计算机系统第三章答案教学提纲.docx
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计算机系统第三章答案教学提纲
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：
表3.12题5用表
src_type
dst_type
机器级表示
char
int
movsbl%al,（%edx）
int
char
movb%al,（%edx）
int
unsigned
movl%eax,（%edx）
short
int
movswl%ax,（%edx）
unsignedchar
unsigned
movzbl%al,（%edx）
char
unsigned
movsbl%al,（%edx）
int
int
movl%eax,（%edx）
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：
voidfunc（int*xptr,int*yptr,int*zptr）
{
inttempx=*xptr;
inttempy=*yptr;
inttempz=*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
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
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]orM[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：
0x0100orM[0x8049384]=0100HorFF00H
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]and0x80
10000000
10000000
10000000
andd
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。
10010000100011110001001010101000<<5
=00010001111000100101010100000000
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。
0000000000010000
1111111111111111
10000000000001111
+
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：
movl12（%ebp）,%ecx//R[ecx]←M[R[ebp]+12]，将y送ECX
sall$8,%ecx//R[ecx]←R[ecx]<<8，将y*256送ECX
movl8（%ebp）,%eax//R[eax]←M[R[ebp]+8]，将x送EAX
movl20（%ebp）,%edx//R[edx]←M[R[ebp]+20]，将k送EDX
imull%edx,%eax//R[eax]←R[eax]*R[edx]，将x*k送EAX
movl16（%ebp）,%edx//R[edx]←M[R[ebp]+16]，将z送EDX
andl$65520,%edx//R[edx]←R[edx]and65520，将z&0xFFF0送EDX
addl%ecx,%edx//R[edx]←R[edx]+R[ecx]，将z&0xFFF0+y*256送EDX
subl%edx,%eax//R[eax]←R[eax]-R[edx]，将x*k-（z&0xFFF0+y*256）送EAX
根据以上分析可知，第3行缺失部分为：
3intv=x*k-（z&0xFFF0+y*256）;
10．参考答案：
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yh；R[ebp]+16开始的4个字节为低32位字节，记为yl。
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unsignedlonglong。
movl12（%ebp）,%eax//R[eax]←M[R[ebp]+12]，将x送EAX
movl20（%ebp）,%ecx//R[ecx]←M[R[ebp]+20]，将yh送ECX
imull%eax,%ecx//R[ecx]←R[ecx]*R[eax]，将yh*x的低32位送ECX
mull16（%ebp）//R[edx]R[eax]←M[R[ebp]+16]*R[eax]，将yl*x送EDX-EAX
leal（%ecx,%edx）,%edx
//R[edx]←R[ecx]+R[edx]，将yl*x的高32位与yh*x的低32位相加后送EDX
movl8（%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。
（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：
1movb8（%ebp）,%dl//R[dl]←M[R[ebp]+8]，将x送DL
2movl12（%ebp）,%eax//R[eax]←M[R[ebp]+12]，将p送EAX
3testl%eax,%eax//R[eax]andR[eax]，判断p是否为0
4je.L1//若p为0，则转.L1执行
5testb$0x80,%dl//R[dl]and80H，判断x的第一位是否为0
6je.L1//若x>=0，则转.L1执行
7addb%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：
1voidcomp（charx,int*p）
2{
3if（p!
=0）
4if（x<0）
5*p+=x;
6}
13．参考答案：
1intfunc（intx,inty）
2{
3intz=x*y;
4if（x<=-100）{
5if（y>x）
6z=x+y;
7else
8z=x-y;
9}elseif（x>=16）
10z=x&y;
11returnz;
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。
1movw8（%ebp）,%bx//R[bx]←M[R[ebp]+8]，将x送BX
2movw12（%ebp）,%si//R[si]←M[R[ebp]+12]，将y送SI
3movw16（%ebp）,%cx//R[cx]←M[R[ebp]+16]，将k送CX
4.L1:
5movw%si,%dx//R[dx]←R[si]，将y送DX
6movw%dx,%ax//R[ax]←R[dx]，将y送AX
7sarw$15,%dx//R[dx]←R[dx]>>15，将y的符号扩展16位送DX
8idiv%cx//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
9imulw%dx,%bx//R[bx]←R[bx]*R[dx]，将x*（y%k）送BX
10decw%cx//R[cx]←R[cx]-1，将k-1送CX
11testw%cx,%cx//R[cx]andR[cx]，得OF=CF=0，负数则SF=1,零则ZF=1
12jle.L2//若k小于等于0，则转.L2
13cmpw%cx,%si//R[si]-R[cx]，将y与k相减得到各标志
14jg.L1//若y大于k，则转.L1
15.L2:
16movswl%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：
1intf1（unsignedx）
2{
3inty=0;
4while（x!
