $runtime.rt0_go
CPU 執行的是 runtime/asm_amd64.s 中的彙編指令。檢視 runtime/asm_amd64.s：
// _rt0_amd64 is common startup code for most amd64 systems when using
// internal linking. This is the entry point for the program from the
// kernel for an ordinary -buildmode=exe program. The stack holds the
// number of arguments and the C-style argv.
TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8
MOVQ 0(SP), DI // argc
LEAQ 8(SP), SI // argv
JMP runtime·rt0_go(SB)
可以看到，Go runtime 的彙編和機器實際執行的彙編指令有所出入。這裡 Go 的彙編可以理解成在彙編之上又定製的一層彙編，要注意的是機器實際執行的是 Go 彙編翻譯之後的彙編。
1.1 main 函式棧
本文的重點並不是單步除錯 runtime 的彙編指令，我們使用 b 給 main 函式加斷點，使用 c 執行到斷點處，重點看 main 函式中的執行過程：
(dlv) b main.main
Breakpoint 1 set at 0x45feca for main.main() ./ex0.go:3
(dlv) c
> main.main() ./ex0.go:3 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x45feca)
1: package main
2:
=> 3: func main() {
4: a := 1
5: print(a)
6: }
程式執行到 ex0.go 的第三行。disass 檢視彙編指令：
(dlv) disass
TEXT main.main(SB) /root/go/src/foundation/ex0/ex0.go
ex0.go:3 0x45fec0 493b6610 cmp rsp, qword ptr [r14+0x10]
ex0.go:3 0x45fec4 762b jbe 0x45fef1
ex0.go:3 0x45fec6 55 push rbp
ex0.go:3 0x45fec7 4889e5 mov rbp, rsp
=> ex0.go:3 0x45feca* 4883ec10 sub rsp, 0x10
彙編程式碼顯示執行到記憶體地址 0x45feca 處，記憶體地址中儲存的是彙編指令 sub rsp, 0x10，對應的十六進位制是 4883ec10，轉換為二進位制機器指令是 1001000100000111110110000010000。
我們有必要分段介紹執行 sub rsp, 0x10 前 CPU 執行的指令，以方便理解。
首先，cmp rsp, qword ptr [r14+0x10] 指令比較 rsp 暫存器的值和 [r14+0x10] 暫存器中的值，並將比較的結果儲存到標誌暫存器中。
接下來，指令 jbe 0x45fef1 將讀取標誌暫存器的結果，如果比較結果 rsp 小於或等於 [r14+0x10] 則跳轉到記憶體 0x45fef1。檢視 0x45fef1 中儲存的指令：
ex0.go:3 0x45fef1 e8eacdffff call $runtime.morestack_noctxt
0x45fef1 儲存的是 runtime.morestack_noctxt 函式的呼叫。
機器指令的語義較難理解這幾條指令在幹嘛，翻譯成語義資訊就是，如果當前 main 函式棧的棧空間不足，則呼叫 runtime.morestack_noctxt 申請更多棧空間。
接著，繼續執行指令 push rbp。在介紹這條指令前，有必要介紹下機器的暫存器，使用 regs 命令檢視機器的暫存器：
(dlv) regs
Rip = 0x000000000045feca
Rsp = 0x000000c00003e758
Rax = 0x000000000045fec0
Rbx = 0x0000000000000000
Rcx = 0x0000000000000000
Rdx = 0x00000000004751a0
Rsi = 0x00000000004c3160
Rdi = 0x0000000000000000
Rbp = 0x000000c00003e758
...
