1.3 CPU眼里的汇编语言
●汇编语言是必需的吗？
尽管本书，并不要求大家具备汇编语言的知识，但考虑到内容的完整性，最终还是增加了这个章节。也希望借此机会帮助大家消除一些对“汇编语言”不必要的敬畏，同时，分享一下自己对学习、使用汇编语言的一点点看法。
●代码分析
打开Compiler Explorer，写一个简单的自加函数，如图1-14所示。
图1-14
下边是CPU的初始状态，所有的寄存器初始值都是0x100。
其中寄存器rax，一般用来存放数值，有点类似C语言的普通变量；而寄存器rbp，rsp，一般用来存放内存地址，有点类似C语言的指针变量。
线程往往通过调用函数来运行，因此，必须要有一个“堆栈”，用来存储临时变量和函数返回地址，所以“堆栈”内存是必不可少的。而rbp、rsp寄存器，就是用来管理、读写“堆栈”内存的。我们还会在3.2节“CPU眼里的函数括号{}”中，详细分析“堆栈”。
首先看函数{对应的汇编指令：push，千万不要被这个熟悉、亲切的名字迷惑。这是典型的复杂指令，无数同学被它直接劝退，如图1-15所示。
图1-15
push对应了两个微操作：
（1）先将寄存器rbp的值，存放在“栈顶”寄存器rsp指向的内存下方。
（2）随着“栈顶”向低生长，也就是让rsp寄存器的值减8。
随后是一个简单的mov指令，把寄存器rsp的值赋给寄存器rbp，如图1-16所示。
图1-16
至此，函数的栈帧保护工作完成，更详细的栈帧工作原理请参看3.2节“CPU眼里的函数括号{}”。
接着，是一个比较复杂的mov指令，如图1-17所示。
但通过参考源代码，我们很容易猜出它是要把数值1，写入到变量a所在的内存。
图1-17
用于写入的mov指令和数值1都很容易找到，但变量a的内存地址，就显得颇为复杂。不过PTR关键字显然在提示我们：这是一个指针操作，再加上rbp本身就是类似指针变量的寄存器。
所以，它对应的C语言，是这样的： *(rbp - 8) = 1。
变量a的内存地址等于寄存器rbp的值减8；而中括号，就相当于指针变量的*操作；QWORD是指针类型，表明数值1将占用8字节长度。
你是不是也从中看到了C语言的影子？所以说C语言是最接近底层的高级语言，真的一点儿都不过分。同样，相比于精简指令集，复杂指令集对程序员而言，也更加接近C语言。
好了，如果此时，你还能跟上阿布的节奏，那么恭喜你！因为，这就是本书中，最难的汇编语言了。后面的学习将轻松不少。
让我们接着进行自加运算，如图1-18所示。
图1-18
这种带PTR和[]的add指令，也有两个微操作，它们对应的C语言是这样的：*(rbp–8)=*(rbp–8)+2。
- 首先，用指针的*读操作，获得变量a的值，并与2做加法运算；
- 其次，把加法运算的结果，通过指针的*写操作，写入变量a所在的内存。
随后的mov指令，同样是一个带PTR和[]的指令，分析的方法，跟上面的mov指令一致，如图1-19所示。
图1-19
它对应的C语言是这样的：rax=*(rbp–8)。
只是不同于上面的mov指令，是一个写内存的操作；这次则是把变量a的值从内存中读出来，并写入到寄存器rax里面。
或许，你会纳闷为什么普通变量操作，背后也弄得跟“指针”一样？在CPU眼里的，万物皆有地址，万物皆可指针。指针变量，跟普通变量并无本质区别，如果此时参看2.5节“CPU眼里的指针本质和风险”，你可能会有更多感悟。
最后，就是push的反向操作pop，如图1-20所示。
它也对应了两个微操作：
（1）把寄存器rsp指向的“栈顶”值0x100，写入寄存器rbp。
（2）随着“栈顶”的升高，rsp寄存器的值，也随之加8。
至此，整个代码基本走完，除了用于作返回值的寄存器rax；所有寄存器，都恢复到了刚开始的状况，就像test函数从未被调用一样。
图1-20
●思考
或许，本章是本书中最乏味的一章。因为，在没有结合编译器意图的情况下，单独讨论每条汇编指令，是非常乏味的！
不知道读者里面，有没有在工地干过的工友？很多宏伟、漂亮的房子，在真正施工的时候，不过是在重复搭钢筋、倒水泥；再搭钢筋、再倒水泥的过程。而CPU也是如此，我们不过是把数据，在寄存器和内存之间，搬来搬去。
或许，本节也是全书中，最具洞察力的一节。经过粗略的统计，我们发现为了做1次简单的+2运算，居然产生了（至少） 5次的内存读写，内存读写的占比高达83%！
虽然，经过编译器优化后，一些没有必要的内存读写指令，会被优化掉。但对于复杂程序，其内存的读写总量，仍然不容小觑！有些机构给出的结论显示：CPU的内存读写，占据了CPU 90%的工作负荷。
这也是为什么苹果的M系列CPU，在没有显著提高CPU核心频率的情况下，也能产生秒杀同类的炸裂性能，因为它着重优化了CPU读、写内存的效率。
●总结
（1）虽然完整的CPU寄存器和指令集比较庞大。但编译器只会用到很小的一部分，而且使用的套路也很单一。一旦克服恐惧心理，就很容易掌握。
（2）C/C++语言对应的汇编指令存在大量的类似“指针”的操作，我们也叫它寄存器间接寻址。夸张地说“指针”不仅是C语言的灵魂，也是汇编语言的灵魂。
（3）相比于精简指令集，复杂指令集对程序员而言，更加接近C语言。在那个只有汇编语言的年代，复杂指令集，十分有助于提高编程效率。
最后，作为普通程序员，我们直接使用汇编语言编程的可能性几乎为零。在今天，汇编语言，也不是大规模软件开发的首选。所以，很多时候，我们并不需要成为汇编语言的专家。
阿布认为，普通开发者学习汇编语言，最好要结合特定、必要的场景。例如，我们可以用CPU视角，解读出一个真实的程序运行过程；或帮助我们调试、解决一些无法在语言层面表现出来的bug。
●热点问题
Q1：寄存器eax和寄存器rax有什么区别？
A1：寄存器eax是32位的x86 CPU的寄存器，如今的x86 CPU多是64位的，其对应的寄存器是rax，eax只是rax的低32位而已。
Q2：不精通汇编语言，等于白学编程语言了？
A2：当然不是。对于学习C/C++这种相对接近底层的语言，它对应的汇编语言还是比较简单、易懂的，完全不需要你精通汇编语言。同时，一些新的编程语言，例如RUST、SWIFT，编译器对代码封装得比较厉害，就不容易通过对应的汇编指令，了解语言的实现细节了。
而且有些语言，例如Java、JavaScript对应的是字节码，并没有汇编指令可以参考，但这并不妨碍大家掌握它们。