25章温度转换 · 逆向工程基础

# 25章温度转换另一个在初学者的编程书中常见的例子是温度转换程序，例如将华氏度转为摄氏度，或者反过来。我也添加了一个简单的错误处理： 1）我们应该检查用户是否输入了正确的数字 2）我们应该检查摄氏度是否低于-273゜C，因为这比绝对零度还低，学校物理课上的东西应该都还记得。 exit()函数将立即终止程序，而不会回到调用者函数。 ## 25.1 整数值 ``` #!cpp #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int celsius, fahr; printf ("Enter temperature in Fahrenheit:\n"); if (scanf ("%d", &fahr)!=1) { printf ("Error while parsing your input\n"); exit(0); }; celsius = 5 * (fahr-32) / 9; if (celsius<-273) { printf ("Error: incorrect temperature!\n"); exit(0); }; printf ("Celsius: %d\n", celsius); }; ``` ### 25.1.1 MSVC 2012 x86 /Ox 清单25.1： MSVC 2012 x86 /Ox ``` #!bash $SG4228 DB ’Enter temperature in Fahrenheit:’, 0aH, 00H $SG4230 DB ’%d’, 00H $SG4231 DB ’Error while parsing your input’, 0aH, 00H $SG4233 DB ’Error: incorrect temperature!’, 0aH, 00H $SG4234 DB ’Celsius: %d’, 0aH, 00H _fahr$ = -4 ; size = 4 _main PROC push ecx push esi mov esi, DWORD PTR __imp__printf push OFFSET $SG4228 ; ’Enter temperature in Fahrenheit:’ call esi ; call printf() lea eax, DWORD PTR _fahr$[esp+12] push eax push OFFSET $SG4230 ; ’%d’ call DWORD PTR __imp__scanf add esp, 12 ; 0000000cH cmp eax, 1 je SHORT $LN2@main push OFFSET $SG4231 ; ’Error while parsing your input’ call esi ; call printf() add esp, 4 push 0 call DWORD PTR __imp__exit $LN9@main: $LN2@main: mov eax, DWORD PTR _fahr$[esp+8] add eax, -32 ; ffffffe0H lea ecx, DWORD PTR [eax+eax*4] mov eax, 954437177 ; 38e38e39H imul ecx sar edx, 1 mov eax, edx shr eax, 31 ; 0000001fH add eax, edx cmp eax, -273 ; fffffeefH jge SHORT $LN1@main push OFFSET $SG4233 ; ’Error: incorrect temperature!’ call esi ; call printf() add esp, 4 push 0 call DWORD PTR __imp__exit $LN10@main: $LN1@main: push eax push OFFSET $SG4234 ; ’Celsius: %d’ call esi ; call printf() add esp, 8 ; return 0 - at least by C99 standard xor eax, eax pop esi pop ecx ret 0 $LN8@main: _main ENDP ``` 关于这个我们可以说的是： ``` ?printf()的地址先被载入了ESI寄存器中，所以printf()调用的序列会被CALL ESI处理，这是一个非常著名的编译器技术，当代码中存在多个序列调用同一个函数的时候，并且/或者有空闲的寄存器可以用上的时候，编译器就会这么做。 ?我们知道ADD EAX,-32指令会把EAX中的数据减去32。 EAX = EAX + (-32)等同于 EAX = EAX - 32，因此编译器决定用ADD而不是用SUB，也许这样性能比较高吧。 ?LEA指令在值应当乘以5的时候用到了： lea ecx, DWORD PTR [eax+eax*4]。是的，i + i * 4是等同于i*5的，而且LEA比IMUL运行的要快。还有，SHL EAX,2/ ADD EAX,EAX指令对也可以替换这句，而且有些编译器就是会这么优化。 ?用乘法做除法的技巧也会在这儿用上。 ?虽然我们没有指定，但是main()函数依然会返回0。C99规范告诉我们[15章， 5.1.2.2.3] main()将在没有return时也会照常返回0。这个规则仅仅对main()函数有效。虽然MSVC并不支持C99，但是这么看说不好他还是做到了一部分呢？ ``` ## 25.1.2 MSVC 2012 x64 /Ox 生成的代码几乎一样，但是我发现每个exit()调用之后都有INT 3。 ``` #!bash xor ecx, ecx call QWORD PTR __imp_exit int 3 ``` INT 3是一个调试器断点。可以知道的是exit()是永远不会return的函数之一。所以如果他“返回”了，那么估计发生了什么奇怪的事情，也是时候启动调试器了。 ## 25.2 浮点数值清单11.1: MSVC 2010 ``` #!cpp #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { double celsius, fahr; printf ("Enter temperature in Fahrenheit:\n"); if (scanf ("%lf", &fahr)!=1) { printf ("Error while parsing your input\n"); exit(0); }; celsius = 5 * (fahr-32) / 9; if (celsius<-273) { printf ("Error: incorrect temperature!\n"); exit(0); }; printf ("Celsius: %lf\n", celsius); }; ``` MSVC 2010 x86使用FPU指令... 