前言

備注：該技術(shù)博客的內(nèi)容是我根據(jù)技術(shù)視頻整理與總結(jié)的（并非復(fù)制粘貼）。原視頻源于【遇見狂神說】

如果我們想要做高級程序員，匯編語言是我們必經(jīng)之路，匯編讓我們跳出傳統(tǒng)的編程思想，往底層學(xué)習(xí)，對我的技術(shù)提升非常非常重要?？偠灾?，想要成為高級程序員，我們必須要學(xué)會匯編語言，匯編語言是非常重要的計算機底層技術(shù)，一般用于底層的編寫。不懂匯編的程序員算不上一個好的程序員，充其量是一個熟練使用某種語言的工程師，而編程高手一定要研究底層。

1.機器語言

何為語言，就是人和人之間交流的工具。而匯編語言就是計算機的語言。

機器語言（二進制）：

主流的電子計算機使用二進制，計算機只認(rèn)識 0和1，因為在電路中只有兩種狀態(tài)，要么通電要么斷電，我們用數(shù)字表示這兩種狀態(tài)就是0和1，我們可以用0和1與計算機交流。

機器語言就是由0和1構(gòu)成的語言，我們很難理解，幾乎看不懂。而我們需要將這些復(fù)雜的機器語言（一堆0和1的數(shù)字）簡化，就需要助計符（INC DEC MUL DIV等）,也就是匯編語言。

我們掌握了匯編語言就可以操作計算機的底層，深入一點就是可以直接操作計算機里面的 位。
匯編語言助記機器語言，所以說我們學(xué)會了匯編語言就學(xué)會了機器語言。

學(xué)習(xí)匯編就是為了理解計算機怎么操作，每一行代碼怎么被計算機執(zhí)行，這些原理非常重要！

2.進制思想本質(zhì)

學(xué)習(xí)進制的障礙：
很多人搞不懂進制的主要原因是因為我們從小接受了十進制的概念，逢十進一的原則深入人心。
人本能的選擇就是 十進制。

常見進制：
1進制：逢一進一，1 1
2進制：逢二進一，計算機進制
8進制：逢八進一，8個符號組成：0 1 2 3 4 5 6 7
10進制：逢十進一，10個符號組成：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
16進制： 逢十六進一，16個符號組成：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f

進制其實非常簡單，只需要會 查數(shù)。

測試：

進制可以自定義：
小朱同學(xué)的十進制：0 2 4 7 8 a b r d f，可以隨便定義。
由此我可以使用進制加密，防止被爆破（暴力破解）。

3.二進制

目前的計算機（電子計算機）使用二進制 0 1

現(xiàn)在的計算機（電子計算機）：
都是通過集成電路來實現(xiàn)電路的有電和無電，高電平和低電平，表現(xiàn)出來兩個值0 1。

由于二進制寫起來非常麻煩，我們就需要簡寫二進制，所以我們就去寫16進制。

拓展：
未來的量子計算機：（傳道）
可以實現(xiàn)量子計算的機器。

量子計算機的 單位：昆比特。也就是所謂的（量子比特），量子的兩態(tài)（光子，磁場）來表示。
量子的計算速度遠遠超越了現(xiàn)在的電子計算速度。
光子：正交偏振方向。
磁場：電子的自旋方向。

如今我們已經(jīng)到了21世紀(jì)，計算力已經(jīng)快到盡頭了，沒辦法突破（落伍）的本質(zhì)問題！
我們想要突破這個本質(zhì)問題，就要使用量子計算機。核心要素就是提高計算機的計算力！

2019年，Google研究人員展示其最新54比特量子計算機，該計算機只用200秒便可計算完畢當(dāng)前世界最大的超級計算機需1萬年進行的運算。
2020年.6.18，霍尼韋爾公司推出了量子體積64的量子計算機！
霍尼韋爾還表示，將在一年之內(nèi)得到至少10個有效量子比特，相當(dāng)于1024個量子體積。
如果可以量產(chǎn)，大規(guī)模普及到民用之后，我們這些程序員是第一批使用他們的人。因為我們要
針對量子計算機寫程序。

