Conditional Loop Instructions(조건부 루프 명령)

오늘은 조건부 loop에 대해 다뤄보겠다.

loop 복습해보면 : ecx레지스터를 카운터로 사용해서 하나씩 줄여가면서 반복을 진행했다.

1. LOOPZ and LOOPE Instructions

LOOPZ : 제로플래그가 세팅 되어있을떄만 Loop 명령처럼 동작하는 명령어이다.

LOOPE : LOOPZ와 완전히 동일한 옵코드를 공유한다. (JUMPZ와 JUMPE가 같은것과 같은 개념이다.)

두 명령의 특징

이 명령은 Loop명령 처럼 작동하지만 Zero flag를 확인해서 0일때만 레이블로 점프를 진행합니다.

ECX가 0이 아니고, 제로플래그가 세팅되어있을 때 루프 실행한다.

만약 제로플레그가 0이 아니거나 ECX 레지스터가 0이 아닌 경우에는 점프가 발생하지 않고 다음 명령어로 제어권이 넘어간다.

두 명령은 동일한 opcode를 공유한다.

이 명령은 status flag를 바꾸지 않는다.

2. LOOPNZ and LOOPNE Instructions

loop not zero의 의미로 LOOPZ와 대응(반대)되는 명령어다.

LOOPZ와 LOOPE가 있듯 LOOPNZ와 LOOPNE가 있고 역시 동일한 옵코드를 공유한다.

zero 플래그가 clear 되어있을때 루프가 동작한다. (당연하게 ECX레지스터는 0이 아니어야 한다.)

예시) 첫 번째로 등장 하는 양수값 찾기

.data
array SWORD -3,-6,-1,-10,10,30,40,4
sentinel SWORD 0
sentinel SWORD 0
.code
	mov esi, OFFSET array
	mov ecx, LENGTHOF array
L1 : test WORD PTR [esi], 8000h ;해당 주소에 접근해서 2바이트 단위로 검사
		 pushfd 
		 add esi, TYPE array
		 popfd
		 loopnz L1
		 jnz quit
		 sub esi,TYPE array
quit:

test연산(이전에 Boolean 게시물에서 다룬 명령이다.)
- and를 수행하지만 대상 피연산자를 수정하지 않는다.
- 즉 overflow 및 캐리 플래그를 지운다.
- AND명령과 동일한 방식으로, sign, zero, parity flag를 지운다.
- 2개의 피연산자간의 and연산의 결과로 설정이 된다는 것이다.(다만 변경은 안됨)

test WORD PTR [esi], 8000h (msb가 0인지 1인지 판단)
- 들어간 숫자가 음수인지 양수인지 판단!!
- PTR연산자 (이전 6강에서 데이터 관련 연산자 게시물에서 다뤘다.)
  - PTR연산자는 원래 사이즈를 overide해주는 역활이다.
  - 즉 이 코드에서는 WORD라고 가정하고 esi의 레지스터에 접근하는 것이다.
- [] : indirect opeand(역시 이것도 6강 게시물에서 다뤘다.)
  - 이건 주소값으로 esi를 사용하고 있기 때문에 그곳을 역참조 하는 것이다.
  - 즉 이 코드에서는 array의 첫번째 위치를 참조하는 것이라고 보면된다.

add esi, TYPE array : esi를 늘려준다.(다음 값으로 이동)
- TYPE는 sizeof연산자랑 비슷하다.(6강에 다뤘음)

pushfd : 플레그레지스터에 있는 값을 스택에 넣어두겠다.
- 즉 모든 플래그를 보존할 때 사용한다. (7강)

popfd : 다시 이전의 결과 플래그를 복원한다.

jnz quit : 전부 다 돌았는데도 음수를 못 찾았다면 빠져나가라.
- jz : zero flag가 세팅되어 있는 경우(ZF = 1) 해당 레이블로 점프
- jnz는 zero flag가 세팅되어 있지 않은 경우(ZF = 0) 점프 명령이 수행된다.

sub esi,TYPE array add랑 같은 느낌으로 배열하나 포인터를 하나 빼준다고 생각하기.

전체 흐름 요약

2바이트 단위로 esi를 검사하는데 esi에는 array의 시작점이 있다. MSB를 계속해서 검사하는데 AND연산을 하면 MSB가 1이어야만 zero flag가 세팅이 안된다. 즉 음수여야만 세팅이 안되는 것이다.

