【初心者向け】Mac環境でアセンブリの始め方

こんにちは、Unityエンジニアのオオバです。

ECS完全に理解した勉強会で、
@tnayukiさんのLTでアセンブリが話題になりました。

良いプログラマーになるための近道は
アセンブリを勉強することだと
プログラマ初心者にアドバイスしたこと。

オオバも可能であれば良いプログラマになりたいので、
アセンブリを始めました。

※厳密には`64bit macOS環境`におけるアセンブリの話

ILの勉強もはじめました。
興味ある方はどうぞ読んでみてください。

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nasmをインストール
アセンブリ用意
コンパイル

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1. ググるとnasmが出てくる
2.Helloworld出力のソースコードを用意
3.コンパイル（アセンブル）
4.実行ファイルの作成
5.Hello World!
まとめ

1. ググるとnasmが出てくる

ということで、nasmをインストールします。

$ brew install nasm

HomeBrewでnasmはインストール可能です。

2.Helloworld出力のソースコードを用意

Hello Worldを標準出力するアセンブリソースコードをhelloworld.asmというファイル名で保存。

helloworld.asm · GitHub

3.コンパイル（アセンブル）

ソースコードhelloworld.asmを
機械語(バイナリ)に変換します。

$ nasm -f macho64 -o helloworld.o helloworld.asm

機械語になったhelloworld.o(バイナリファイル)が出力されます。.oファイルはオブジェクトファイルと呼ぶらしい。

4.実行ファイルの作成

ldコマンド(リンカコマンド)を使って実行ファイル(バイナリ)を生成します。

ld -arch x86_64 -macosx_version_min 10.11 helloworld.o -lSystem

もし以下のような感じでXcode周りのエラーが出てうまくいかない場合は、

xcrun: error: active developer path ("/Applications/Xcode9.3.app/Contents/Developer") does not exist
Use sudo xcode-select --switch path/to/Xcode.app to specify the Xcode that you wish to use for command line developer tools, or use xcode-select --install to install the standalone command line developer tools.

こちらのコマンドを実行してXcodeのコマンドラインツールをインストールします。

xcode-select --install

この記事でも起きたコマンドラインに関するエラーと同じ対処法です。
PyenvでPython3.6.3インストール時のトラブル

改めて、先程のldコマンドを実行します。

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

するとこのようなwarningが出てしまいますが、a.out(実行バイナリ)が出力されます。

5.Hello World!

以下のようにa.outを実行します。

./a.out

するとコンソールに出ました！Hello Worldです。

ここからアセンブリのソースコードについて調べていきます。

global _main

_や.から始まるものをシンボルと呼びます。
globalがくっついていると、外部参照を可能にするとのことです。
また複数同名のシンボル名は定義できません。

; DATAセクションの始まりを定義  
section .data

セクションは、以下のために存在するとのことです。

プログラム本体やプログラム中で使用する定数、文字列、変数に必要な性質に応じて区別して管理するため

TEXTセクション書き換え不可、DATAセクションは書き換え可能領域とのことですが、今回はあまり深くは踏み込まないことにします。

str_hello:   db  Hello World", 0x0a

str_helloというラベルを定義しています。あとからラベル内から参照します。

dbとは、db 文字列と書くと1文字ずつASCIIコードに変換し、数値の連続として書き込みます。
db 数字A, 数字B, 数字Cとすると数字A〜Cを数値の連続として書き込みます。連続した値はカンマで区切ります。
dbは、要は値を書き込みます。

その書き込んだものをstr_helloという任意の名前のラベルで参照できるようにしているということです。

_main:

.や_から始まり、:で終わるシンボルをラベルと呼び、この例では_main:と定義した場所のメモリアドレスを値として持ちます。

ラベル以下のコードがそのラベルの処理内容です。

    mov rax, 0x2000004  
    mov rdi, 1  
    mov rsi, str_hello  
    mov rdx, 13  
    syscall  
    mov rax, 0x2000001  
    mov rdi, 0  
    syscall

文法的にはこんな感じ。

今回出てくるオペコードは movのみです。
またmov, rax, rdiなどをまとめて、ニーモニックと呼ばれます。

movは値をコピーするオペコードで、

mov rax, 0x2000004

rax に 0x2000004という値をコピーするという意味になります。

rax部分がレジスタというものにあたり、今回4種類のレジスタが出てきたので以下まとめています。

使用用途
--- | --- | ---
rax | アキュムレーターレジスタ | 計算時の変数、関数戻り値格納システムコール番号指定
rdi | ディスティネーションインデックスレジスタ | スタックの先頭アドレスを保持
rsi | ソースインデックスレジスタ | 文字列操作時のソースポインタ
rdx | データレジスタ | 計算時の変数に使用され、I/Oポインタとして使用