我們?yōu)槭裁磳W(xué)習(xí)理解二進制？

如果我們了解寄存器，內(nèi)存，位的概念，計算機底層的每一個位都是有含義的（匯編入門理解的基礎(chǔ)）。每一個0和1都代表一種狀態(tài)，計算機會按照這種狀態(tài)去執(zhí)行特定的功能。程序運行時候會快速發(fā)生變化，每一個變化就會產(chǎn)生不同的狀態(tài)，就比如：移動鼠標(biāo)為什么會動，這底層如何實現(xiàn)非常的復(fù)雜。

4.數(shù)據(jù)寬度

計算機的內(nèi)存是有限制的，內(nèi)存不可能是無窮大的。所以我們就需要給數(shù)據(jù)增加數(shù)據(jù)寬度。

在計算計領(lǐng)域，我們要記?。核械膬?nèi)存，所有的操作，都要給數(shù)據(jù)加上寬度，尤其是C,C++,Java這種強類型語言，都需要定義數(shù)據(jù)類型！為什么要需要定義類型？因為計算機底層需要我們這些數(shù)據(jù)定義寬度。

有了寬度，就有了一些基本的量。常用量包含字節(jié)，字，雙字等…

位 (bit)：0 1
字節(jié) (byte)：（8位） 0-0xFF
字 (word)：0-0xFFFF
雙字 (dword)：0-0xFFFFFFF

在計算機中，每一個數(shù)據(jù)都需要給它定義類型。定義類型的原因就是給它定義寬度。在內(nèi)存中的寬度。

5.有符號數(shù)和無符號數(shù)

計算機它并不知道我們寫的數(shù)字是正還是負(fù)。我們可以通過正負(fù)號來判斷，而計算機如何去表示正負(fù)呢？我們接下來了解一下！

數(shù)據(jù)都是有寬度的。 那么每個數(shù)據(jù)代表什么意思呢？

規(guī)則
就好比我們解析一個音頻：比如說為什么網(wǎng)易云可以放出MP3？那是因為有個MP3的編碼格式，我們根據(jù)這個格式解碼才能放出聲音對應(yīng)的格式。如果是一個視頻就要遵守視頻的解碼規(guī)則…

現(xiàn)在我們需要給二進制解碼增加一個規(guī)則。
1.無符號數(shù)規(guī)則：
你這個數(shù)字是什么，那就是什么，無關(guān)正負(fù)。

1 0 0 1 1 0 1 0  轉(zhuǎn)換十六進制為： 0x9A   十進制為：154

2.有符號數(shù)規(guī)則：
最高位是符號位。 如果最高位是1，就代表一個負(fù)數(shù)。如果最高位是0，就代表是一個正數(shù)。

1 0 0 1 1 0 1 0  如何轉(zhuǎn)換十六進制？

這里就涉及一套計算機規(guī)則：就是原碼反碼補碼。

6.原碼反碼補碼

為什么學(xué)原碼反碼補碼？
因為我們之后要用它來計算。

編碼規(guī)則：（無符號數(shù)編碼規(guī)則沒什么可說的，寫的數(shù)字是什么就是什么）

有符號數(shù)編碼規(guī)則有三種狀態(tài)：**原碼，反碼，補碼。**我們來依此學(xué)習(xí)一下這三種狀態(tài)。

1.原碼： 最高位是符號位，對齊它的位進行本身的絕對值即可。
2.反碼： 分為正數(shù)和負(fù)數(shù)