만약 제로플래그가 세팅이 안되었다면 esi만큼 계속해서 루프를 돌 것이고, 제로 플래그가 세팅이 되는 순간(양수가 있는 순간) quit으로 나갈 것이다.

하지만 루프가 그냥 종료가 됐다면 양수는 없는 것 이기 때문에 늘린 esi를 다시 하나 줄여줘서 이상한 곳을 참조하는게 아닌 마지막 value를 가리키게 만들었다.

Conditional structure

조건부 구조

서로 다른 논리 분기 사이에서 선택을 실행하는 하나 이상의 조건부 표현식

각 브랜치는 서로 다른 명령어 시퀀스를 실행한다.

즉 쉽게 생각해서 if else를 생각해봅시다.

1. Block-Structured IF Statements

high level 언어

if문 이라고 생각하면 된다.

어셈블리 언어

CPU 상태 플래그중 하나가 영향을 받는 방식으로 bool-expression을 평가한다.

관련 cpu상태 플래그의 값에 따라서 두개의 문 목록으로 제어권을 이전하는 일련의 점프를 구성한다.

예시 1

high level 버전 코드
```
if (op1 == op2)
{
	x = op1=op2;
}
```

CMP명령을 사용해서 if문 사용하는 어셈블리 코드
```
	mov eax, op1
	cmp eax, op2
	jne L1
	mov X,1
	mov Y,2
L1 :
```
- cmp연산(8강 내용)
  - 주어진 피연산자를 빼기 해보는 연산자 이지만 실제로 빼기를 하는건 아니고 비교만 하는 연산자 이다.
- op1과 op2를 비교해서 같지 않으면 L1으로 가서 명령을 실행하고 만약 0이라면 아래 명령을 실행한다.

JE를 사용해서 == 연산자를 구현하는 방법 (코드가 덜 간결하다.)
```
	mov eax, op1
	cmp eax, op2
	je L1
	jmp L2
L1 :  mov X,1
			mov Y,2
L2 : 
```
- 이건 다들 이해 할꺼라고 믿습니당. 만약 모르시면 제 게시물에서 모르는 명령을 검색해보면서 찾아가시죠.

둘 다 결과는 똑같다 다만 명령어의 갯수가 다르다.

퍼포먼스가 위에 것이 더 좋다.

예시 2

high level 언어 버전

clusterSize = 8192;
if terrabytes < 16
	clusterSize = 4096;

어셈블리 언어 버전
```
	mov clusterSize, 8192 
	cmp terrabytes, 16
	jae next
	mov clusterSize,4096
next :
```
- jae (8-2강)
  - left ≥ right 일 때 점프하는 명령어
- 즉 terrabyte가 16보다 같거나 큰 경우 jump를 하고 아닌경우 4096을 넣은 코드

Jump를 두번하는 것을 방지하기 위해서 컨디션을 반대로 뒤집어 준 것이다.(jB가 아니라 jae를 해줬기 때문)

어느 경우 컨디션의 조건을 뒤집어 주어야하는가?

If 만 있고 else는 없는 경우!!!

예시 3

high level 언어 버전

if (op1 > op2)
	call Routine1;
else 
	call Routine2;
endif

어셈블리 언어 버전
```
	mov eax,op1
	cmp eax,op2
	jg A1
	call Routine2
	jmp A2
A1 : call Routine1
A2 : 
```
- 변수를 비교할 때 레지스터에 넣고 cmp하는 것 잊지 맙시다.
- 이 코드 보면 int 대충 4바이트라고 예측해볼 수 있다.
- signed로 취급하고 있다.(eax에 넣는 행동과 jg는 signed comparisons중 하나이기 때문)
- jg : left > right 인 경우 jump하는 명령

교수님의 한마디 : 이거 되게 간단한데..! 직접 짜라고 하면 어려울 수 있어요~ 연습 해보시는걸 추천합니다.(if를 써봤을때 패턴들을 연습하시길 추천합니다.)

White Box Testing (방법론)

whiteBox testing에 대한 설명은 무시하셔도 됩니다.!!! (각 조건에 따라서 옳을 떄 옳지 않을때 등 truth table을 이용하는 것)

그냥 중첩 if문 코드를 볼 때 어떻게 구현되는지 보고가세요!

high level 언어

어셈블리 버전
- 이 코드를 보면 시작 조건을 먼저 수행하고 내부 if else를 수행한다.
- 딱히 어렵지는 않은 예시이다.

2. Compound Expressions

Logical AND Operator (논리연산자 AND)

원래 high level에서는 Short-Circuit Evaluation(회로 단락 평가)를 고려해서 작동한다.

