iOS arm64彙編入門

想要學習arm64彙編,需要從以下三個方面入手,寄存器、指令和堆棧。

不同的CPU,寄存器的個數和結構不相同。
像8086CPU有14個寄存器。
ARM64 有34個寄存器,包括31個通用寄存器、SP、PC、CPSR。

x0 - x30 是31個通用整型寄存器。每個寄存器可以存取一個64位大小的數。 當使用 r0 - r30 訪問時,它就是一個64位的數。當使用 w0 - w30 訪問時,訪問的是這些寄存器的低32位
(其中
X0-X7: 用於子程序調用時的參數傳遞,以及臨時變量,超過8個參數的存放在棧上,
X0還用於返回值傳遞,
X8: 間接尋址結果)

通用寄存器(用來存放一般性的數據)

  • x0~x30(64位)
  • x29 又名fp(用於保存棧底的地址)
  • x30 又名 lr(bl 跳轉後就會把下一條指令地址寫到lr中)
  • w0w30(32位)這些就是x0x30的低32位
  • 其中x0 ~ x7通常拿來存放函數的參數,如果參數更多,則採用堆棧來進行傳遞
  • x0中通常存放函數的返回值

程序計數器
PC(Program Counter),俗稱PC指針,它記錄着當前CPU正在執行的指令的地址,通過register read pc查看寄存器中存儲的值,軟件無法修改

(lldb) register read pc
 pc = 0x000000010286e588 TestFont`-[ViewController test] + 20 at ViewController.m:28

堆棧指針

  • SP (Stack Pointer) 棧頂指針(任意時刻會保存我們棧頂的地址)
  • FP (Frame Pointer) 棧底指針(用於保存棧底的地址)也就是之前所說的x29

鏈接寄存器
LR(Link Register),即X30,它存儲着函數調用完成時的返回地址(保存子程序結束後需要執行的下一條指令),用來做函數調用棧跟蹤,程序在崩潰時能夠將函數調用棧打印出來就是藉助LR寄存器來實現的。

總結: 調試斷點是通過調試寄存器實現的。

arm體系中包含
一個當前程序狀態寄存器cpsr (Current Program Status Register)

五個備份的程序狀態寄存器spsr (Saved Program Status Registe),
備份的程序狀態寄存器用來進行異常處理。

  • CPSR寄存器是32位的,每一位的功能如下
    31 30 29 28 27~8 7 6 5 4 3 2 1 0
    N Z C V 保留 I F T M4 M3 M2 M1 M0
  • CPSR的低8位(包括I、F、T和M[4:0])稱爲控制位,程序無法修改,除非CPU運行於特權模式下,程序才能修改控制位!
  • N【負數標誌】、Z【0標誌】、C【進位標誌】、V【溢出標誌】均爲條件碼標誌位。
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    ARM64下常用的彙編指令

基礎指令

  • MOV - MOV X1,X0 ; 將寄存器X0的值傳送到寄存器X1
  • ADD - ADD X0,X1,X2 ; 寄存器X1和X2的值相加後傳送到X0
  • SUB - SUB X0,X1,X2 ; 寄存器X1和X2的值相減後傳送到X0
  • AND - AND X0,X0,#0xF ; X0的值與0xF相位與後的值傳送到X0
  • ORR - ORR X0,X0,#9 ; X0的值與9相或後的值傳送到X0
  • EOR - EOR X0,X0,#0xF ; X0的值與0xF相異或後的值傳送到X0

堆棧操作

  • STR - 將數據從寄存器中讀出來,存到內存中. STR - STR X0, [SP, #0x8] ;X0寄存器的數據傳送到SP+0x8地址值指向的存儲空間
  • STP - STR 的變種指令,可以同時操作兩個寄存器 STP x29, x30, [sp, #0x10] ; 將x29,x30存入棧中
  • LDR - 將數據從內存中讀出來,存到寄存器中 LDR X5,[X6,#0x08] ;X6寄存器加0x08的和的地址值內的數據傳送到X5
  • LDP - LDR 的變種指令,可以同時操作兩個寄存器 LDP x29, x30, [sp, #0x10] ; 將棧中的值取出存放到x29, x30