正數(shù)：反碼和原碼相同。負(fù)數(shù)：符號位一定是1，其余位對原碼取反。

3.補碼：

正數(shù)：補碼和原碼相同負(fù)數(shù)：符號一定是1，對反碼進行+1

舉個例子：

現(xiàn)在我說的這些都是 8 位 

如果是正數(shù)，都是一樣的。
對1取值：
原碼：0 0 0 0  0 0 0 1
反碼：0 0 0 0  0 0 0 1
補碼：0 0 0 0  0 0 0 1

如果是負(fù)數(shù)
對-1取值：
原碼：1 0 0 0  0 0 0 1
反碼：1 1 1 1  1 1 1 0
補碼：1 1 1 1  1 1 1 1

對-7取值：
原碼：1 0 0 0  0 1 1 1
反碼：1 1 1 1  1 0 0 0
補碼：1 1 1 1  1 0 0 1

對3+5取值：
3的二進制是 11
5的二進制是 101
加起來是 1000

我們現(xiàn)在要理解一句話，如果看到一個二進制的數(shù)字。需要了解它是有符號數(shù)還是無符號數(shù)。

拓展：
接下來先給大家擴展一個寄存器：里面可以存值。通用的寄存器有8個，可以存儲任意的值。我可以通過mov指令向某個寄存器存值，如下圖：

現(xiàn)在我要寫一個-1，我們來看看會有怎樣的區(qū)別：

這里的FFFF FFFF是我們存的-1在寄存器中的值。一個F就是 1111，首先最高位的值是1，所以代表他是一個負(fù)數(shù)。我們正常存1的時候首位明顯是0，而存-1就變成FFFF FFFF。因為-1在計算機中是補碼的方式存儲的，所以負(fù)數(shù)在我們計算機中使用補碼方式存儲的。所以學(xué)習(xí)通過直接操作查看是最有效的。

FFFF FFFF代表三十二個1，如果是無符號的話，代表它是正數(shù)。如果是有符號的話，代表它是一個負(fù)數(shù)，是有很大的本質(zhì)區(qū)別的。

我們搞懂原碼反碼補碼之后，以后知道了計算機底層是怎么存儲數(shù)字的：正數(shù)就正常的存，因為無論原碼反碼補碼，正數(shù)都是相同的。而負(fù)數(shù)主要存的是補碼！如果了解了這些，就是為了接下來的位運算打交道。

7.位運算

我們之前說過，計算機現(xiàn)在可以存儲所有的數(shù)字（正數(shù)，浮點數(shù)，字符），不論正數(shù)還是負(fù)數(shù)都可以存儲。如果可以把這些數(shù)字加以運算，我們就可以做到世界上的一切。無論多復(fù)雜的運算，底層都是加減乘除。我們只要把位運算的位如何操作運算記住、突破就可以了。

接下來我們學(xué)習(xí)位運算。

首先有一個面試高頻題：2*8最高效的計算方式？
這道題不論怎樣都非常慢，只有通過位運算才是最快的，比如左移、右移。而且要記住一句話：很多底層的調(diào)試器（例如C語言調(diào)試器），當(dāng)我們手寫調(diào)試器的時候就需要通過位來判斷CPU的狀態(tài)。

位運算就是我們常說的與或非 異或運算等…我們一個一個來看：

與運算：

在JAVA語言中用 & 符號去表示，但是在匯編中用 and 代表與。下面圖片方便我們的理解：

1011 0001
1101 1000
-------------------- 與運算的結(jié)果
1001 0000

或運算：
在JAVA語言中用（|）表示，在匯編語言中用or表示，同樣根據(jù)或運算也有一張電路圖可以幫助理解：

1011 0001
1101 1000
--------------- 或運算
1111 1001

異或運算：
在我們JAVA語言中用（^）表示，在匯編語言中xor表示。說白了記住一句話：不一樣就是1。再來一張電路圖理解：

1011 0001
1101 1000
--------------------異或運算
0110 1001

非運算（單目運算符）：
我們所謂的取反（非），在JAVA語言中是（！）,在C語言中是（~），在匯編語言中是not。
說白了一句話：0就是1，1就是0。

1101 1000
----------------- 非運算 
0010 0111

通過這些可以完成我們的加減乘除。怎么通過位運算實現(xiàn)加減乘除呢？

位運算：
它是一個移動位，分為左移，右移。（左移*2，右移/2）。

左移（shl <<）:

