如何简化将数据地址粘贴到机器代码中的立即字段的算法？

Question

在开发我的汇编程序时，我遇到了一个问题。在汇编语言中，我们可以定义数据值（例如msg db 'Hi'）并将该数据的地址粘贴到任何地方，甚至在该数据上方。然而，当汇编代码时，汇编器不知道数据的地址，直到没有处理这些数据的行。

当然，汇编器可以记住我们使用已定义数据地址的机器代码地址，并在处理代码后将记住的地址中的值替换为我们的数据地址。但是，如果我们在 2 字节地址中定义数据（例如在 01 F1），汇编程序会将记忆地址中的 1 个字节替换为地址（01 F1）的 2 个字节，因此立即字段大小将被更改（imm8 -> imm16）和汇编程序应在同一地址重写指令（更改操作码处的 w 和 s 位，并可能设置前缀 0x66）。如果汇编程序将设置前缀 0x66 并且我们的数据定义在该指令之后，则应重写立即字段字节（增加地址值）。

此算法的说明：

以下代码：

mov dh, 09h
add dx, msg

;...

msg db 'Hello$'

将按照以下原则组装：

1. 准备代码：

Comment :                       |===> Remember address of this byte (0x0004)
Comment :           |  ADD DX,MSG  |
Address : 0000 0001 |0002 0003 0004| ... 01F1 01F2 01F3 01F4 01F5 01F6
Code    :  B4   09  | 83   C2   00 | ...  48   65   6C   6C   6F   24
Comment :           ----------------      H    e    l    l    o    $

1. 在记住的地址中重写代码：

Comment :                         |=============|-This address (msg)
Comment :           |    ADD DX,01F1    |       v  
Address : 0000 0001 |0002 0003 0004 0005| ... 01F2 01F3 01F4 01F5 01F6 01F7
Code    :  B4   09  | 83   C2   F1   01 | ...  48   65   6C   6C   6F   24
Comment :           ---------------------      H    e    l    l    o    $

1. 重写指令的操作码83h -> 81h（10000011b -> 10000001b：位s=0）：

Comment :                         |=============|-This address (msg)
Comment :           |    ADD DX,01F1    |       v  
Address : 0000 0001 |0002 0003 0004 0005| ... 01F2 01F3 01F4 01F5 01F6 01F7
Code    :  B4   09  | 81   C2   F1   01 | ...  48   65   6C   6C   6F   24
Comment :           ---------------------      H    e    l    l    o    $

4. 将数据的新地址 (0x01F2) 写入立即字段：

Comment :                         |=============|-This address (msg)
Comment :           |    ADD DX,01F2    |       v  
Address : 0000 0001 |0002 0003 0004 0005| ... 01F2 01F3 01F4 01F5 01F6 01F7
Code    :  B4   09  | 81   C2   F2   01 | ...  48   65   6C   6C   6F   24
Comment :           ---------------------      H    e    l    l    o    $

我认为这个算法很难。可以简化吗？

Answer 1

如果汇编器没有发出平面二进制文件（即也是链接器），则汇编器必须假设符号地址可能是 2 个字节，因为最终的绝对地址要到链接时间才能知道，在汇编程序完成。 （因此它只会为 2 字节地址和重定位留出空间供链接器填充）。

但是，如果您直接组装成一个平面二进制文件并希望进行此优化，大概您会将其视为使用 start-small 算法的分支位移，并进行多遍优化，直到一切都适合为止。 strong> 事实上，你会在jmp/jcc rel8 与jmp/jcc rel16 的相同通道中执行此操作。 （Why is the "start small" algorithm for branch displacement not optimal? - 如果你没有像 align 8 这样的东西，这是最佳的，否则在某些极端情况下它可以但不是最佳的。）

这些优化过程只是循环代表代码的内部数据结构，而不是在每一步实际编写最终的机器代码。无需计算或查找实际的操作码和 ModRM编码直到最后一次优化传递之后。

您只需要让优化器了解指令大小的规则，例如add reg, imm8 是 3 个字节，add reg, imm16 是 4 个字节（AX 除外，其中 add ax, imm16 具有 3 字节特殊编码，与 add ax, imm8 相同，因此添加到 AX 不需要是 multi - 完全通过优化，当我们知道所有符号地址后，它可以选择一种编码。）

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请注意，使用地址作为mov 的立即数更为常见，这根本不允许窄立即数（mov reg, imm16 始终为 3 个字节）。但是这种优化也与寻址模式中的 disp8 与 disp16 相关，例如对于xor cl, [di + msg] 可以使用 reg+disp8 来处理小地址，因此值得进行此优化。

同样，您的优化器通过会知道 [di + disp8] 在 ModRM 之后占用 1 个字节，[di + disp16] 占用额外的 2 个字节。

而[msg]在ModRM之后总是占用2个字节，没有[disp8]编码。如果 asm 源想要利用 disp8 处理小地址，则它需要有一个归零的寄存器。

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当然，一个简单的或一次性的汇编程序总是可以假设地址是 16 位的，并相应地对机器代码的其他部分进行编码，只有在看到未解析的符号时才返回填充数字地址。 （或者在最后发出重定位信息以供链接器执行。）