对于静态编译型语言，比如 C 语言和 Go 语言，编译器后端的任务就是生成汇编代码，然后再由汇编器生成机器码，生成的文件叫目标文件，最后再使用链接器就能生成可执行文件或库文件了。
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就算像 JavaScript 这样的解释执行的语言，也要在运行时利用类似的机制生成机器码，以便调高执行的速度。Java 的字节码，在运行时通常也会通过 JIT 机制编译成机器码。而汇编语言是完成这些工作的基础。对你来说，掌握汇编语言是十分有益的，因为哪怕掌握一小点儿汇编技能，就能应用到某项工作中，比如，在 C 语言里嵌入汇编，实现某个特殊功能；或者读懂某些底层类库或驱动程序的代码，因为它可能是用汇编写的。本节课，我先带你了解一下汇编语言，来个破冰之旅。然后在接下来的课程中再带你基于 AST 手工生成汇编代码，破除你对汇编代码的恐惧，了解编译期后端生成汇编代码的原理。

了解汇编语言

机器语言都是 0101 的二进制的数据，不适合我们阅读。而汇编语言，简单来说，是可读性更好的机器语言，基本上每条指令都可以直接翻译成一条机器码。跟你日常使用的高级语言相比，汇编语言的语法特别简单，但它要跟硬件（CPU 和内存）打交道，我们来体会一下。计算机的处理器有很多不同的架构，比如 x86-64、ARM、Power 等，每种处理器的指令集都不相同，那也就意味着汇编语言不同。我们目前用的电脑，CPU 一般是 x86-64 架构，是 64 位机。（如不做特别说明，本课程都是以 x86-64 架构作为例子的）。说了半天，汇编代码长什么样子呢？我用 C 语言写的例子来生成一下汇编代码。

  2. #include <stdio.h>
  3. int main(int argc, char* argv[]){
  4.     printf("Hello %s!\n", "Richard");
  5.     return 0;
  6. }

在 macOS 中输入下面的命令，其中的 -S 参数就是告诉编译器把源代码编译成汇编代码，而 -O2 参数告诉编译器进行 2 级优化，这样生成的汇编代码会短一些：

  2. clang -S -O2 hello.c -o hello.s
  3. 或者：
  4. gcc -S -O2 hello.c -o hello.s

生成的汇编代码是下面的样子：

  2.  .section    __TEXT,__text,regular,pure_instructions
  3.     .build_version macos, 10, 14    sdk_version 10, 14
  4.     .globl  _main                   ## -- Begin function main
  5.     .p2align    4, 0x90
  6. _main:                                  ## @main
  7.     .cfi_startproc
  8. ## %bb.0:
  9.     pushq   %rbp
  10.     .cfi_def_cfa_offset 16
  11.     .cfi_offset %rbp, -16
  12.     movq    %rsp, %rbp
  13.     .cfi_def_cfa_register %rbp
  14.     leaq    L_.str(%rip), %rdi
  15.     leaq    L_.str.1(%rip), %rsi
  16.     xorl    %eax, %eax
  17.     callq   _printf
  18.     xorl    %eax, %eax
  19.     popq    %rbp
  20.     retq
  21.     .cfi_endproc
  22.                                         ## -- End function 
  23.     .section    __TEXT,__cstring,cstring_literals
  24. L_.str:                                 ## @.str
  25.     .asciz  "Hello %s!\n"
  27. L_.str.1:                               ## @.str.1
  28.     .asciz  "Richard"
  30. .subsections_via_symbols

你如果再打下面的命令，就会把这段汇编代码编译成可执行文件（在 macOS 或 Linux 执行 as 命令，就是调用了 GNU 的汇编器）：

  2. as hello.s -o hello.o   //用汇编器编译成目标文件
  3. gcc hello.o -o hello   //链接成可执行文件 
  4. ./hello                 //运行程序

以上面的代码为例，来看一下汇编语言的组成元素。这是汇编语言入门的基础，也是重点内容，在阅读时，你不需要死记硬背，而是要灵活掌握，比如 CPU 的指令特别多，我们记住常用的就行了，不太常用的可以去查手册。1. 汇编语言的组成元素这段代码里有指令、伪指令、标签和注释四种元素，每个元素单独占一行。指令（instruction）是直接由 CPU 进行处理的命令，例如：

  2. pushq   %rbp
  3. movq    %rsp, %rbp

其中，开头的一个单词是助记符（mnemonic），后面跟着的是操作数（operand），有多个操作数时以逗号分隔。第二行代码的意思是把数据从这里（源）拷贝到那里（目的），这跟“请倒杯咖啡给我”这样的自然语句是一样的，先是动词（倒），然后是动词的作用对象（咖啡），再就是目的地（给我）。
伪指令以“.”开头，末尾没有冒号“：”。

