基础语法、汇编初探

Swift版本

• 历时5年发展，从Swift1.x发展到了Swift5.x版本，经历了多次重大改变，ABI终于稳定
  • API(Application Programming Interface):应用程序编程接口
    • 源代码和库之间的接口
  • ABI(Application Binary Interface):应用程序二进制接口

    • 应用程序与操作系统之间的底层接口

    • 涉及的内容有:目标文件格式、数据类型的大小\布局\对齐、函数调用约定等等

• 随着ABI的稳定，Swift语法基本不会再有太大的变动，此时正是学习Swift的最佳时刻

• 截止至2019年6月，目前最新版本:Swift5.1

• Swift完全开源: https://github.com/apple/swift，主要采用C++编写
• swiftc存放在Xcode内部
  • Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin
• 一些操作
  • 生成语法树: swiftc -dump-ast main.swift
  • 生成最简洁的SIL代码:swiftc -emit-sil main.swift
  • 生成LLVM IR代码: swiftc -emit-ir main.swift -o main.ll
  • 生成汇编代码: swiftc -emit-assembly main.swift -o main.s
• 对汇编代码进行分析，可以真正掌握编程语言的本质
• 编译流程如下：

程序的本质

• 软件\程序的执行过程

寄存器与内存

• 通常，CPU会先将内存中的数据存储到寄存器中，然后再对寄存器中的数据进行运算

• 假设内存中有块红色内存空间的值是3，现在想把它的值加1，并将结果存储到蓝色内存空间

  • CPU首先会将红色内存空间的值放到rax寄存器中:movq 红色内存空间, %rax
  • 然后让rax寄存器与1相加:addq $0x1, %rax
  • 最后将值赋值给内存空间:movq %rax, 蓝色内存空间

  

编程语言的发展

• 机器语言
• 由0和1组成
• 汇编语言(Assembly Language)
  • 用符号代替了0和1，比机器语言便于阅读和记忆
• 高级语言
  • C\C++\Java\JavaScript\Python等，更接近人类自然语言
• 操作:将寄存器BX的内容送入寄存器AX
  • 机器语言:1000100111011000
  • 汇编语言:movw %bx, %ax
  • 高级语言:ax = bx;

编程语言的发展

• 汇编语言与机器语言一一对应，每一条机器指令都有与之对应的汇编指令
• 汇编语言可以通过编译得到机器语言，机器语言可以通过反汇编得到汇编语言
• 高级语言可以通过编译得到汇编语言 \ 机器语言，但汇编语言 \ 机器语言几乎不可能还原成高级语言

汇编语言的种类

• 汇编语言的种类

• 8086汇编(16bit)

• x86汇编(32bit)

• x64汇编(64bit)

• ARM汇编(嵌入式、移动设备)

• ……

• x86、x64汇编根据编译器的不同，有2种书写格式

  • Intel:Windows派系
  • AT&T :Unix派系

• 作为iOS开发工程师，最主要的汇编语言是

  • AT&T汇编 -> iOS模拟器
  • ARM汇编 -> iOS真机设备

常见汇编指令

小括号代表里面装的是内存地址
-ox18(%rbp) 意思是 %rbp-0x18

movq -ox18(%rbp), %rax
mov是将内存空间存储的地址对应的值取出来，赋值给rax，q代表单位(8个字节)
leaq -0x18(%rbp), %rax
lea是直接算出地址将地址赋值给rax
jump跳转,跳转以后不回头
call跳转到指定地址执行代码，后面跟函数地址，一般跟ret配合使用，ret后回到call后的下一个地址
call *%rax 函数地址存储在rax中，记得加*

rip存储的是指令的地址
CPU要执行的下一条指令地址就存储在rip中 

寄存器

• 有16个常用寄存器

  • rax、rbx、rcx 、rdx、rsi、rdi、rbp、rsp

  • r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15

• 寄存器的具体用途

  • rax、rdx常作为函数返回值使用
  • rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9等寄存器常用于存放函数参数
  • rsp、rbp用于栈操作
  • rip作为指令指针
    • 存储着CPU下一条要执行的指令的地址
    • 一旦CPU读取一条指令，rip会自动指向下一条指令(存储下一条指令的地址)

ah high 高位
al low 低位

r开头：64位，8个字节
e开头：32位，4个字节
ax,bx,cx : 16位，2字节
ah,al : 8位，1字节
bh bl

规律

• 内存地址格式为：0x4bdc(%rip)，一般是全局变量，全局区(数据段)
• 内存地址格式为：-0x78(%rbp)，一般是局部变量，栈空间
• 内存地址格式为：0x10(%rax)，一般是堆空间