Short-Circuit Evaluation 생각해야하는 이유

if ((A>B) AND (++c>D))

이렇게 되면 다 실행결과가 다르기 때문 생각해보자

high level언어

어셈블리 코드

ja를 썻기 때문에 unsigned라고 예상할 수 있다.

만약 signed였다면 jg를 했을 것이다.

개선 어셈블리 코드 (if 문에서는 뒤집기)

Logical OR Operator

high level언어

어셈블리 코드 (이것도 두번째 표현에는 jbe사용)

3. WHILE Loops

high level언어

어셈블리 코드
- while문은 loop가 쓰였다고 착각하기 쉬우나 조건을 사용했기 때문에 loop가 아니다.
- 조건이 참이 되면 루프 조건을 반전 시켜서 종료 조건으로 이동하는 것이 편리하다.
- 이 코드는 eax로 val1을 이동 시키고 eax와 val2를 비교해서 계속해서 값을 늘려가며 비교한다.
- 그리고 끝날 때 eax에 있는 값을 var1으로 넣어준다.
- 이렇게 하는 이유는 cmp연산자의 피연산자의 조합이 메모리 메모리는 안되고 레지스터가 필요하기 때문이다.
- jnl을 보면 이게 signed임을 알 수가 있다.

3 -1 while문 안에 if중첩 예시

50보다 큰 값들을 합산하는 예시코드

high level언어

int array[] = {10,60,20,33,72,89,45,65,72,18};
int sample = 50;
int ArraySize = sizeof array / sizeof sample;
int index = 0;
int sum = 0;
while (index < ArraySize)
{
	if (array[index] > sample)
	{
		sum += array[index];
	}
	index++;
}

어셈블리 코드

.data
sum DWORD 0
sample DWORD 50
array DWORD 10,60,20,33,72,89,45,65,72,18
ArraySize = ($ - array) / TYPE array

.code
main PROC
	mov eax,0 ;sum
	mov edx,sample 
	mov esi,0 ;index
	mov ecx,ArraySize
L1: cmp esi, ecx ;if esi < ecx
		jl L2
		jmp L5
L2: cmp array[esi*4], edx ; if array[esi] > edx
		jg L3
		jmp L4
L3: add eax,array[esi*4]
L4: inc esi
		jmp L1
L5: mov sum,eax

ArraySize 는 변수? 아니다!! 메크로다(Symbolic Constants -기호상수)

$ : 현재 위치 주소

$ - Array : Array 의 크기 (이걸 type으로 나누니까 갯수가 된다.) (5강 기호상수에 있습니다 복습!!)

cmp할 때 doubleWord PTR안 붙힌 이유 edx의 크기를 알고 있기 때문에.

4. Table-Driven Selection

Look-up table을 만들어서 Data segment에 table을 만들어두고

이 코드에서 Process가 나오는데 그건 Processor이름(주소) 이다.

예시) 다음은 단일 문자 조회값과 프로시저의 주소가 포함된 태이블의 일부이다.

.data
CaseTable BYTE 'A'
					DWORD Process_A
					BYTE 'B'
					DWORD Process_B
	(etc...)

Process_A, Process_B, Process_C, Process_D가 각각 주소 120h, 130h, 140h, 150h에 위치한다고 가정합니다

프로그램 설명

사용자가 키보드에서 문자를 입력한다.

루프를 사용해서 문자를 look-up table의 각 항목과 비교한다.

첫번째 일치 항목이 발견되면 조회값 바로 뒤에 저장된 프로시저 오프셋에 대한 호출이 발생한다.

각 프로시저는 루프 중에 표시되는 다른 문자열의 오프셋을 사용해서 EDX를 로드한다.

INCLUDE Irvine32.inc
.data
CaseTable BYTE 'A'
					DWORD Process_A
EntrySize = ($ - CaseTable)
					BYTE 'B'
					DWORD Process_B
					BYTE 'C'
					DWORD Process_C
					BYTE 'D'
					DWORD Process_D
;EntrySize = 상수(Symbolic Constants) (숫자 5)
NumberOfEntries = ($ - CaseTable) / EntrySize 
prompt BYTE "Press capital A,B,C,or D: " ,0

msgA BYTE "Process_A",0
msgB BYTE "Process_B",0
msgC BYTE "Process_C",0
msgD BYTE "Process_D",0

