ISU cvičenia, FIT VUT 2022

Cvičenia z predmetu Programovanie na strojovej úrovni (ISU), druhý semester bakalárskeho štúdia BIT na FIT VUT/BUT, ak.rok 2021/2022

⚠️ Zverejnené pre archívne účely — nekopírujte, nula by Vás mrzela. Za nič také nenesiem žiadnu zodpovednosť! Všetky odovzdané projekty prechádzajú kontrolou plagiátorstva, pri ktorej sa porovnávajú aj s dávnejšie odovzdanými riešeniami.

Toto je archív mojích kódikov z ISU cvičení, ktoré som znovu–objavil na starom VPS (aspoň čo sa zachovalo), plus samouka na testy. Všetky súbory sú závislé na podpornej knižnici rw32-2022.inc (MOODLE.vut.cz, archive.org).

Spojaznenie

Ak sa Vám nechce nič nastavovať, vždy je tu SASM.

Windows

Windows prevažne bude mať nainštalované knižnice čo potrebujete. Stiahnite si archív z ISU MOODLE isu-tools-2022.zip (resp. verziu s aktuálnym rokom), kde by ste mali mať súbory bin/nasm.exe a bin/golink.exe (prípadne isu-vscode-mingw.zip). Cez shell potom môžete spustiť napr. test.asm takto:

bin/nasm.exe -f win32 -g -o build/test.obj test.asm
bin/golink.exe build/test.obj /fo build/test.exe /console /debug coff /entry:_main msvcrt.dll kernel32.dll
build/test.exe

Windows som osobne nepoužíval, tak VSCode súbory nemám po ruke, ale menším refactoringom by sa z priložených linuxáckych dali spraviť. Something something, use Linux.

Linux

Na programovanie v x86 Assembly je potrebné mať nainštalovaný asembler NASM spolu s C-čkovými utilitkami a GNU toolchain — GCC, GDB + C knižnice — čo sa všetko dá nainštalovať ako package group. K tomu je treba doinštalovať 32–bitové knižnice.

nasm -f elf32 -g -o build/test.o test.asm
gcc -m32 -o build/test build/test.o
build/test

Debian–based distros (Debian, Ubuntu, Linux Mint,…)

apt -y update
apt -y install binutils build-essential gdb # Development tools
apt -y install gcc-multilib # 32-bit libraries
apt -y install nasm

Red Hat–based distros (Fedora, RHEL,…)

dnf -y upgrade
dnf -y group install "C Development Tools and Libraries"
dnf -y install glibc-devel.i686 # 32-bit libraries
dnf -y install nasm

Arch–based distros (Arch Linux, EndeavourOS, Manjaro,…)

pacman -Syu
pacman -S base-devel # Development tools, install all
pacman -S lib32-gcc-libs # 32-bit libraries
pacman -S nasm

VSCode spúšťanie

^{Ukážka x86 syntax highlight a ISU ASM Registers Extension (Dobri Next -A01- Dark + Iosevka SS07)}

Proces spúšťania si môžete automatizovať súbormi launch.json a tasks.json v priečinku .vscode, čo spolu s rozšírením GDB Debug^[REPO] Vám dá možnosti kód debuggovať.

Pre debugging použite klávesu F5, alebo spustite súbor klávesami CTRL + F5 bez debugu. Na debugging treba do kódu pridať breakpointy (tie červené bodky), kde program sa pozastaví, a môžete v ňom krokovať (pomocou tlačidiel v hornom menu) a pri tom sledovať registre, premenné, a podobne. Pokiaľ Vám nejde pridávať breakpointy, treba ich povoliť vo VSCode nastaveniach (File > Preferences > Settings > Debug: Allow Breakpoints Everywhere).

Ďalšie odporúčané rozšírenia

• x86 and x86_64 Assembly^[REPO] — syntax highlighting
• ISU ASM Register Extension^[REPO] — lepšie zobrazenie registrov počas debuggingu
• x86 Instruction Reference^[REPO] — offline dokumentácia x86 inštrukcií

Všetky tieto rozšírenia sú povolené na cvičeniach aj na testoch (pozor: počas môjho štúdia, pravidlá sa mohli zmeniť!).

Debugging

^{Ukážka debuggingu s Watch panelom (Hacker X - Underdark Hacker Theme + Operator Mono)}

Watch panel

Na ľavej strane rozhrania v tabe Run & Debug máte panel Watch, pomocou ktorého môžete zobrazovať aktuálne hodnoty registrov či premenných (= miest v pamäti).

  $REG: Zobrazí hodnotu registra REG
  VAR: Zobrazí hodnotu premennej VAR
  &VAR: Zobrazí adresu premennej VAR
  *ADDR: Zobrazí hodnotu miesta v pamäti ADDR
  *ADDR-ADDR: Zobrazí hodnoty miest v pamäti v rozsahu ADDR-ADDR

Takže napríklad hodnotu EAX zobrazíte výrazom $eax, alebo BL výrazom $bl.