  1. .section    __TEXT,__text,regular,pure_instructions
  2. .globl  _main        
  3. .asciz  "Hello %s!\n"

伪指令是是辅助性的，汇编器在生成目标文件时会用到这些信息，但伪指令不是真正的 CPU 指令，就是写给汇编器的。每种汇编器的伪指令也不同，要查阅相应的手册。标签以冒号“:”结尾，用于对伪指令生成的数据或指令做标记。例如 L_.str: 标签是对一个字符串做了标记。其他代码可以访问标签，例如跳转到这个标签所标记的指令。

  2. L_.str:                                 ## @.str
  3.     .asciz  "Hello %s!\n"

标签很有用，它可以代表一段代码或者常量的地址（也就是在代码区或静态数据区中的位置）。可一开始，我们没法知道这个地址的具体值，必须生成目标文件后，才能算出来。所以，标签会简化汇编代码的编写。

第四种元素，注释，以“#”号开头，这跟 C 语言中以 // 表示注释语句是一样的。
因为指令是汇编代码的主要部分，所以我们再把与指令有关的知识点展开讲解一下。

2. 详细了解指令这个元素
在代码中，助记符“movq”“xorl”中的“mov”和“xor”是指令，而“q”和“l”叫做后缀，表示操作数的位数。后缀一共有 b, w, l, q 四种，分别代表 8 位、16 位、32 位和 64 位。
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比如，movq 中的 q 代表操作数是 8 个字节，也就是 64 位的。movq 就是把 8 字节从一个地方拷贝到另一个地方，而 movl 则是拷贝 4 个字节。
而在指令中使用操作数，可以使用四种格式，它们分别是：立即数、寄存器、直接内存访问和间接内存访问。
立即数以 $ 开头， 比如 $40。（下面这行代码是把 40 这个数字拷贝到 %eax 寄存器）。

  1. movl $40, %eax

除此之外，我们在指令中最常见到的就是对寄存器的访问，GNU 的汇编器规定寄存器一定要以 % 开头。
直接内存访问：当我们在代码中看到操作数是一个数字时，它其实指的是内存地址。不要误以为它是一个数字，因为数字立即数必须以 $ 开头。另外，汇编代码里的标签，也会被翻译成直接内存访问的地址。比如“callq _printf”中的“_printf”是一个函数入口的地址。汇编器帮我们计算出程序装载在内存时，每个字面量和过程的地址。
间接内存访问：带有括号，比如（%rbp），它是指 %rbp 寄存器的值所指向的地址。
间接内存访问的完整形式是：

偏移量（基址，索引值，字节数）这样的格式。

其地址是：

基址 + 索引值 * 字节数 + 偏移量

举例来说：

8(%rbp)，是比 %rbp 寄存器的值加 8。 -8(%rbp)，是比 %rbp 寄存器的值减 8。 （%rbp, %eax, 4）的值，等于 %rbp + %eax*4。这个地址格式相当于访问 C 语言中的数组中的元素，数组元素是 32 位的整数，其索引值是 %eax，而数组的起始位置是 %rbp。其中字节数只能取 1,2,4,8 四个值。

现在应该对指令的格式有所了解了，接下来，我们再学几个常用的指令：

mov 指令

  1. mov 寄存器|内存|立即数, 寄存器|内存

这个指令最常用到，用于在寄存器或内存之间传递数据，或者把立即数加载到内存或寄存器。mov 指令的第一个参数是源，可以是寄存器、内存或立即数。第二个参数是目的地，可以是寄存器或内存。
lea 指令，lea 是“load effective address”的意思，装载有效地址。
比如前面例子代码中的 leaq 指令，是把字符串的地址加载到 %rdi 寄存器。

  1. lea 源，目的
  3. leaq    L_.str(%rip), %rdi

add 指令是做加法运算，它可以采取下面的格式：

  2. add 立即数， 寄存器 
  3. add 寄存器， 寄存器 
  4. add 内存， 寄存器 
  5. add 立即数， 内存 
  6. add 寄存器， 内存

比如，典型的 c=a+b 这样一个算术运算可能是这样的：

  2. movl -4(%rbp), %eax    #把%rbp-4的值拷贝到%eax
  3. addl -8(%rbp), %eax   #把%rbp-8地址的值加到%eax上
  4. movl %eax, -12(%rbp)   #把%eax的值写到内存地址%rbp-12

这三行代码，分别是操作 a、b、c 三个变量的地址。它们的地址分别比 %rbp 的值减 4、减 8、减 12，因此 a、b、c 三个变量每个都是 4 个字节长，也就是 32 位，它们是紧挨着存放的，并且是从高地址向低地址延伸的，这是栈的特征。

除了 add 以外，其他算术运算的指令：

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与栈有关的操作：

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跳转类：
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过程调用：
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比较操作：