清单25.2: MSVC 2010 x86 /Ox ``` #!bash $SG4038 DB ’Enter temperature in Fahrenheit:’, 0aH, 00H $SG4040 DB ’%lf’, 00H $SG4041 DB ’Error while parsing your input’, 0aH, 00H $SG4043 DB ’Error: incorrect temperature!’, 0aH, 00H $SG4044 DB ’Celsius: %lf’, 0aH, 00H __real@c071100000000000 DQ 0c071100000000000r ; -273 __real@4022000000000000 DQ 04022000000000000r ; 9 __real@4014000000000000 DQ 04014000000000000r ; 5 __real@4040000000000000 DQ 04040000000000000r ; 32 _fahr$ = -8 ; size = 8 _main PROC sub esp, 8 push esi mov esi, DWORD PTR __imp__printf push OFFSET $SG4038 ; ’Enter temperature in Fahrenheit:’ call esi ; call printf lea eax, DWORD PTR _fahr$[esp+16] push eax push OFFSET $SG4040 ; ’%lf’ call DWORD PTR __imp__scanf add esp, 12 ; 0000000cH cmp eax, 1 je SHORT $LN2@main push OFFSET $SG4041 ; ’Error while parsing your input’ call esi ; call printf add esp, 4 push 0 call DWORD PTR __imp__exit $LN2@main: fld QWORD PTR _fahr$[esp+12] fsub QWORD PTR __real@4040000000000000 ; 32 fmul QWORD PTR __real@4014000000000000 ; 5 fdiv QWORD PTR __real@4022000000000000 ; 9 fld QWORD PTR __real@c071100000000000 ; -273 fcomp ST(1) fnstsw ax test ah, 65 ; 00000041H jne SHORT $LN1@main push OFFSET $SG4043 ; ’Error: incorrect temperature!’ fstp ST(0) call esi ; call printf add esp, 4 push 0 call DWORD PTR __imp__exit $LN1@main: sub esp, 8 fstp QWORD PTR [esp] push OFFSET $SG4044 ; ’Celsius: %lf’ call esi add esp, 12 ; 0000000cH ; return 0 xor eax, eax pop esi add esp, 8 ret 0 $LN10@main: _main ENDP ``` 但是MSVC从2012年开始又改成了使用SIMD指令：清单25.3: MSVC 2010 x86 /Ox ``` #!bash $SG4228 DB ’Enter temperature in Fahrenheit:’, 0aH, 00H $SG4230 DB ’%lf’, 00H $SG4231 DB ’Error while parsing your input’, 0aH, 00H $SG4233 DB ’Error: incorrect temperature!’, 0aH, 00H $SG4234 DB ’Celsius: %lf’, 0aH, 00H __real@c071100000000000 DQ 0c071100000000000r ; -273 __real@4040000000000000 DQ 04040000000000000r ; 32 __real@4022000000000000 DQ 04022000000000000r ; 9 __real@4014000000000000 DQ 04014000000000000r ; 5 _fahr$ = -8 ; size = 8 _main PROC sub esp, 8 push esi mov esi, DWORD PTR __imp__printf push OFFSET $SG4228 ; ’Enter temperature in Fahrenheit:’ call esi ; call printf lea eax, DWORD PTR _fahr$[esp+16] push eax push OFFSET $SG4230 ; ’%lf’ call DWORD PTR __imp__scanf add esp, 12 ; 0000000cH cmp eax, 1 je SHORT $LN2@main push OFFSET $SG4231 ; ’Error while parsing your input’ call esi ; call printf add esp, 4 push 0 call DWORD PTR __imp__exit $LN9@main: $LN2@main: movsd xmm1, QWORD PTR _fahr$[esp+12] subsd xmm1, QWORD PTR __real@4040000000000000 ; 32 movsd xmm0, QWORD PTR __real@c071100000000000 ; -273 mulsd xmm1, QWORD PTR __real@4014000000000000 ; 5 divsd xmm1, QWORD PTR __real@4022000000000000 ; 9 comisd xmm0, xmm1 jbe SHORT $LN1@main push OFFSET $SG4233 ; ’Error: incorrect temperature!’ call esi ; call printf add esp, 4 push 0 call DWORD PTR __imp__exit $LN10@main: $LN1@main: sub esp, 8 movsd QWORD PTR [esp], xmm1 push OFFSET $SG4234 ; ’Celsius: %lf’ call esi ; call printf add esp, 12 ; 0000000cH ; return 0 xor eax, eax pop esi add esp, 8 ret 0 $LN8@main: _main ENDP ``` 当然，SIMD在x86下也是可用的，包括这些浮点数的运算。使用他们计算起来也确实方便点，所以微软编译器使用了他们。我们也可以注意到 -273 这个值会很早的被载入XMM0。这个没问题，因为编译器并不一定会按照源代码里面的顺序产生代码。