现代X86汇编语言程序设计

现代X86汇编语言程序设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社 作者:[美]丹尼尔·卡斯沃姆 (Daniel Kusswurm) 出品人: 页数:447 译者:张银奎 出版时间:2016-10-1 价格:79.00元 装帧: isbn号码:9787111542780 丛书系列:计算机科学丛书
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具体描述

本书从应用编程的角度解释x86处理器的内部架构和执行环境,全面介绍如何用x86汇编语言编写可被高级语言调用的函数。主要内容包括:x86-32核心架构(第1章和第2章),x87浮点单元(第3章和第4章),MMX技术(第5章和第6章),流式SIMD扩展(第7章至第11章),高级向量扩展(第12章至第16章),x86-64核心架构(第17章和第18章),x86-64SSE和AVX(第19章和第20章),高级主题(第21章和第22章)。书中包含了大量的示例代码,以帮助读者快速理解x86汇编语言编程和x86平台的计算资源。本书可作为高等院校计算机及相关专业学生的教材,也可供想要学习x86汇编语言编程的软件开发者使用。

好的,这是一份针对一本假设名为《现代X86汇编语言程序设计》的图书的详细简介,内容旨在涵盖该领域的重要主题,同时确保描述的原创性和深度,不包含对原书具体内容的引用或推测。 --- 图书简介:深入解析现代处理器架构下的系统编程与优化 领略低层系统的魅力:从硬件到应用的全景图 在软件开发的广袤天地中,总有一些核心领域关乎着性能的极限、资源的精确控制以及对操作系统本质的理解。本书旨在为那些寻求突破高级语言抽象、直达计算机执行核心的读者,提供一份全面而深入的指南。我们关注的焦点是当前主流的X86/X64架构,但我们的视角并非仅仅停留在汇编指令的堆砌,而是将其视为理解现代处理器设计、内存管理和系统调用机制的钥匙。 本书的结构设计遵循循序渐进的原则,首先奠定坚实的理论基础,随后逐步深入到复杂的应用场景和优化技术。我们认为,要真正掌握汇编语言,必须将其置于现代操作系统的运行环境中进行考察。 第一部分:架构基石与基础指令集 本部分是构建后续复杂知识体系的基石。我们详细剖析了X86/X64架构的演变历程,重点介绍保护模式(Protected Mode)和长模式(Long Mode)下的核心概念。这包括对分段(Segmentation)机制的现代化解读,重点转向基于页(Paging)的内存管理,以及分层缓存结构(Cache Hierarchy)对程序执行速度的决定性影响。 指令集方面,我们不仅仅罗列操作码,而是侧重于指令的微架构实现。读者将学习到各种寻址模式的效率差异、如何区分RISC式的现代指令(如SSE/AVX)与传统CISC指令的执行流水线差异。我们深入探讨了寄存器分配的黄金法则,强调在有限的通用寄存器中如何进行高效的状态维护和数据传递,这是编写高性能代码的先决条件。 第二部分:系统调用、中断与异常处理 汇编语言的强大之处在于其能直接与操作系统内核进行“对话”。本部分详尽阐述了现代操作系统(如Linux/Windows)如何通过系统调用接口暴露底层功能。我们不仅展示了如何使用特定的软件中断或特定指令(如`syscall`/`sysenter`)请求内核服务,更重要的是,我们分析了上下文切换的开销,以及如何最小化系统调用的频率以提升应用响应速度。 异常和中断处理机制是系统稳定性的核心。我们将详细分析硬件中断(IRQs)和软件异常(如页错误、除零错误)在处理器层面的捕获、处理流程以及如何通过编写自定义的中断描述符表(IDT)来接管控制流。这为理解调试器的工作原理和实现底层驱动服务打下了基础。 第三部分:内存模型与数据结构的高效布局 现代软件的瓶颈往往不在于CPU计算速度,而在于内存访问延迟。本书投入大量篇幅研究如何利用汇编语言的精确控制力,实现对内存布局的极致优化。 我们深入探讨了内存对齐(Alignment)的必要性及其对SIMD指令加载/存储操作的性能影响。对于复杂数据结构,如链表、树或数组,我们将展示如何使用汇编视角重新设计其存储方式,以最大化缓存行填充效率(Cache Line Utilization)。此外,对内存屏障(Memory Barriers)在多核并发编程中的作用进行细致剖析,解释它们如何确保共享数据在不同CPU核心间可见性的一致性。 第四部分:向量化与并行计算的汇编实现 随着多核和异构计算的普及,利用单指令多数据(SIMD)技术成为提升性能的关键。本部分重点介绍SSE (Streaming SIMD Extensions)、AVX (Advanced Vector Extensions)系列指令集。 读者将学习如何手工编写高效的向量化代码,包括数据打包(Packing)、解包(Unpacking)、混合运算(Shuffle)以及跨元素操作。我们不仅覆盖了浮点运算的优化,还深入探讨了整数向量化在图像处理、密码学和信号处理中的实际应用。本部分侧重于教授读者如何将高级语言中自动向量化的结果反向工程,从而更好地指导编译器优化或手动实现更激进的并行策略。 第五部分:混合编程、工具链与安全考量 汇编语言在现代开发中很少孤立存在,它通常作为粘合剂或性能瓶颈的突破点。本章聚焦于汇编代码与C/C++代码的接口规范。我们将详细解释函数调用约定(Calling Conventions)(如System V ABI或Microsoft x64 ABI)对参数传递、栈帧构建和返回值的具体要求,确保混合模块的无缝集成。 此外,我们还探讨了汇编语言在逆向工程、软件保护以及安全加固中的实际应用。理解如何构造复杂的跳转序列、如何利用控制流平坦化技术来混淆代码,是现代安全开发人员的必备技能。最后,我们涵盖了现代调试器(如GDB/LLDB)在汇编层面的工作原理,帮助读者高效定位和诊断底层Bug。 适读对象 本书适合具有扎实C/C++编程基础,并渴望理解程序在硬件上实际运行方式的系统程序员、编译器开发者、性能分析师、嵌入式系统工程师,以及对计算机体系结构有浓厚兴趣的进阶学习者。它要求读者具备一定的抽象思维能力和对底层细节的探究热情。通过本书的学习,读者将能自信地驾驭X86/X64架构,将理论知识转化为可执行的、高度优化的机器指令。

