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0. 前言

在 Go plan9 汇编: 打通应用到底层的任督二脉一文中介绍了从应用程序到汇编指令的转换。本文将结合汇编和 Go 程序实现手写基本的汇编指令，以加深对 Go plan9 汇编的了解。

1. 手写汇编

1.1 全局变量

首先写一个打印整型变量的函数如下：

// ex1/ex1.go
package main

var a = 9527

func main() {
	print(a)
}

使用 go tool compile -S -N -l 输出程序的汇编代码：

# go tool compile -S -N -l ex0.go 
main.main STEXT size=50 args=0x0 locals=0x10 funcid=0x0 align=0x0
    ...
main.a SNOPTRDATA size=8
        0x0000 37 25 00 00 00 00 00 00                          7%......

这里省略了 main.main 的汇编输出，重点关注 main.a 这个变量。输出的 main.a 表示汇编的标识符，SNOPTRDATA 表示这个变量是不包括指针的，这是给垃圾回收器看的，当扫描到这个变量时，垃圾回收器会跳过这个变量的回收。size=8 是这个变量的大小。重点在 0x0000 37 25 00 00 00 00 00 00，这段是 9527 在内存中的排列，0x2537 是 9527 的十六进制表示。

1.1.1 汇编实现全局变量

我们可以写汇编实现全局变量的输出。注意，本文不是汇编的教程，不会过多介绍 Go plan9 汇编的语法内容，关于这方面可以看曹大的 Go 语言高级编程：汇编语言（写的真是太好了！）。

首先，Go plan9 汇编是需要和 Go 文件一起协同工作的。这里

// ex1/ex1.go
package main

import (
	"ex1/pkg"
)

func main() {
	println(pkg.Id)
}

在 main 包中打印 pkg 包的 Id 变量。

// ex1/pkg/pkg.go
package pkg

var Id int

我们可以写汇编实现 Id 变量的定义，如下：

// ex1/pkg/pkg_amd64.s
#include "textflag.h"

GLOBL ·Id(SB),NOPTR,$8

DATA ·Id+0(SB)/1,$0x37
DATA ·Id+1(SB)/1,$0x25
DATA ·Id+2(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+3(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+4(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+5(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+6(SB)/1,$0x00
DATA ·Id+7(SB)/1,$0x00

NOPTR 表示变量 Id 不包括指针，$8 表示变量占 8 个字节。DATA 声明变量存储在内存中的 data 段，内存中的段如下。

运行上述程序：

# go run ex1.go
9527

输出变量 9527，其内存分布如下：

从变量内存分布可以看出，我们申请的 int(8 字节) 内存，只有 2 个字节是真正被用到的。其它字节都是 0。我们可以节省空间申请 Id 为 2 个字节如下：

// ex1/pkg/pkg.go
package pkg

var Id int16


// ex1/pkg/pkg_amd64.s
#include "textflag.h"

GLOBL ·Id(SB),NOPTR,$8

DATA ·Id+0(SB)/1,$0x37
DATA ·Id+1(SB)/1,$0x25

输出：

# go run ex1.go 
9527

改写 pkg_amd64.s：

#include "textflag.h"

GLOBL ·Id(SB),NOPTR,$2

DATA ·Id+0(SB)/1,$0x37
DATA ·Id+1(SB)/1,$0x25
DATA ·Id+2(SB)/1,$0x20

输出：

# go run ex1.go 
9527

在 0x2537 之上的 1 个字节 0x20 并不会被 CPU 寻址到，CPU 会根据变量声明从内存中读取 2 个字节的 Id 变量送入寄存器中处理。

1.2 字符串

结合 Go 和汇编打印字符串：

// ex2/main.go
package main

import (
	"ex2/pkg"
	"fmt"
)

func main() {
	fmt.Println(pkg.Name)
}

// ex2/pkg/pkg.go
package pkg

var Name string

字符串 Name 的声明在 pkg 包中，使用汇编定义变量 Name：

// ex2/pkg/pkg_amd64.s
#include "textflag.h"

GLOBL string<>(SB),NOPTR,$16
DATA string<>+0(SB)/8,$"Hello Wo"
DATA string<>+8(SB)/8,$"rld!"

GLOBL ·Name(SB),NOPTR|RODATA,$16
DATA ·Name+0(SB)/8,$string<>(SB)
DATA ·Name+8(SB)/8,$12

这里字符串变量实际是一个 16 字节的包括长度和指针的结构体。变量定义在：

GLOBL ·Name(SB),NOPTR|RODATA,$16
DATA ·Name+0(SB)/8,$string<>(SB)
DATA ·Name+8(SB)/8,$12

前 8 个字节指向的是存储实际字符串的内存地址，后 8 个字节是字符串的长度。真实的字符串存储在内存中的数据段。这里 string<> 表示该变量 string 时不可导出变量，否则外部 Go 程序可直接访问字符串变量。

画出内存分布图如下：

2. 小结