Pretože assembly neuchováva typ "premenných" (a po kompilácií ani veľkosť), je nutné použiť cast na pretypovanie.

• char — znak
• int — celé číslo
• string — reťazec znakov
• float — číslo s pohyblivou rádovou čiarkou

char je nositeľ typu aj veľkosti (8–bit), no int typu je veľkosť automaticky určená, čo nemusí byť vždy správne (hlavne pri poliach).

• char — 8–bitov (DB)
• short — 16–bitov (DW)
• long — 32–bitov (DD)
• long long — 64–bitov (DQ)

Veľkosti a typy môžu byť osobitne, napr. (int)(short)varname, alebo kombinovane, napr. (short int)varname - k tomu ešte je možné špecifikovať znamienkovosť, napr. (unsigned short int)varname (vyberte si, čo Vám vyhovuje najviac — jedine pri 8-bit int treba presne použiť (int)(char)varname).

A ako posledné máte niekoľko možností formátu výpisu (píše sa za výrazom, oddelené čiarkou):

• d — celé číslo so znamienkom
• u — celé číslo bez znamienka
• x — celé číslo v hexadecimálnej (šesnáctkovej) sústave
• t — celé číslo v binárnej (dvojkovej) sústave (t ako two)
• o — celé číslo v oktálovej (trojkovej) sústave
• c — znak
• f — číslo s pohyblivou rádovou čiarkou

Tu máte zopár možností na výpis (aj s poliami). Vyberte si, čo Vám príde najintuitívnejšie:

Tabuľka výpisových výrazov

Type of value	Watch expression methods
String (any sized ptr)	&varname,s
Integer at the top of the stack	*(int)$esp
8-bit (DB) signed int	(char)varname,d (signed char)varname,d (int)(char)varname (signed int)(char)varname
8-bit (DB) unsigned int	(unsigned int)(char)varname (int)(unsigned char)varname
8-bit (DB) int in hex	(char)varname,x (int)(char)varname,x
8-bit (DB) char	(char)var (char)var,c
16-bit (DB) signed int	(short int)varname (short signed int)varname (short)varname,d
16-bit (DW) unsigned int	(short unsigned int)varname
16-bit (DW) int in hex	(short int)var,x (short)var,x
32-bit (DD) signed int	(long int)var (long signed int)var (long)int,d
32-bit (DD) unsigned int	(long unsigned int)varname
32-bit (DD) int in hex	(long int)varname,x (long)varname,x
32-bit (DD) float	(float)varname
64-bit (DQ) signed int	(long long int)varname (long long signed int)varname (long long)varname,d
64-bit (DQ) unsigned int	(long long unsigned int)varname
64-bit (DQ) int in hex	(long long int)varname,x (long long)varname,x
64-bit (DQ) float	(double)varname
10-elm array of 8-bit signed ints	(char[10])varname,d
10-elm array of 8-bit unsigned ints	(iba ako unsigned char) (unsigned char[10])varname
10-elm array of 8-bit ints in hex	(char[10])varname,x
10-elm array of 16-bit signed ints	(short int[10])varname (short[10])varname,d (signed short[10])varname,d
10-elm array of 16-bit unsigned ints	(unsigned short int[10])varname
10-elm array of 16-bit ints in hex	(short[10])varname,x (short int[10])varname,x (signed short[10])varname,x

Príkazy gdb

Debug console je priamy prístup do debuggeru gcc, čo je fajn pomôcka, aj keď menej user-friendly. V tejto konzole môžete písať rovnaké výrazy ako do Watch panelu, alebo vykonávať príkazy pomocou -exec.

  -exec info reg: Zobrazí hodnoty registrov
  -exec info float: Zobrazí všetko možné o FPU
  -exec info br: Zobrazí zoznam breakpointov
  -exec info stack: Zobrazí call stack
  -exec c: Pokračovať v programe
  -exec kill: Ukončí program
  -exec q: Ukončí GDB
  -exec n: Prejde na ďalšiu inštrukciu (vnorí sa do funkcie)
  -exec ni: Prejde na ďalšiu inštrukciu (bez vnorenia)
  -exec p $eax: Vypíše hodnotu registra EAX
  -exec disassemble: Zobrazí raw asm kód aktuálneho kontextu

Čo z toho je užitočné je už vec názoru, je to skôr niečo pre terminal master race hackermanov, inak za zaobídete aj bez tohoto. Asi jediný príkaz, čo som osobne používal, je -exec info float.

Snippety

Dávam sem aj moje 💩 snippety v súbore isu.code-snippets. Je to len čiastočný copy-paste z prezentácií, ktorý som druhú polovicu semestra skoro vôbec neaktualizoval — skôr to prikladám ako šablónu, keby ste sa s tým chceli pohrať a spraviť si vlastné. U nás boli vlastné snippety povolené aj na písomkách (pozor: nemusí platiť aj tento rok!).