作者简介

丹尼尔·卡斯沃姆(Daniel Kusswurm)在软件开发和计算机科学领域拥有超过30年的专业经验。在几十年的职业生涯中,他曾为各种医疗设备、科学仪器和图像处理应用编写了大量创新性的代码。在这些项目中,他有很多使用x86汇编语言的成功经验’有些是显著提高计算密集型算法的性能,有些是巧妙解决技术难题。丹尼尔拥有北伊利诺伊大学电子工程技术硕士学位和德保罗大学计算机科学博士学位。

目录信息

出版者的话
译者序
前言
关于技术审校者
第1章x86-32核心架构 1
1.1 简史 1
1.2 数据类型 3
1.2.1 基本数据类型 3
1.2.2 数值数据类型 4
1.2.3 组合数据类型 5
1.2.4 其他数据类型 6
1.3 内部架构 6
1.3.1 段寄存器 7
1.3.2 通用寄存器 7
1.3.3 EFLAGS寄存器 8
1.3.4 指令指针 9
1.3.5 指令操作数 9
1.3.6 内存寻址模式 10
1.4 指令集浏览 11
1.4.1 数据传输 13
1.4.2 二进制算术 13
1.4.3 数据比较 14
1.4.4 数据转换 14
1.4.5 逻辑运算 14
1.4.6 旋转和移位 15
1.4.7 字节设置和二进制位串 15
1.4.8 串 16
1.4.9 标志操纵 16
1.4.10 控制转移 17
1.4.11 其他指令 17
1.5 总结 17
第2章x86-32核心编程 18
2.1 开始 18
2.1.1 第一个汇编语言函数 19
2.1.2 整数乘法和除法 22
2.2 x86-32编程基础 24
2.2.1 调用约定 25
2.2.2 内存寻址模式 28
2.2.3 整数加法 31
2.2.4 条件码 34
2.3 数组 38
2.3.1 一维数组 39
2.3.2 二维数组 42
2.4 结构体 47
2.4.1 简单结构体 47
2.4.2 动态结构体创建 50
2.5 字符串 52
2.5.1 字符计数 52
2.5.2 字符串拼接 54
2.5.3 比较数组 57
2.5.4 反转数组 60
2.6 总结 62
第3章x87浮点单元 63
3.1 x87 FPU核心架构 63
3.1.1 数据寄存器 63
3.1.2 x87 FPU专用寄存器 64
3.1.3 x87 FPU操作数和编码 65
3.2 x87 FPU指令集 68
3.2.1 数据传输 68
3.2.2 基本运算 69
3.2.3 数据比较 70
3.2.4 超越函数 71
3.2.5 常量 71
3.2.6 控制 72
3.3 总结 72
第4章x87 FPU编程 73
4.1 x87 FPU编程基础 73
4.1.1 简单计算 73
4.1.2 浮点比较 76
4.2 x87 FPU高级编程 79
4.2.1 浮点数组 79
4.2.2 超越指令(超越函数指令) 84
4.2.3 栈的高级应用 87
4.3 总结 92
第5章MMX技术 93
5.1 SIMD处理概念 93
5.2 回绕和饱和运算 94
5.3 MMX执行环境 95
5.4 MMX指令集 96
5.4.1 数据传输 97
5.4.2 算术运算 97
5.4.3 比较 98
5.4.4 转换 99
5.4.5 逻辑和位移 99
5.4.6 解组和重排 99
5.4.7 插入和提取 100
5.4.8 状态和缓存控制 100
5.5 总结 100
第6章MMX技术编程 101
6.1 MMX编程基础 101
6.1.1 组合整型加法 102
6.1.2 组合整型移位 108
6.1.3 组合整型乘法 111
6.2 MMX高级编程 113
6.2.1 整数数组处理 114
6.2.2 使用MMX和x87 FPU 120
6.3 总结 125
第7章流式SIMD扩展 126
7.1 x86-SSE概览 126
7.2 x86-SSE执行环境 127
7.2.1 x86-SSE寄存器组 127
7.2.2 x86-SSE数据类型 128
7.2.3 x86-SSE的控制-状态寄存器 128