0000 0001  所有的二進制位全部左移若干位，高位就丟棄，低位補0
0000 0010

右移（shr >>）:

0000 0001  所有二進制全部右移若干位，低位就丟棄，高位補0或1（根據(jù)符號位決定，負(fù)數(shù)補1，正數(shù)補0）
0000 0000

如果想要取值(C++)
int a = 10;
printf("%d\n",a>>2);

總結(jié)： 匯編的本質(zhì)就是操作二進制。

通過二進制、位運算實現(xiàn) 加減乘除。

8.位運算的加減乘除

接下來我們講，如何通過位運算實現(xiàn)加減乘除。我們的計算機只認(rèn)識0和1，但是基本的數(shù)學(xué)是建立在加減乘除上。（加法搞定，一切都搞定了）

舉個例子：求4+5？

計算機是如何操作的呢？
0000 0100
0000 0101
-------------------------（加法，計算機是不會直接加）
0000 1001

那么計算機的實現(xiàn)原理是什么呢？
怎么將兩個數(shù)加起來？核心是：異或。

第一步，異或（不一樣為1）：如果不考慮進位，異或就可以直接出結(jié)果
0000 0100
0000 0101
-------------------------
0000 0001
第二步，計算機在這個異或的結(jié)果上在做與運算操作：
與運算（判斷進位），如果與運算結(jié)果為0，那么就沒有進位。
0000 0100
0000 0101
-------------------------
0000 0100
第三步，將與運算的結(jié)果左移一位。
0000 0100 ——> 0000 1000 (進位的結(jié)果)
第四步，還是一個異或運算。（第一步異或出來的結(jié)果和第三步與運算的進位結(jié)果再一次異或）
0000 0001
0000 1000
------------------------
0000 1001
第五步，再去做一個與運算，判斷它是否有進位。（與第二步一樣）
0000 0001
0000 1000
------------------------
0000 0000
最后一步與運算結(jié)果為
0000 0000
電路都斷了，燈泡全滅，通過不了，所以最終結(jié)果就是：
與運算為0的結(jié)果的上一個異或運算結(jié)果：
0000 1001 （二進制的9）
如果與運算不為0，繼續(xù)循環(huán)。

舉個例子：求4-5？

我們說了，計算機沒有所謂的減法，那么計算機是如何操作的呢？
4-5 說白了就是 4+(-5)
0000 0100
1111 1011 (代表二進制的-5)
------------------------（減法，計算機是不會直接減）
1111 1111（8個1就是ff,所以ff在十進制中代表-1）

0000 0100
1111 1011
------------------------ 異或(如果不考慮進位，異或就可以直接出結(jié)果)
1111 1111

0000 0100
1111 1011
------------------------ 與運算（判斷進位），如果與運算結(jié)果為0，那么就沒有進位。
0000 0000

最終結(jié)果
1111 1111 (十六進制的ff，十進制的-1)

舉個例子：
乘法： x * y，本質(zhì)就是y個x相加，還是加法。
除法： x / y，本質(zhì)就是減法，就是x能減去多少個y。

結(jié)論：
計算機只會做加法！

9.匯編語言環(huán)境說明

目前為止，我們可以從零設(shè)計一套自己的進制規(guī)則。自己設(shè)計電路來實現(xiàn)加減乘除。但是最終乘除的結(jié)果是一個二進制，例如：我們有32個燈泡，就可以顯示32個數(shù)值，最終亮起燈泡的數(shù)就是最終的結(jié)果。手動轉(zhuǎn)換這個結(jié)果和值?。ㄊM制和二進制的轉(zhuǎn)換）