.code 
main PROC
	mov edx, OFFSET prompt ;ask your input
	call WriteString
	call ReadChar ;read character into AL
	mov ebx,OFFSET CaseTable ;point EBX to the table
	mov ecx,NumberOfEntries ;loop counter
L1:
	cmp al,[ebx] ; match found?
	jne L2 ; no : continue
	call NEAR PTR [ebx + 1] ; yes : call the procedure
	call WriteString ;display message
	call Crlf ; "\n"
	jmp L3 ;exit the search
L2:
	add ebx,EntrySize
	loop L1
L3:
	exit
main ENDP

Process_A PROC
	mov edx, OFFEST msgA
	ret
Process_A ENDP
Process_B PROC
	mov edx, OFFEST msgB
	ret
Process_B ENDP
Process_C PROC
	mov edx, OFFEST msgC
	ret
Process_C ENDP
Process_D PROC
	mov edx, OFFEST msgD
	ret
Process_D ENDP
END main

프로시저의 주소를 초기화!

call NEAR PTR [ebx +1] 이해가 안 간다.
- real address 모드가 사용되던 시절에는 메모리의 주소가 세그먼트와 오프셋으로 분리되어 표현되었습니다. 그 때, 호출하는 부분과 동일 세그먼트상의 프로시저를 Near, 다른 세그먼트상의 프로시저를 Far Label로 구분하여 호출을 해야 했었고 NEAR PTR의 near는 이를 의미합니다.
- 하지만, Protected Mode로 오면서 Flat 메모리 모델을 사용하게 되었고 이제는 Near와 Far의 구분이 의미없어졌습니다. Legacy로서 남아있는 것이라 보시면 되고, call 명령에서 indirect한 프로시저 호출을 위해 사용되고 있다는 것 정도만 보시고 넘어가시면 됩니다.

장점

이 방법의 장점 : if else 구조로 떡칠하지 않아도 된다.

런타임에 태이블 재구성 가능,

코드량 줄일 수 있다.

많은 수의 비교를 처리할 수 있고

JUMP 및 CALL명령보다 더 쉽게 수정할 수 있다.

단점

초기에 약간 오버헤드가 발생한다.(프로시저가 있기 때문에)

다양한 오버헤드 발생. : 인스트럭션 포인터를 다루는 행동 + 프로시저에 들어갈 때 작업하고 있던 행동 레지스터 복사 등등

Application: Finite-State Machines

유한상태 머신 (FSM)

이 기계에 꽂혀서 저자가 만든겁니다..!(굳이 이것이 이해가 안가도 넘어가도 됨.

여기서 설명하는 FSM(유한 상태 머신)(디지털 논리에 나왔을 것)에서 보면 된다.

이동 못하면 (터미널 상태)

A finite-state machine (FSM)

FSM을 나타내는 그래프

노드: 프로그램 상태

엣지: 한 상태에서 다른 상태로 전환되는 지점

하나의 노드가 초기 상태로 지정됩니다.

하나 이상의 상태가 터미널 상태로 지정됩니다.

종료 상태는 프로그램이 오류를 발생시키지 않고 중지될 수 있는 상태를 나타냅니다.

FSM은 방향성 그래프라고 하는 보다 일반적인 유형의 구조의 특정 인스턴스입니다.

1. Validating an Input String

입력 유효성 검사

입력 스트림을 읽는 프로그램은 종종 입력의 유효성을 검사해야한다.

입력 유효성 검사를 할 수가 있다.

위 그림은 문자열이 x로 시작하고z 로 끝나야만 하는 상태이다.

첫번째 문자와 마지막 문자 사이에는 0개 이상의 문자가 있을 수 있다.

2. Validating a Signed Integer

입력은 선택 사항인 선행 기호와 그 뒤에 오는 일련의 숫자로 구성됩니다.

다이어그램이 암시하는 최대 자릿수는 없습니다.

우리가 살펴볼 것!! Signed Int를 input으로 받는 상황을 가정한다.

우리는 FSM자체를 보는게 아니라 어떻게 코드로 짰는지를 봅시다.

