C++反汇编学习笔记（一）

Chinese:

C++整数与浮点数的存储方式

1、整数类型

无符号整数的所有位都用来表示数值，有符号整数的最高位是符号位，其余位以补码格式存储。补码规则就是用0减去这个数的绝对值（取反加一）。首先我们知道x+x(反码)=0xFFFFFFFF, 因此x+x(反码)+1=0, 因此x(补码)=0-x=x(反码)+1。补码的好处就是方便计算机做加法。

2、浮点数类型

C++中的浮点数类型分为float和double，float占4个字节、double占8个字节。浮点数的操作不会用到通用寄存器，而是使用浮点协处理器的浮点寄存器。

浮点数的编码方式采用的是IEEE规定的编码标准，float和double两种类型的数据的转换原理相同，不同的只是表示范围。IEEE规定的浮点数编码会将一个浮点数转换成二进制数。以科学计数法划分，将浮点数拆分为3个部分：符号、指数、尾数。

float占4个字节，最高位是符号位，紧接着的8位表示指数，其余位表示尾数。

实例分析：

(1) 12.25f 转换成二进制是1100.01，1100.01 = 1.10001 * 2 ^ 3。由于在二进制中，尾数的最高位始终是1，所以忽略不计。因此尾数位是1000100000...剩下添0。指数部分有一个规定，由于指数可能出现负数，十进制的127表示为二进制为01111111。IEEE编码方式规定，当指数域小于01111111时为一个负数，反之为正数。因此01111111为0，所以指数位为3+127=130，二进制为10000010。

符号位：0；指数位：10000010；尾数位：10000100000000000000000；表示成16进制为0x41440000

(2) -0.125f转换成二进制是-0.001，由于是负数所以符号位是1, 0.001=1.0 * 2 ^ -3，尾数最高位始终为1，所以忽略不计。尾数位是00000....，指数位是-3+127=124，二进制是1111100。

符号位：1；指数位：01111100；尾数位：00000000000000000000000；表示成16进制为0xBE000000

(3)1.3f转换成二进制的时候，由于0.3转换成二进制会得到一个无穷值: 0.3=0.25+0.03175+....，所以尾数位会舍弃多余的部分。转换成二进制就约等于1.01001100110011001100110，到第23位终止。指数位为0+127，二进制为01111111

符号位：0；指数位：01111111；尾数位：01001100110011001100110；表示成16进制为0x3FA66666

 

所以我们得出IEEE编码转换后，得到的是一个近似值，存在一定的误差。所以这也就解释了为何在c++判断浮点数值是否为0时，要做一个区间比较而不是直接进行等值比较。

float fNum;
float fScope = 0.0001f;
if (fNum >= -fScope && fNum <= fScope)
{
        // fNum等于0
}

3、double类型的IEEE编码

double类型和float类型大同小异，只是double类型表示的范围更大，精度更高。最高位是符号位，指数位占11位，尾数位占42位。double扩大了精度，因此指数位需要加上1023，这些都可以推断出来，这里便不再赘述。

 

4、浮点数指令

浮点数的操作指令和普通数据类型不同，浮点数操作是通过浮点寄存器实现的，而普通数据类型是通过通用寄存器，它们使用的是两套不同的指令。

浮点寄存器是通过栈结构来实现的，由ST(0)~ST(7)一共8个栈空间组成，每个浮点寄存器占8个字节。每次使用浮点寄存器都是率先压入ST(0)，不能越过ST(0)直接使用ST(1)，当8个寄存器都有数据时，此时再压入数据的时候，ST(7)的值会被丢弃。

整型数据与浮点型数据之间的相互转换，来看一下反汇编出来的指令。

// C++ Code:
float fNum = (float)argc;

;将地址ebp+8处的整型数据转换成浮点型，并放入ST(0)中，对应变量argc
fild dword ptr [ebp+8]
;从ST(0)中取出数据以浮点编码方式存入地址ebp-4中，对应变量fNum
fst dword ptr [ebp-4]

// C++ Code:
printf("%f", fNum);

;这里对esp执行减8操作是由于浮点数作为变参函数的参数时需要转换为双精度浮点值
;这步操作是提前准备8字节的栈空间，以便存放double数据
sub esp,8
;将ST(0)中的数据传入esp中，并弹出ST(0)
fstp qword ptr [esp]
;以下为printf函数调用，略
push offset string "%f" (0042302c)
call printf (0040e940)
add esp, 0ch

// C++ Code:
argc = (int)fNum;

;将地址ebp-4处的数据以浮点型压入ST(0)中
fld dword ptr [ebp-4]
;调用函数__ftol进行浮点数转换
call __ftol (0040e688)
;转换后结果放入eax，并传递到ebp+8地址处
mov dword ptr[ [ebp+8], eax

// C++ Code:
printf("%d", argc);
;略。。。

浮点数虽然占4个字节，但都是以8个字节的方式进行处理。当浮点数作为参数时，不能直接压栈。push指令只能传入4字节的数据到栈中，这样会丢失4字节的数据。所以使用printf以整数方式输出浮点数时会产生错误。

 

浮点数作为返回值的汇编指令：

// C++ Code:
fNum = GetFloat();

;调用函数GetFloat
call @ILT+5 (GetFloat)  (0040100a)
;由于浮点数需要特殊处理，浮点数占8字节，无法使用eax进行传递
;使用浮点寄存器ST(0)作为返回值
fst dword ptr [ebp-4]

// C++ Code:
float GetFloat()
{
    return 12.25f;
}

;将浮点数保存在ST(0)中，在返回值为浮点数的情况下，无法使用eax
;使用ST(0)作为返回值进行传递
fld dword ptr [__real@4@4002c400000000000000  (0042301c)]
ret