機器語言并不會做很多事情，它很“笨”。機器語言說白了就是位運算，（加減乘除）
都是電路來實現(xiàn)的。這就是計算機最底層的本質(zhì)。

但是，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)完了這些東西依舊是不懂，只是對現(xiàn)在的程序做了一些提高的理解。但是想通過理解寫程序?qū)懖怀鰜?，難道我們真的寫不出來嗎？

通過機器語言來實現(xiàn)加法計算器，這就是設(shè)計電路。

我們通過指令來代替我們的一些二進制編碼！比如說：剛才的加法運算是通過各種操作能否通過一個符號計算呢？比如說我就想叫它（ADD指令），假設(shè)我給計算機發(fā)一個ADD指令，它通過識別我的指令轉(zhuǎn)換成機器語言（也就是編譯）ADD指令轉(zhuǎn)換為二進制操作。

匯編語言說白了，底層還是二進制，但是二進制寫起來太麻煩了。這個時候我們通過匯編指令給計算機發(fā)一些操作，然后讓計算機執(zhí)行。這個地方就要涉及到編譯器！因為我們說的編譯命令不是機器直接能識別的，需要把命令轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)成計算機認(rèn)識的信息，不然沒法識別。這個時候就涉及到編譯器的發(fā)展。

如果學(xué)底層，一定不要用特別智能的編譯器（IDEA，VSCODE等），就是用越遠古的越好（記事本，vim等）。很多人學(xué)習(xí)C語言使用，用的是vim編輯器去寫C語言，用gcc來執(zhí)行。這是學(xué)習(xí)C的正確方式。底層的大佬幾乎都是最原始的idea。

在學(xué)習(xí)匯編之前，先要掌握環(huán)境的配置：

Vc6（程序到匯編的理解，通過C語言實現(xiàn)）

OD

抓包工具

加密解密工具

盡量不要使用java去學(xué)匯編，學(xué)完了匯編去學(xué)jvm就會覺得很簡單。但是如果我學(xué)java再學(xué)匯編就有點痛苦，建議使用C++學(xué)匯編。因為C++可以直接看到內(nèi)存的地址，可以打印通過指針直接找到內(nèi)存的地址，通過地址判斷信息。

學(xué)匯編不是為了寫代碼，就是為了理解程序的本質(zhì)。
如果懂匯編，就能夠理解所有復(fù)雜的概念。

如果我們是一個做應(yīng)用的程序員，別人調(diào)試不了的程序，如果學(xué)過匯編，都可以調(diào)試。因為知道底層堆棧到底做了什么。如果是做安全的（反外掛，反病毒），就要理解匯編到二進制的全部知識。

現(xiàn)在的計算機至少是32位，還有的是64位。我們要知道，它是由32位演化過來的。底層架構(gòu)沒有發(fā)生變化，只是多了寄存器，主要是尋址能力增加。

匯編入門： 了解匯編和程序的對應(yīng)關(guān)系，程序的本質(zhì)即可。

學(xué)會了這些，不理解的java原碼就理解了。匯編非常重要！這對我們向上學(xué)習(xí)有很大的幫助。有些編程技術(shù)學(xué)進不去，很大原因就是因為底層不夠。底層精通了在學(xué)習(xí)編程語言就發(fā)現(xiàn)太輕松了！