상태 A코드

유산상태 머신 전체 코드

INCLUDE Irvine32.inc

ENTER_KEY = 13
.data
InvalidInputMsg BYTE "Invalid input", 13,10,0

.code 
main PROC
	call Clrscr ; 콘솔창 지우는 함수
StateA:
	call Getnext ;read next char into AL
	cmp al,'+' ;leading + sign?
	je StateB ; go to State B
	cmp al,'-' ;leading - sign?
	je StateB ;go to State B
	call IsDigit ;Zf = 1 if AL contains a digit
	jz StateC ;go to State C
	call DisplayErrorMsg ;invalid input found
	jmp Quit
StateB: 
	call Getnext ;read next char into AL
	call IsDigit ;Zf = 1 if AL contains a digit
	jz StateC
	call DisplayErrorMsg ;invaild input found
	jmp Quit

StateC:
;숫자인지 확인, 엔터인지 확인 그게 아니면 에러메세지 후 끝
	call Getnext ;read next char into AL
	call IsDigit ;Zf = 1 if AL contains a digit
	jz StateC
	cmp al,ENTER_KEY ; Enter key pressed?
	je Quit
	call DisplayErrorMsg ;no :invalid input found
	jmp Quit
Quit: 
	call Crlf
	exit
main ENDP

;Read a char from statdard input and return AL contain charactor
Getnext PROC
	call ReadChar ;input from keyboard
	call WriteChar ;echo on screen
Getnext ENDP

;Display an error msg 
DisplayErrorMsg PROC
	push edx
	mov edx,OFFSET InvalidInputMsg
	call WriteString
	pop edx
	ret
DisplayErrorMsg ENDP
END main

짧은 복습 je와 jz : 둘은 완전 동일 한 명령이지만 비교를 할 때는 주로 je 0인지 아닌 지 확인 할 때는 jz를 쓰는게 더 직관적이다.

ReadChar : 저자가 만든 프로시저 (내가 입력한게 바로 출력이 되는게 아니라 읽는것)

WriteChar 스크린에 띄워준다. 해도 AL에는 내가 받은 게 들어있다.

InvaildInputMsg 쪽을 보면 13 10은 윈도우에서 개행을 의미한다.

저자가 만든 IsDigit코드

‘0’은 아스키코드 0이 아니라 문자 0임…!

마지막 빠져나올 때 제로 플래그 세팅을 해줬다!

Uploaded by N2T

[시스템 프로그래밍 10강] Shift and Rotate 명령 및 활용 (0)	2023.05.16
9-2강 Conditional Control Flow Directives (조건부 제어 흐름 지시어) (0)	2023.05.15
[시스템 프로그래밍 8-2]Conditional Jumps (조건부 점프 명령) (0)	2023.04.28
[시스템 프로그래밍 8-1]Boolean and Comparison Instructions (어셈블리어에서 불린 연산자) (0)	2023.04.28
[시스템 프로그래밍 7-3] Irvine32 Library 정리 (0)	2023.04.28

개발은 차갑다

9 -1 강 Conditional Loop Instructions (LOOPZ,LOOPE) Conditional structure(조건부 구조 예시코드!)

Conditional Loop Instructions(조건부 루프 명령)

1. LOOPZ and LOOPE Instructions

두 명령의 특징

2. LOOPNZ and LOOPNE Instructions

예시) 첫 번째로 등장 하는 양수값 찾기

전체 흐름 요약

Conditional structure

1. Block-Structured IF Statements

high level 언어

어셈블리 언어

예시 1

예시 2

어느 경우 컨디션의 조건을 뒤집어 주어야하는가?

예시 3

White Box Testing (방법론)

2. Compound Expressions

Logical AND Operator (논리연산자 AND)

Logical OR Operator

3. WHILE Loops

3 -1 while문 안에 if중첩 예시

4. Table-Driven Selection

예시) 다음은 단일 문자 조회값과 프로시저의 주소가 포함된 태이블의 일부이다.

프로그램 설명

장점

단점

Application: Finite-State Machines

A finite-state machine (FSM)

1. Validating an Input String

2. Validating a Signed Integer

상태 A코드

유산상태 머신 전체 코드

저자가 만든 IsDigit코드

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Conditional structure

1. Block-Structured IF Statements

high level 언어

어셈블리 언어

예시 1

예시 2

어느 경우 컨디션의 조건을 뒤집어 주어야하는가?

예시 3

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2. Compound Expressions

Logical AND Operator (논리연산자 AND)

Logical OR Operator

3. WHILE Loops

3 -1 while문 안에 if중첩 예시

4. Table-Driven Selection

예시) 다음은 단일 문자 조회값과 프로시저의 주소가 포함된 태이블의 일부이다.

프로그램 설명

장점

단점

Application: Finite-State Machines

A finite-state machine (FSM)

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2. Validating a Signed Integer

상태 A코드

유산상태 머신 전체 코드

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