7.3 x86-SSE处理技术 129
7.4 x86-SSE指令集概览 132
7.4.1 标量浮点数据传输 133
7.4.2 标量浮点算术运算 133
7.4.3 标量浮点比较 134
7.4.4 标量浮点转换 134
7.4.5 组合浮点数据传输 135
7.4.6 组合浮点算术运算 135
7.4.7 组合浮点比较 136
7.4.8 组合浮点转换 136
7.4.9 组合浮点重排和解组 137
7.4.10 组合浮点插入和提取 137
7.4.11 组合浮点混合 137
7.4.12 组合浮点逻辑 138
7.4.13 组合整数扩展 138
7.4.14 组合整数数据传输 138
7.4.15 组合整数算术运算 139
7.4.16 组合整数比较 139
7.4.17 组合整数转换 139
7.4.18 组合整数重排和解组 140
7.4.19 组合整数插入和提取 140
7.4.20 组合整数混合 141
7.4.21 组合整数移位 141
7.4.22 文本字符串处理 141
7.4.23 非临时数据传输和缓存控制 142
7.4.24 其他 142
7.5 总结 143
第8章x86-SSE编程——标量浮点 144
8.1 标量浮点运算基础 144
8.1.1 标量浮点算术运算 144
8.1.2 标量浮点数的比较 148
8.1.3 标量浮点数的类型转换 151
8.2 高级标量浮点编程 157
8.2.1 用标量浮点指令计算球体表面积和体积 157
8.2.2 用标量浮点指令计算平行四边形面积和对角线长度 159
8.3 总结 165
第9章x86-SSE编程——组合浮点 166
9.1 组合浮点运算基础 166
9.1.1 组合浮点算术运算 167
9.1.2 组合浮点数的比较 171
9.1.3 组合浮点数的类型转换 175
9.2 高级组合浮点编程 178
9.2.1 组合浮点数最小二乘法 178
9.2.2 用组合浮点数进行4×4矩阵的计算 183
9.3 总结 192
第10章 x86-SSE编程——组合整数 193
10.1 组合整数基础 193
10.2 高级组合整数编程 197
10.2.1 组合整数直方图 197
10.2.2 组合整数阈值分割 203
10.3 总结 214
第11章 x86-SSE编程——字符串 215
11.1 字符串基础知识 215
11.2 字符串编程 221
11.2.1 计算字符串长度 221
11.2.2 字符替换 224
11.3 总结 231
第12章 AVX——高级向量扩展 232
12.1 x86-AVX概述 232
12.2 x86-AVX执行环境 233
12.2.1 x86-AVX寄存器组 233
12.2.2 x86-AVX数据类型 233
12.2.3 x86-AVX指令语法 234
12.3 x86-AVX功能扩展 235
12.4 x86-AVX指令集概述 236
12.4.1 升级版的x86-SSE指令 236
12.4.2 新指令 239
12.4.3 功能扩展指令 242
12.5
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

☆☆☆☆☆

我不得不说,这本书的排版和图示设计是顶尖水平的。汇编语言的学习难度很大一部分来自于概念的抽象性,而这本书通过大量精美的流程图和内存布局示意图,将那些原本难以想象的底层操作可视化了。比如,当讲解I/O端口操作和特权级别切换时,那些清晰的图表瞬间让复杂的流程变得一目了然。此外,随书配套的代码库维护得非常好,所有的例子都能在主流的Linux/Windows环境中无缝编译运行,这大大减少了读者调试环境的时间,可以将精力完全集中在理解代码逻辑上。对我个人而言,最大的收获是它对调试技巧的侧重。书中花了相当篇幅介绍如何利用调试器观察寄存器和内存的变化,这才是真正掌握汇编的“临门一脚”。这本书的完成度极高,无论是对自学者还是有一定基础的工程师,都是一本值得反复研读的经典之作。

