【汇编语言与计算机系统结构笔记10】C语言数组的汇编访问：连续存储、代码优化、无边界检查；结构对齐要求 #简洁笔记形式

本次笔记内容：
13.数据的机器表示

注：本次笔记开始，我找到了对应内容的课件，请见我于GitHub的CS笔记仓库。因此，为了节省时间，我只记录老师上课强调的内容与对应ppt页码。

本节课对应幻灯片：汇编语言程序设计-C语言与汇编，第183页起。

文章目录

课程流程
- 数组访问
- 嵌套数组
- Multi-Level Array
- N×N Matrix Code三种情况讨论
结构 struct
（结构中）数据存储位置对齐
- 结构的存储对齐要求
- 结构自身的对齐要求
- 结构内元素不同的先后顺序

课程流程

数组访问

首先是基本数据类型、数据的内存存储基本原则、数组访问，“一看便知”，老师没有做讲解。

在第187页，以C语言声明数组访问代码为例，观察其对应的汇编是怎样的。

在第188页，给了数组循环示例（X86-32）：从C语言到汇编语言。

在第189页，给了指针循环示例（X86-32）：即在C中，用指针访问数组元素，其对应汇编语言。

嵌套数组

P190，展示了嵌套数组在内存中的排布。对于静态数组，在编译时完全了解其在内存中分布，对编译器有利。

P191进行举例，访问嵌套数组中的“行”，并附有汇编代码。编译器尽量转换出 leal 指令进行计算。

P192举例访问嵌套数组的单个元素。

Multi-Level Array

变量univ是一个指针数组，数组长度为3，数组
元素长度为4字节。每个指针指向一个整数数组。

那么，这三个数组该怎么在内存中分布呢？

那么，该如何访问呢？

在地址计算时，Mem[Mem[univ+4*index]+4*dig]求取地址值。

首先获得行地址；
再访问改行中元素。

要注意，其与嵌套访问数组不同。 对比可见P195。

N×N Matrix Code三种情况讨论

P196讨论了三种方阵的情况：N已知，N可变，使用偏移方式访问和N可变，直接访问（已被gcc支持）。

接着，以16×16、动态n×n矩阵为例，进行举例，有C与汇编代码。

P199给出了一个优化方案的实例：如何取一列？

C中使用循环i不变，j为循环变量；
而编译器可以对这个过程进行优化。

同理，P201给出了变长矩阵的取列操作。与上一个例子原理是相同的。

P202给了一道反汇编的练习题：本课程中比较强调反汇编的能力。

结构 struct

数组内容结束，进入结构部分P204。

结构就是连续分配的内存区域，内部元素通过名字访问，且元素可以是不同的数据类型。

课程中所需要讨论的为：如何计算结构中元素的地址？

每个元素在结构中的相对地址在编译时就已确定。

（结构中）数据存储位置对齐

在实际中，不同的数据类型有不同的对齐要求。

因此要讨论对齐的原则、原因、操作等。从P207开始。

对齐的原因是：计算机访问内存一般是以内存块为单位的，块的大小是地址对齐的，如4、8、16字节对齐等。如果数据访问地址跨越“块”边界会引起额外的内存访问。

编译器的工作就是：在结构的各个元素间插入额外空间来满足不同元素的对齐要求。

P208-209展示了x86-64下不同元素的对齐要求。

结构的存储对齐要求

P210：

必须满足结构中各个元素的对齐要求；
结构自身的对齐要求等同于其各个元素中对齐要
求最高的那个，设为K字节；
结构的起始地址与结构长度必须是K的整数倍。

从P210开始有图形示例，告诉你“对齐”到底是怎么回事。

大部分情况，为了满足对齐要求，会浪费一些 byte 。

结构自身的对齐要求

P213，结构可能要求自己必须是8过4字节的整数倍。

结构内元素不同的先后顺序

顺序不同，会影响空间利用，因此：尽量把double等长类型放在结构前面，以防止前一个小结构为了对齐后一个大结构，而浪费许多空间。

P213给了很生动的例子。

自问自答：为什么例子的反例中，要浪费那么多空间？我想，因为内存是分块的。如果v处于p+1到p+9则跨块了，访问时会降低效率，不妥。

之后的内容，如结构数组、联合和练习题因为时间原因没有讲，可见ppt。