MyPrintf

Описание задания

Данный проект представляет собой часть учебного курса по предмету "Архитектура вычислительных систем и языки ассемблерное программирование". В рамках этого курса мы изучаем основы ассемблерного программирования и структуру вычислительных систем.

Задача заключается в том, чтобы написать свою собственную реализацию функции printf, используя язык ассемблера.

Пользовательская часть

Чтобы скомпилировать программу:

make

Удалить все объектники

make clean

Запустить исполняемый файл

./app

Как работает программа

Форматная строка функции состоит из символов двух типов. Это символы, которые сами должны быть выведены на экран и это специфика­торы формата, определяющие вид, в котором будут выведены аргументы. Количество аргументов должно точно соответствовать количеству спецификаторов формата, причем следовать они должны в одинаковом порядке.

Пример:

MyPrintf("Hello %s %d%c", "world", 100, 33);

Этот пример приведет к выводу «Hello world 100!».

Команды форматирования для printf():

• %d -> Десятичное число целого типа со знаком
• %x -> Шестнадцатеричное целое число без знака (буквы верхнего регистра)
• %o -> Восьмеричное целое число без знака
• %b -> Двоичное число целого типа со знаком
• %% -> Выводит символ %
• %s -> Строка символов
• %c -> Символ типа char

Если количество аргументов меньше, чем количество команд форматирования, то вывод не­определен. Если же количество аргументов больше, чем команд форматирования, то лишние ар­гументы отбрасываются.

Функция MyPrintf() возвращает количество действительно выведенных символов.

Общий принцип передачи аргументов (для NASM на платформе x86_64)

Общий принцип того, как происходит передача аргументов (для NASM на платформе x86_64):

• Передача через регистры: первые аргументы передаются непосредственно через регистры процессора. Это первые 6 регистров RDI, RSI, RDX, RCX, R9, R8
• Передача через стек: Когда количество аргументов превышает 6, то они передаются через стек.

Пример

MyPrintf("Hello %s %d %c %x %o %% %x", "world", 100, 33, 67, 56, 1234);

В таком случае аргументы распределяться следующим образом:

• RDI -> offset "Hello %s %d %c %x %o %% %x"
• RSI -> offset "world"
• RDX -> 100
• RCX -> 33
• R8 -> 67
• R9 -> 56
• в стек -> 1234

Далее первые 6 регистров кладутся в стек, так проще и понятнее дальше работать с аргументами

Получаем такой стек:

Когда аргументы помещаются на стек, они располагаются в памяти в порядке, обратном их объявлению. Например, если мы передаем аргументы "1234" и "56", они будут размещены на стеке таким образом, что "56" будет находиться на вершине стека, а "1234" - ниже него.

Такой подход обеспечивает корректное извлечение аргументов из стека в обратном порядке, что позволяет правильно передавать их в функции и обрабатывать.

Обработка форматной строки

Описание процесса:

После передачи аргументов функции MyPrintf, программа начинает обработку форматной строки, используя таблицу переходов. Этот процесс включает в себя следующее:

• программа проверяет каждый символ в форматной строке на наличие символа '%'. Если символ '%' обнаружен, программа переходит к обработке соответствующего спецификатора формата.

Например, если это %d, достается аргумент из стека, который нужно преобразовать в десятичную систему счисления. Берется остаток от деления на 10 и записывается в стек. Таким образом при последовательных push из стека будет возвращаться нужно число.

Небольшая визуализация

JMP_TABLE

Для перехода на нужный спецификатор формата я использую таблицу переходов (Jump Table), аналогичную механизму switch в языке Си. Это позволяет выбирать действие в зависимости от входного символа, обеспечивая гибкость и эффективность в обработке форматной строки. (использую в файле myPrintf.s на строке 485)

Описание таблицы переходов:

• Код начинается с метки JmpTable, которая представляет собой местоположение начала таблицы переходов.
• align 8 обеспечивает выравнивание таблицы по границе в 8 байт для оптимизации производительности на некоторых архитектурах процессора.

Записи таблицы:

• Каждая запись в таблице представляет собой 8-байтное значение (qword), это адрес метки, куда будет производиться переход.

Заполнение таблицы:

• times используется для повторения блока кода. Например, times 10 dq 'd' заполняет 10 ячеек в таблице значением d.

Выбор действия на основе входного символа:

• Далее идет код, который считывает символ в регистр al и сравнивает его с символом % (как пример условия выбора).
• Если символ равен %, программа переходит к обработке типа символа % (TypeSymbolProcent).
• Если символ не равен %, программа вычитает код символа 'b' из регистра rax.

Выбор адреса из таблицы:

• Чтобы определить, куда перейти для обработки символа, вычисляем смещение в таблице, используя арифметику указателей.
• Сначала загружается базовый адрес таблицы в регистр rdx с помощью lea. Затем регистр rax умножается на 8, так как каждая запись в таблице имеет размер 8 байт (размер qword).

Переход к целевой метке:

• Используя адрес из таблицы, программа делает переход к указанной метке с помощью jmp [rdx].