nasm - Mach-O 64位格式不支持32位绝对地址。 NASM访问阵列

Question

使用以下命令在我的Mac计算机上运行此代码:

nasm -f macho64 -o max.a maximum.asm

这是我尝试在计算机上运行的代码，该代码在数组中找到最大的数字。

section .data

data_items:
    dd 3,67,34,222,45,75,54,34,44,33,22,11,66,0

    section .text

global _start

_start:
    mov edi, 0
    mov eax, [data_items + edi*4]
    mov ebx, eax

start_loop:
    cmp eax, 0
    je loop_exit
    inc edi
    mov eax, [data_items + edi*4]
    cmp eax, ebx
    jle start_loop

mov ebx, eax
jmp start_loop

loop_exit:

mov eax, 1
int 0x80

错误:

maximum.asm:14: error: Mach-O 64-bit format does not support 32-bit absolute addresses
maximum.asm:21: error: Mach-O 64-bit format does not support 32-bit absolute addresses

Answer 1

首先，注意带有macho64输出格式和64-bit absolute addressing (NASM 2.13.02+)和RIP-relative in NASM 2.11.08的NASM错误。不建议使用64位绝对寻址，因此，即使对于有故障的NASM 2.13.02及更高版本，此答案也应适用。 (这些错误不会导致此错误，它们会导致在运行时使用错误的地址。)
[data_items + edi*4]是32位寻址模式。甚至[data_items + rdi*4]也只能使用32位绝对位移，因此它也不起作用。请注意，使用地址作为类似于 cmp rdi, data_items is also a problem的32位(符号扩展)立即数:仅mov允许64位立即数。

OS X上的的64位代码不能完全使用的32位绝对地址。可执行文件在高于4GiB的基地址上加载，因此标签地址仅是普通格式，不适合带有零或符号扩展名的32位整数。无论您是否需要与RIP无关，RIP相对寻址都是最佳/最有效的解决方案。

在NASM中，文件顶部的 default rel 将使所有[]内存操作数更喜欢RIP相对寻址。另请参见NASM手册中的Section 3.3 Effective Addresses。

default rel                     ; near the top of file; affects all instructions

my_func:
    ...
    mov   ecx, [data_items]         ; uses the default: RIP-relative

    ;mov  ecx, [abs data_items]     ; override to absolute [disp32], unusuable
    mov   ecx, [rel data_items]     ; explicitly RIP-relative

但是相对于RIP的 is only possible when there are no other registers involved，因此 要为静态数组建立索引，您需要首先在寄存器中获取地址。使用相对于RIP的 lea rsi, [rel data_items]。

 lea   rsi, [data_items]    ; can be outside the loop
 ...
 mov   eax, [rsi + rdi*4]

或者，您可以在循环内部使用 add rsi, 4并使用更简单的寻址模式，例如 mov eax, [rsi]。

请注意， mov rsi, data_items可用于将地址添加到寄存器中，但是您不希望这样做，因为它效率较低。

从技术上讲，阵列+ -2GiB内的任何地址都可以使用，因此，如果您有多个阵列，则可以相对于一个公共(public)基址来寻址其他阵列，只需将一个寄存器与一个指针绑定(bind)即可。例如 lea rbx, [arr1]/.../ mov eax, [rbx + rdi*4 + arr2-arr1]。 Relative Addressing errors - Mac 10.10提到Agner Fog的“优化程序集”指南中有一些数组寻址的示例，包括一个使用 __mh_execute_header作为引用点的示例。 (该问题中的代码看起来像是另一种尝试，将这个32位Linux示例从PGU本书移植到64位OS X，同时首先学习了asm。)

请注意，在Linux上，位置相关的可执行文件被加载到虚拟地址空间的低32位中，因此您将在Linux示例中看到诸如 mov eax, [array + rdi*4]或 mov edi, symbol_name之类的代码，或者在 http://gcc.godbolt.org/上看到编译器输出。 gcc -pie -fPIE将在Linux和 is the default on many recent distros上创建与位置无关的可执行文件，但不能创建Godbolt。

这在MacOS上无济于事，但如果有人对他们在其他OS上看到的代码感到困惑，或者为什么AMD64架构师费心地允许在x86-64上完全使用 [disp32]寻址模式，则我会提及它。

顺便说一句， 倾向于在64位代码中使用64位寻址模式。例如使用 [rsi + rdi*4]，而不是 [esi + edi*4]。您通常不希望将指针截断为32位，并且它花费了额外的地址大小前缀来进行编码。

同样，您应该使用 syscall而不是 int 0x80进行64位系统调用。 What are the calling conventions for UNIX & Linux system calls on i386 and x86-64表示传递args的寄存器的区别。

脚注1:
OS X支持64位绝对寻址，但仅在位置相关的可执行文件(非PIE)中支持。此相关问题 x64 nasm: pushing memory addresses onto the stack & call function包含一个使用 ld链接到的 gcc main.o警告:

ld: warning: PIE disabled. Absolute addressing (perhaps -mdynamic-no-pic) not
allowed in code signed PIE, but used in _main from main.o. To fix this warning,
don't compile with -mdynamic-no-pic or link with -Wl,-no_pie

因此，链接器检查是否使用了64位绝对重定位，如果使用，则禁用创建与位置无关的可执行文件。 PIE可以受益于 ASLR的安全性。我认为共享库代码必须始终与OS X无关。我不知道是否允许跳转表或以数据为指针的其他情况(即由动态链接器修复)，或者如果您不制作与位置相关的可执行文件，是否需要在运行时初始化它们。
mov r64, imm64较大(10个字节)，但不比 lea r64, [RIP_rel32](7个字节)快。

因此，您可以使用 mov rsi, qword data_items代替相对于RIP的LEA，LEA的运行速度几乎一样快，并且在代码缓存和uop缓存中占用的空间更少。 64位立即数也对Sandybridge-family( http://agner.org/optimize/)进行uop缓存获取:这需要2个周期来读取uop缓存行，而不是1个周期。

x86还具有一种 mov形式，可从64位绝对地址加载/存储到64位绝对地址，但仅适用于AL/AX/EAX/RAX。参见 http://felixcloutier.com/x86/MOV.html。您也不希望这样做，因为它比 mov eax, [rel foo]更大且不快。

(相关: an AT&T syntax version of the same question)