☆☆☆☆☆

这本书简直是汇编学习者的一盏明灯!我之前接触过一些其他的汇编资料,但总觉得晦涩难懂,尤其是在深入理解底层原理和现代处理器架构方面。这本书的行文风格非常接地气,作者似乎非常了解初学者在学习过程中会遇到的痛点,所以讲解的时候总能恰到好处地穿插一些形象的比喻和实际案例。比如说,它对寄存器和内存寻址方式的阐述,不仅仅是简单地罗列指令,而是深入剖析了为什么需要这些机制,以及它们在现代操作系统和应用程序中的实际应用场景。我特别欣赏它对不同寻常的指令集扩展的介绍,这让我对X86架构的深度有了更全面的认识,不再局限于基础的MOV、ADD这些指令。读完之后,我感觉自己对CPU的工作方式的理解提升了一个台阶,不再是被动地接受知识,而是能主动思考如何用汇编来优化性能瓶颈。对于那些想从高级语言转向底层,或者想从事系统编程、逆向工程的读者来说,这本书绝对是必不可少的工具书,它为深入探索硬件和软件的交界地带铺平了道路。

☆☆☆☆☆

作为一名长期从事软件优化的工程师,我一直在寻找一本能够连接理论与实践的汇编书籍。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅停留在对指令集语法的讲解,更重要的是,它展现了如何利用汇编语言的精髓去解决现实世界中的性能问题。书中对数据结构在内存中的对齐、函数调用的堆栈管理、以及SIMD指令集(如SSE和AVX)的实际应用场景都有非常详尽的分析。我印象最深的是关于编译器优化是如何将高级语言代码转化为汇编指令的章节,这让我能够更清楚地看到我们代码中的某些“优化陷阱”是如何产生的。通过书中提供的实例,我尝试重写了一些关键路径的代码,性能提升是立竿见影的。这种实战性的指导,远比那些只停留在“什么是寄存器”的教材有价值得多。这本书更像是一本高级武功秘籍,它教你如何调动CPU的全部潜能,而不是仅仅学会几招花架子。

☆☆☆☆☆

坦率地说,我一开始对“现代X86”这个标题持怀疑态度的,因为很多汇编书籍都停留在老旧的DOS时代,与今天的主流操作系统和多核处理器格格不入。然而,这本书完全颠覆了我的预期。它非常关注64位模式(x86-64)下的特性,比如新的通用寄存器、函数调用约定(ABI)的细节,以及如何处理大型内存模型。作者在讲解这些新特性时,并没有忽略历史的演进,而是巧妙地将16/32位与64位环境的差异点拎出来对比,这极大地帮助我理解了整个架构的演变脉络。书中的代码示例都是针对现代操作系统的环境编写的,这对于我进行内核模块开发和驱动程序调试非常有帮助。它让你明白,汇编不是一个“过时”的语言,而是理解现代计算基石的关键。我非常赞赏作者对新技术的敏感度和深度挖掘,这让这本书保持了极高的时效性和实用价值。

☆☆☆☆☆

这本书的叙事逻辑非常严谨,它采用了螺旋上升的学习路径。一开始从最基础的概念入手,但很快就会引入复杂的主题,比如中断处理、异常机制,以及与操作系统内核的交互。这种结构的好处在于,它迫使读者必须时刻保持专注,不能轻易跳过任何一个细节,因为后面的章节往往会用到前面章节埋下的伏笔。我特别喜欢它对体系结构(Architecture)和微架构(Microarchitecture)区别的讨论,这让我明白了为什么即使是相同的X86指令,在不同的CPU上执行效率也会大相径庭。书中对流水线、缓存层次的解释,虽然是以汇编为载体,但实际上是在教授计算机系统设计的基础知识。对于那些目标是成为全栈底层架构师的人来说,这本书提供的底层视野是任何高级语言教程都无法比拟的,它建立起了一套坚实的理论框架。

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入门挺好的

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推荐,不仅讲解了x86的汇编,还讲解了sse,avx等技术,对x64介绍的也很清晰。适合学习了8086汇编仍感到迷茫的同学。张银奎老师翻译的也很棒。

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推荐,不仅讲解了x86的汇编,还讲解了sse,avx等技术,对x64介绍的也很清晰。适合学习了8086汇编仍感到迷茫的同学。张银奎老师翻译的也很棒。

☆☆☆☆☆

看了x86-32和64还有浮点运算和mmx,其余的我感觉暂时用不到。

☆☆☆☆☆

汇编进阶用很赞