lldb常用指令

• 读取寄存器的值

  • register read/格式

  • register read/x

• 修改寄存器的值

  • register write 寄存器名称 数值

  • register write rax 0

• 读取内存中的值

  • x/数量-格式-字节大小 内存地址

  • x/3xw 0x0000010

• 修改内存中的值

  • memory write 内存地址 数值

  • memory write 0x0000010 10

• 格式

  • x是16进制，f是浮点，d是十进制

• 字节大小

  • b – byte 1字节

  • h – half word 2字节

  • w – word 4字节

  • g – giant word 8字节

• expression 表达式

• 可以简写:expr 表达式

• expression $rax

• expression $rax = 1

• po 表达式

• print 表达式

  • po/x $rax
  • po (int)$rax

• thread step-over、next、n

  • 单步运⾏，把子函数当做整体⼀一步执行(源码级别)

• thread step-in、step、s

  • 单步运⾏，遇到子函数会进入子函数(源码级别)

• thread step-inst-over、nexti、ni

  • 单步运行，把子函数当做整体⼀一步执行(汇编级别)

• thread step-inst、stepi、si

• 单步运⾏，遇到子函数会进入子函数(汇编级别)

• thread step-out、finish

  • 直接执⾏完当前函数的所有代码，返回到上一个函数(遇到断点会卡住)

规律

• 内存地址格式为:0x4bdc(%rip)，一般是全局变量，全局区(数据段)

• 内存地址格式为:-0x78(%rbp)，一般是局部变量，栈空间

• 内存地址格式为:0x10(%rax)，一般是堆空间

基础语法

Hello World

• 不用编写main函数，Swift将全局范围内的首句可执行代码作为程序入口
• 一句代码尾部可以省略分号(;)，多句代码写到同一行时必须用分号(;)隔开
• 用var定义变量，let定义常量，编译器能自动推断出变量\常量的类型
• Playground可以快速预览代码效果，是学习语法的好帮手
• Command + Shift + Enter:运行整个Playground
• Shift + Enter:运行截止到某一行代码

Playground - View

Playground - ViewController

Playground – 多Page

注释

• Playground的注释支持markup语法(与markdown相似)
• 开启markup渲染效果:Editor -> Show Rendered Markup
• 注意:Markup只在Playground中有效

//单行注释

/*
 多行注释
 */

/*
 1
 /* 多行注释的嵌套 */
 2
*/

//: 开始markup

/* :
 开始markup
 */

常量

• 只能赋值1次

• 它的值不要求在编译时期确定，但使用之前必须赋值1次

• 下面代码是错误的

  

• 常量、变量在初始化之前，都不能使用

  

标识符

• 标识符(比如常量名、变量名、函数名)几乎可以使用任何字符

• 标识符不能以数字开头，不能包含空白字符、制表符、箭头等特殊字符

常见数据类型

• 整数类型:Int8、Int16、Int32、Int64、UInt8、UInt16、UInt32、UInt64

• 在32bit平台，Int等价于Int32;在64bit平台， Int等价于Int64

• 整数的最值:UInt8.max、Int16.min

• 一般情况下，都是直接使用Int即可
• 浮点类型:Float，32位，精度只有6位;Double，64位，精度至少15位

字面量

• 整数和浮点数可以添加额外的零或者添加下划线来增强可读性
  • 100_1000、1_000_000.000_000_1、 000123.456

//字符串
let string = "熊熊熊"

//字符（可存储ASCII字符、Unicode字符）
let character: Character = "🐶"

//布尔
let bool = true //取反是false

//整数
let intDecimal = 17 //十进制
let intBinary = 17 //二进制
let intOctal = 17 //八进制
let intHexadecimal = 17 //十六进制

//浮点数
let doubleDecimal = 125.0 //十进制，等价于1.25e2，0.0125等价于1.25e-2
let doubleHexadecimal1 = 0xFp2 //十六进制，意味着15x2^2，相当于十进制的60.0
let doubleHexadecimal2 = 0xFp-2 //十六进制，意味着15x2^-2，相当于十进制的3.75

//数组
let array = [1, 3, 5, 7, 9]

//字典
let dictionary = ["age" : 18, "height" : 168, "weight" : 120]

类型转换

//整数转换
let int1: UInt16 = 2_000
let int2: UInt8 = 1
let int3 = int1 + UInt16(int2)

//整数、浮点数转换
let int = 3
let double = 0.14159
let pi = Double(int) + double
let intPi = Int(pi)

元祖

let http404Error = (404, "Not Found")
print("The status code is \(http404Error.0)")

let (statusCode, statusMessage) = http404Error
print("The status code is \(statusCode)")

let (justTheStatusCode, _) = http404Error

let http200Status = (statusCode: 200, description: "OK")
print("The status code is \(http200Status.statusCode)")