10.寄存器的理解

學(xué)習(xí)匯編，要學(xué)習(xí)三個重要的概念：

寄存器

內(nèi)存

匯編指令

通用寄存器：可以存儲任何值

存儲數(shù)據(jù)：CPU>內(nèi)存>硬盤
CPU分為32位和64位。

32位：8 16 3264位：8 16 32 64

32位的通用寄存器只有8個：

寄存器中的存值范圍：0 ~ FFFFFFFF

計算機如何向寄存器中存值呢？
對于二進制來說，就是直接修改值。但是修改值需要找到對應(yīng)的位置，所以才有內(nèi)存地址。

mov指令

可以將數(shù)字寫入到寄存器，可以將寄存器中的值，寫到寄存器。

計算機的本質(zhì)：計算力！ 就是為了計算?。ㄊ髽?biāo)光標(biāo)在移動都是在計算）

不同的寄存器：

32位代表八個F（FFFF FFFF），一個F代表4位（1111）
		FFFF	FF    
32位    16位    8位
EAX     AX		AL
ECX		CX		CL
EDX		DX		DL
EBX		BX		BL
ESP		SP		AH
EBP		BP		CH
ESI		SI		DH
EDI		DI		BH

對于8位：L代表低8位，H代表高8位
16位是FFFF 高八位占前兩個FF，低八位占后兩個FF

除了這些通用寄存器之外，那么其他的寄存器每一位都有自己特定的功能（比如：開機關(guān)機）。
我們一般寫值都會寫到通用寄存器中。

11.內(nèi)存

寄存器很小，而且不夠用。所以我們會把數(shù)據(jù)放到內(nèi)存中。

有句話：每個應(yīng)用程序進程都有4GB的內(nèi)存空間。 程序用的內(nèi)存就是空頭支票，雖然每個應(yīng)用程序的進程都有4GB內(nèi)存空間，但是真正到機器上使用時候并沒有那么大。

程序真正運行的時候，才會用到物理內(nèi)存。

1B = 8bit
1KB = 1024B
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB

假設(shè)是4GB內(nèi)存電腦，就等于4096m => 最終計算為位，就是可以存儲的最大容量。
計算機中的內(nèi)存地址很多，空間很大。

內(nèi)存地址：
存一個數(shù)：占用大小，數(shù)據(jù)寬度。存到哪里呢？

計算機中的內(nèi)存地址很多，空間很大。我們要給空間取名字，每個空間分配一個地址，名字。

這些給內(nèi)存起的編號就是我們的內(nèi)存地址。32位（8個十六進制的值）

32位：決定尋址能力！
FFFFFFFF + 1 = 100000000,最大的值。
位是怎么限制內(nèi)存大小呢？
100000000 內(nèi)存地址 * 8位 ：800000000。
轉(zhuǎn)換為十進制 / 8：4,294,967,296字節(jié)。
按照規(guī)則/1024最終發(fā)現(xiàn)就是 4GB（不能超過）。
64位,綽綽有余。

所以每個內(nèi)存地址都有一個編號：可以通過編號向里面存值

很多人學(xué)C語言搞不懂指針，原因就是 不懂內(nèi)存。

內(nèi)存如何存值？（mov指令）
存值需要知道數(shù)據(jù)寬度（byte word dword）,地址位置(自定義：0xFFFFFFFF)
不是任意的地址都可以寫東西，只有程序申請過的內(nèi)存地址我們才可以使用。

匯編如何向內(nèi)存中寫值：
mov  數(shù)據(jù)寬度  內(nèi)存地址，1

mov  byte ptr ds:[0x19ff70],1

傳遞的值的大小一定要和數(shù)據(jù)寬度要相等，如果大放不進去。

內(nèi)存地址有多種寫法：

ds:[0x19FF70+4]（內(nèi)存地址偏移）：加 偏移（4），地址就變成了：0x19FF74ds:[eax]（寄存器）：把寄存器中的值放到內(nèi)存中。ds:[eax + 4]（寄存器偏移）

以數(shù)組為例：
ds:[reg + reg * {1,2,4,8}]
ds:[reg + reg * {1,2,4,8} + 4] 偏移

12.總結(jié)

學(xué)到這里，在學(xué)其他的匯編內(nèi)容已經(jīng)很輕松了，包括學(xué)計算機操作原理也很輕松。
如果能夠全部理解，再看自己寫的程序就會豁然開朗很多。

以上就是匯編語言基礎(chǔ)理解計算機底層原理的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于計算機底層匯編語言的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！