=0）{
5y^=x;
6x>>=1;
7}
8returny&0x1;
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;
case0:
……//.L3标号处指令序列对应的语句
break;
case1:
…….//.L4标号处指令序列对应的语句
break;
case2:
……//.L5标号处指令序列对应的语句
break;
case4:
……//.L6标号处指令序列对应的语句
break;
default:
……//.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unsignedshort型，根据第6行指令可知，test的返回参数类型为unsignedint。
因此，test的原型为：
unsignedinttest（chara,unsignedshortb,unsignedshortc,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。
ESP
从scanf返回的地址
0xbc00001c
0xbc000030
y=20
x=15
EBP
0xbc000018
0xbc000014
0xbc000010
0xbc00000c
0xbc000008
0xbc000004
0xbc000000
0xbbfffffc
0xbbfffff8
0xbbfffff4
0xbbfffff0
0xbc000014
0xbc000018
0x804c000
栈帧底部
（4）执行第10行指令后，funct栈帧的地址范围及其内容如下：
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：
1intrefunc（unsignedx）{
2if（x==0）
3return0;
4unsignednx=x>>1;
5intrv=refunc（nx）;
6return（x&0x1）+rv；
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：
在IA-32中，GCC为数据类型longdouble型变量分配12字节空间，实际上只占用10个字节。
数组
元素大小（B）
数组大小（B）
起始地址
元素i的地址
charA[10]
1
10
&A[0]
&A[0]+i
intB[100]
4
400
&B[0]
&B[0]+4i
short*C[5]
4
20
&C[0]
&C[0]+4i
short**D[6]
4
24
&D[0]
&D[0]+4i
longdoubleE[10]
12
120
&E[0]
&E[0]+12i
longdouble*F[10]
4
40
&F[0]
&F[0]+4i
21．参考答案：
表达式
类型
值
汇编代码
S
short*
AS
leal（%edx）,%eax
S+i
short*
AS+2*i
leal（%edx,%ecx,2）,%eax
S[i]
short
M[AS+2*i]
movw（%edx,%ecx,2）,%ax
&S[10]
short*
AS+20
leal20（%edx）,%eax
&S[i+2]
short*
AS+2*i+4
leal4（%edx,%ecx,2）,%eax
&S[i]-S
int
（AS+2*i-As）/2=i
movl%ecx,%eax
S[4*i+4]
short
M[AS+2*（4*i+4）]
movw8（%edx,%ecx,8）,%ax
*（S+i-2）
short
M[AS+2*（i-2）]
movw-4（%edx,%ecx,2）,%ax
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：
1voidtrans_matrix（inta[M][M]）{
2inti,j,t,*p;
3intc=（M<<2）;
3for（i=0;i4p=&a[0][i];
5for（j=0;j6t=*p;
7*p=a[i][j];
8a[i][j]=t;
9p+=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：
voidnp_init（structnode*np）
{
np->s.x=np->s.y;
np->p=&（np->s.x）;
np->next=np;
}
26．参考答案：
表达式EXPR
TYPE类型
汇编指令序列
uptr->s1.x
int
movl（%eax）,%eax
movl%eax,（%edx）
uptr->s1.y
short
movw4（%eax）,%ax
movw%ax,（%edx）
&uptr->s1.z
short*
leal6（%eax）,%eax
movw%eax,（%edx）
uptr->s2.a
short*
movl%eax,（%edx）
uptr->s2.a[uptr->s2.b]
short
movl4（%eax）,%ecx
movl（%eax,%ecx,2）,%ea
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