機器有很多種暫存器，我們重點關注的是 Rip，Rsp 和 Rbp 暫存器。
Rip 暫存器中儲存的是 CPU 當前執行指令的記憶體地址，這裡要注意，程式中的記憶體地址為虛擬地址，不存在段地址和偏移地址。當前 Rip 中儲存的是 0x000000000045feca，對應執行的機器指令是 => ex0.go:3 0x45feca* 4883ec10 sub rsp, 0x10。
Rsp 暫存器一般作為函式棧的棧頂，用來儲存函式棧的棧頂地址。Rbp 一般用來儲存程式執行的下一條指令，函式棧在跳轉時需要知道下一條執行的指令在什麼位置(這裡不清楚也沒關係，後續文章會介紹)
回到 push rbp 指令，該指令會將 rbp 暫存器的值壓棧，壓棧是從高地址到低地址，Rsp 暫存器將減小 8 個位元組。然後 mov rbp, rsp 指令將當前 rsp 暫存器的值賦給 rbp, rbp 將作為函式棧的棧底存在。
根據上述分析，可以畫出當前棧的記憶體空間如下：
繼續單步執行 sub rsp, 0x10 指令，rsp 向下減 0x10，這是為 main 函式棧開闢棧空間。rsp 值為：
(dlv) regs
Rsp = 0x000000c00003e748
disass 檢視後續執行的彙編指令：
(dlv) disass
Sending output to pager...
TEXT main.main(SB) /root/go/src/foundation/ex0/ex0.go
...
=> ex0.go:4 0x45fece 48c744240801000000 mov qword ptr [rsp+0x8], 0x1
ex0.go:5 0x45fed7 e8e449fdff call $runtime.printlock
ex0.go:5 0x45fedc 488b442408 mov rax, qword ptr [rsp+0x8]
ex0.go:5 0x45fee1 e87a50fdff call $runtime.printint
ex0.go:5 0x45fee6 e8354afdff call $runtime.printunlock
ex0.go:6 0x45feeb 4883c410 add rsp, 0x10
ex0.go:6 0x45feef 5d pop rbp
mov qword ptr [rsp+0x8], 0x1 將 0x1 放到 [rsp+0x8] 記憶體地址中。使用 x 命令可以檢視記憶體地址中的值：
x 0x000000c00003e750
0xc00003e750: 0x01
接著，mov rax, qword ptr [rsp+0x8] 將記憶體地址 [rsp+0x8]:0x000000c00003e750 的值複製到暫存器 rax 中，呼叫 call $runtime.printint 列印暫存器中的值（這裡忽略 call $runtime.printint 和 call $runtime.printunlock 指令）。
在我們執行下一條指令 add rsp, 0x10 前先看下當前記憶體空間使用情況。
main 函式棧中 rbp 指向的是函式棧的棧底，rsp 指向的是函式棧的棧頂，在 [rsp+0x8] 的地址存放著區域性變數 1。
接著，執行 add rsp, 0x10 回收棧空間：
(dlv) si
> main.main() ./ex0.go:6 (PC: 0x45feef)
ex0.go:6 0x45feeb* 4883c410 add rsp, 0x10
=> ex0.go:6 0x45feef 5d pop rbp
(dlv) regs
Rsp = 0x000000c00003e758
要注意，回收只是改變 Rsp 暫存器的值，記憶體中的資料還是存在的，這是棧段，資料並不會被垃圾回收器回收：
x 0x000000c00003e750
0xc00003e750: 0x01
繼續，執行 pop rbp 將原來儲存在棧底處的值放到 rbp 暫存器中：
(dlv) regs
Rip = 0x000000000045feef
Rsp = 0x000000c00003e758
Rbp = 0x000000c00003e758
(dlv) si
> main.main() ./ex0.go:6 (PC: 0x45fef0)
ex0.go:6 0x45feef 5d pop rbp
=> ex0.go:6 0x45fef0 c3 ret
(dlv) regs
Rip = 0x000000000045fef0
Rsp = 0x000000c00003e760
Rbp = 0x000000c00003e7d0
最後執行 ret 指令退出 main 函式。
至此，我們一個簡單的列印區域性變數的程式就分析完了。下一篇，我們繼續看，如何手寫 plan9 彙編。