尋址指令

分爲兩種,存和取
L開頭的從內存中取值指令,如 LDR(Load Register)、LDP(Load Pair)
S開頭往內存中存值指令,如 STR(Store Register)、STP(Store Pair)

跳轉操作

  • B/BL 絕對跳轉指令,將下一條指令的地址(返回地址)放入lr(x30)寄存器

  • RET 子程序返回指令,返回地址默認保存在lr(x30),通過底層指令提示CPU此處作爲下條指令地址!

  • CMP 比較指令,相當於SUBS,影響程序狀態寄存器CPSR

  • B.GT 比較結果是大於,執行標號,否則不跳轉

  • B.GE 比較結果是大於等於,執行標號,否則不跳轉

  • B.EQ 比較結果是等於,執行標號,否則不跳轉

  • B.HI 比較結果是無符號大於,執行標號,否則不跳轉

  • CBZ - CBZ ; 比較(Compare),如果結果爲零(Zero)就轉移(只能跳到後面的指令)

  • CBNZ - CBNZ ; 比較,如果結果非零(Non Zero)就轉移(只能跳到後面的指令)

ADRP 是計算指定的數據地址到當前PC值的相對偏移

egadrp x0, 1

1.將1的值,左移12位 1 0000 0000 0000 == 0x1000

2.將PC寄存器的低12位清零 0x1002e6874 ==> 0x1002e6000

3.將1 和 2 的結果相加 給 X0 寄存器!!



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堆棧操作

函數的本質就是函數調用棧,只要調用函數,就會開闢棧空間。發生函數調用時,sp拉伸棧空間,函數的參數是存放在X0到X7(W0到W7)這8個寄存器裏面的.如果超過8個參數,就會入棧,局部變量也入棧,x29和x30也要入棧以便bl跳轉回來能找到下一條指令繼續執行,如果是葉子函數,則不用保存x29和x30。函數的返回值是放在X0 寄存器裏面的。所以拉伸棧空間的大小和參數,局部變量以及x29x30有關。

函數的調用流程總結

1 push參數,參數入棧

2 將函數的返回地址(下一條指令的地址)入棧

3 保護sp,將sp賦值給bp

4 分配一定的空間給函數的局部變量使用(讓sp減去該空間大小),爲了安全,用CC填充(int 3h)

5 保護寄存器, 因爲在函數執行過程中會修改寄存器的值,所以在修改之前保存一下之前的值,後面再還原

6 具體的業務代碼

7 恢復寄存器的值,跟第5步相反

8 將bp賦值給sp,恢復bp

9 返回(ret)

bl指令跳轉,將下一條執行的指令放入lr(X30)寄存器

ret指令返回到lr寄存器所保存的地址 執行代碼

pc寄存器 指向馬上要執行的代碼地址

sp寄存器指向了我們棧
棧平衡 (每個函數調用完畢後,將拉伸的佔棧空間平衡回去 (將sp加回去))
棧 : 函數調用會開闢棧空間 (內存空間),
作用:存放函數局部變量、參數、寄存器的保護。

參數 :X0 - X7 (個數有關係、數據類型也有關(float有特殊的寄存器、向量寄存器))放得下才行,多餘的會入棧

函數嵌套調用:回去的路保護
| - A(開闢) --> B(開闢) --> A(開闢)
| - A<-->A 死的遞歸(內存溢出)

不停的開闢空間沒有平棧

(七)規律

  • 內存地址格式爲: 0x4bdc(%rip), 一般是全局變量, 全局區(數據段)

  • 內存地址格式爲: -0x78(%rbp), 一般是局部變量, 棧空間

  • 內存地址格式爲: 0x10(%rax), 一般是堆空間

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Xcode在真機中運行項目,然後在viewWillAppear添加斷點,lldb中查看各寄存器狀態register read



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