From 6c27b55b30e97fe43085be601212f5d3ca382820 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: firmianay Date: Mon, 6 Nov 2017 23:41:49 +0800 Subject: [PATCH] update 1.7.2 --- doc/1.7.2_dalvik.md | 253 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1 file changed, 253 insertions(+) diff --git a/doc/1.7.2_dalvik.md b/doc/1.7.2_dalvik.md index 2052369..21f331d 100644 --- a/doc/1.7.2_dalvik.md +++ b/doc/1.7.2_dalvik.md @@ -1 +1,254 @@ # 1.7.2 Dalvik 指令集 + +- [Dalvik 虚拟机](#dalvik-虚拟机) +- [Dalvik 指令集](#dalvik-指令集) + - [指令格式](#指令格式) + - [寄存器](#寄存器) + - [类型、方法和字段](#类型方法和字段) + - [空操作指令](#空操作指令) + - [数据操作指令](#数据操作指令) + - [返回指令](#返回指令) + - [数据定义指令](#数据定义指令) + - [锁指令](#锁指令) + - [实例操作指令](#实例操作指令) + - [数组操作指令](#数组操作指令) + - [异常指令](#异常指令) + - [跳转指令](#跳转指令) + - [比较指令](#比较指令) + - [字段操作指令](#字段操作指令) + - [方法调用指令](#方法调用指令) + - [数据转换指令](#数据转换指令) + - [数据运算指令](#数据运算指令) + + +## Dalvik 虚拟机 +Android 程序运行在 Dalvik 虚拟机中，它与传统的 Java 虚拟机不同，完全基于寄存器架构，数据通过直接通过寄存器传递，大大提高了效率。Dalvik 虚拟机属于 Android 运行时环境，它与一些核心库共同承担 Android 应用程序的运行工作。Dalvik 虚拟机有自己的指令集，即 smali 代码，下面我们详细介绍它们。 + + +## Dalvik 指令集 +#### 指令格式 +Dalvik 指令语法由指令的**位描述**与指令**格式标识**来决定。 + +位描述约定如下： +- 每 16 位使用空格分隔。 +- 每个字母占 4 位，按照顺序从高字节到低字节排列。 +- 顺序采用 A~Z 的单个大写字母作为一个 4 位的操作码，op 表示一个 8 位的操作码。 +- ”∅“来表示这字段所有位为0值。 + +指令格式约定如下： +- 指令格式标识大多由三个字符组成，前两个是数字，最后一个是字母。 +- 第一个数字表示指令有多少个 16 位的字组成。 +- 第二个数字表示指令最多使用寄存器的个数。 +- 第三个字母为类型码，表示指令用到的额外数据的类型。 + +#### 寄存器 +Dalvik 寄存器都是 32 位的，如果是 64 位的数据，则使用相邻的两个寄存器来表示。 + +寄存器有两种命名法：v 命名法和 p 命名法。如果一个函数使用到 M 个寄存器，其中有 N 个参数，那么参数会使用最后的 N 个寄存器，而局部变量使用从 v0 开始的前 M-N 个寄存器。在 v 命名法中，不管寄存器中是参数还是局部变量，都以 v 开头。而 p 命名法中，参数命名从 p0 开始，依次递增，在代码比较复杂的时候，使用 p 命名法可以清楚地区分开参数和局部变量，大多数工具使用的也是 p 命名法。 + +#### 类型、方法和字段 +Dalvik 字节码只有基本类型和引用类型两种。除了对象类型和数组类型是引用类型外，其余的都是基本类型： +|语法 | 含义 | +| --- | --- | +| V | void | +| Z | boolean | +| B | byte | +| S | short | +| C | char | +| I | int | +| J | long | +| F | float | +| D | double | +| L | 对象类型 | +| [ | 数组类型 | + +- 对象类型格式是 `L<包名>/<类名>;`，如 String 表示为 `Ljava/lang/String;`。 +- 数组类型格式是 `[` 加上类型，如 `int[]` 表示为 `[I`，`int[][]` 表示为 `[[I`。 + +Dalvik 使用方法名、类型参数和返回值来描述一个方法。方法格式如下： +``` +Lpackage/name/ObjectName;->MethodName(III)Z +``` +例如把下面的 Java 代码转换成 smali： +``` +# Java +String method(int, int [][], int, String, Object[]) + +# smali +.method method(I[[IILjava/lang/String;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String; +.end method +``` + +字段格式如下： +``` +Lpackage/name/ObjectName;->FieldName:Ljava/lang/String; +``` + +#### 空操作指令 +空操作指令的助记符为 `nop`，值为 00，通常用于对齐代码。 + +#### 数据操作指令 +数据操作指令为 `move`，原型为 `move destination, source`。 +- `move vA, vB`：vB -> vA，都是 4 位 +- `move/from16 vAA, vBBBB`：vBBBB -> vAA，源寄存器 16 位，目的寄存器 8 位 +- `move/16 vAAAA, vBBBB`：vBBBB -> vAAAA，都是 16 位 +- `move-wide vA, vB`：4 位的寄存器对赋值，都是 4 位 +- `move-wide/from16vAA, vBBBB`、`move-wide/16 vAAAA, vBBBB`：与 move-wide 相同 +- `move-object vA, vB`：对象赋值，都是 4 位 +- `move-object/from16 vAA, vBBBB`：对象赋值，源寄存器 16 位，目的寄存器 8 位 +- `move-object/16 vAAAA, vBBBB`：对象赋值，都是 16 位 +- `move-result vAA`：将上一个 invoke 类型指令操作的单字非对象结果赋值给 vAA 寄存器 +- `move-result-wide vAA`：将上一个 invoke 类型指令操作的双字非对象结果赋值给 vAA 寄存器 +- `move-result-object vAA`：将上一个 invoke 类型指令操作的对象结果赋值给 vAA 寄存器 +- `move-exception vAA`：保存一个运行时发生的异常到 vAA 寄存器 + +#### 返回指令 +基础字节码为 `return`。 +- `return-void`：从一个 void 方法返回 +- `return vAA`：返回一个 32 位非对象类型的值，返回值寄存器位 8 位的寄存器 vAA +- `return-wide vAA`：返回一个 64 位非对象类型的值，返回值寄存器为 8 位的 vAA +- `return-object vAA`：返回一个对象类型的值，返回值寄存器为 8 位的 vAA + +#### 数据定义指令 +基础字节码为 `const`。 +- `const/4 vA, #+B`：将数值符号扩展为 32 位后赋值给寄存器 vA +- `const/16 vAA, #+BBBB`：将数值符号扩展为 32 位后赋值给寄存器 vAA +- `const vAA, #+BBBBBBBB`：将数值赋值给寄存器 vAA +- `const/high16 vAA, #+BBBB0000`：将数值右边零扩展为 32 位后赋值给寄存器 vAA +- `const-wide/16 vAA, #+BBBB`：将数值符号扩展为 64 位后赋值给寄存器 vAA +- `const-wide/32 vAA, #+BBBBBBBB`：将数值符号扩展为 64 位后赋值给寄存器 vAA +- `const-wide vAA, #+BBBBBBBBBBBBBBBB`：将数值赋给寄存器对 vAA +- `const-wide/high16 vAA, #+BBBB000000000000`：将数值右边零扩展为 64 位后赋值给寄存器对 vAA +- `const-string vAA, string@BBBB`：通过字符串索引构造一个字符串并赋值给寄存器 vAA +- `const-string/jumbo vAA, string@BBBBBBBB`：通过字符串索（较大）引构造一个字符串并赋值给寄存器 vAA +- `const-class vAA, type@BBBB`：通过类型索引获取一个类型引用并赋值给寄存器 vAA +- `const-class/jumbo vAAAA, type@BBBBBBBB`：通过给定的类型索引获取一个类引用并赋值给寄存器 vAAAA。这条指令占用两个字节，值为 0x00ff + +#### 锁指令 +用在多线程程序中对同一对象操作。 +- `monitor-enter vAA`：为指定的对象获取锁 +- `monitor-exit vAA`：释放指定的对象的锁 + +#### 实例操作指令 +- `check-cast vAA, type@BBBB` +- `check-cast/jumbo vAAAA, type@BBBBBBBB`：将 vAA 寄存器中的对象引用转换成指定的类型，如果失败会抛出 ClassCastException 异常。如果类型 B 指定的是基本类型，对于非基本类型的 A 来说，运行始终会失败 +- `instance-of vA, vB, type@CCCC` +- `instance-of vAAAA, vBBBB, type@CCCCCCCC`：判断 vB 寄存器中的对象引用是否可以转换成指定的类型，如果可以 vA 寄存器赋值为 1，否则 vA 寄存器赋值为 0 +- `new-instance vAA, type@BBBB` +- `new-instance vAAAA, type@BBBBBBBB `：构造一个指定类型对象的新实例，并将对象引用赋值给 vAA 寄存器，类型符 type 指定的类型不能是数组类 + +#### 数组操作指令 +- `array-length vA, vB`：获取vB寄存器中数组的长度并将值赋给vA寄存器。 +- `new-array vA, vB, type@CCCC` +- `new-array/jumbo vAAAA, vBBBB, type@CCCCCCCC`：构造指定类型（type@CCCCCCCC）与大小（vBBBB）的数组，并将值赋给 vAAAA 寄存器 +- `filled-new-array {vC, vD, vE, vF, vG}, type@BBBB`：构造指定类型（type@BBBB）和大小（vA）的数组并填充数组内容。vA 寄存器是隐含使用的，处理指定数组的大小外还指定了参数的个数，vC~vG 是使用的参数寄存器列表。 +- `filled-new-array/range {vCCCC .. vNNNN}, type@BBBB`：同上，只是参数寄存器使用 range 字节码后缀指定了取值范围，vC 是第一个参数寄存器，N=A+C-1。 +- `fill-array-data vAA, +BBBBBBBB`：用指定的数据来填充数组，vAA 寄存器为数组引用，引用必须为基础类型的数组，在指令后面紧跟一个数据表。 +- `arrayop vAA, vBB, vCC`：对 vBB 寄存器指定的数组元素进行取值和赋值。vCC 寄存器指定数组元素索引，vAA 寄存器用来存放读取的或需要设置的数组元素的值。读取元素使用 aget 类指令，元素赋值使用 aput 类指令。 + +#### 异常指令 +- `throw vAA`：抛出 vAA 寄存器中指定类型的异常 + +#### 跳转指令 +有三种跳转指令：无条件跳转（goto）、分支跳转（switch）和条件跳转（if）。 +- `goto +AA` +- `goto/16 +AAAA` +- `goto/32 +AAAAAAAA`：无条件跳转到指定偏移处，不能为 0 +- `packed-switch vAA, +BBBBBBBB`：分支跳转指令。vAA 寄存器为 switch 分支中需要判断的值，BBBBBBBB 指向一个 packed-switch-payload 格式的偏移表，表中的值是有规律递增的 +- `sparse-switch vAA, +BBBBBBBB`：分支跳转指令。vAA 寄存器为 switch 分支中需要判断的值，BBBBBBBB 指向一个 `sparse-switch-payload` 格式的偏移表，表中的值是无规律的偏移量 +- `if-test vA, vB, +CCCC`：条件跳转指令。比较 vA 寄存器与 vB 寄存器的值，如果比较结果满足就跳转到 CCCC 指定的偏移处，CCCC 不能为 0。`if-test` 类型的指令有： + - `if-eq`：if(vA==vB) + - `if-ne`：if(vA!=vB) + - `if-lt`：if(vA=vB) + - `if-gt`：if(vA>vB) + - `if-le`：if(vA<=vB) +- `if-testz vAA, +BBBB`：条件跳转指令。拿 vAA 寄存器与 0 比较，如果比较结果满足或值为 0 就跳转到 BBBB 指定的偏移处，BBBB 不能为 0。`if-testz` 类型的指令有： + - `if-eqz`：if(!vAA) + - `if-nez`：if(vAA) + - `if-ltz`：if(vAA<0) + - `if-gez`：if(vAA>=0) + - `if-gtz`：if(vAA>0) + - `if-lez`：if(vAA<=0) + +#### 比较指令 +对两个寄存器的值进行比较，格式为 cmpkind vAA, vBB, vCC，其中 vBB 和 vCC 寄存器是需要比较的两个寄存器或两个寄存器对，比较的结果放到 vAA 寄存器。指令集中共有5条比较指令： +- `cmpl-float` +- `cmpl-double`：如果 vBB 寄存器大于 vCC 寄存器，结果为 -1，相等结果为 0，小于结果为 1 +- `cmpg-float` +- `cmpg-double`：如果 vBB 寄存器大于 vCC 寄存器，结果为 1，相等结果为 0，小于结果为 -1 +- `cmp-long`：如果 vBB 寄存器大于 vCC 寄存器，结果为 1，相等结果为 0，小于结果为 -1 + +#### 字段操作指令 +用于对对象实例的字段进行读写操作。对普通字段与静态字段操作有两种指令集，分别是 `iinstanceop vA, vB, field@CCCC` 与 `sstaticop vAA, field@BBBB`。扩展为 `iinstanceop/jumbo vAAAA, vBBBB, field@CCCCCCC` 与 `sstaticop/jumbo vAAAA, field@BBBBBBBB`。 + +普通字段指令的指令前缀为 `i`，静态字段的指令前缀为 `s`。字段操作指令后紧跟字段类型的后缀。 + +#### 方法调用指令 +用于调用类实例的方法，基础指令为 `invoke`，有 `invoke-kind {vC, vD, vE, vF, vG}, meth@BBBB` 和 `invoke-kind/range {vCCCC .. vNNNN}, meth@BBBB` 两类。扩展为 `invoke-kind/jumbo {vCCCC .. vNNNN}, meth@BBBBBBBB` 这类指令。 + +根据方法类型的不同，共有如下五条方法调用指令： +- `invoke-virtual` 或 `invoke-virtual/range`：调用实例的虚方法 +- `invoke-super` 或 `invoke-super/range`：调用实例的父类方法 +- `invoke-direct` 或 `invoke-direct/range`：调用实例的直接方法 +- `invoke-static` 或 `invoke-static/range`：调用实例的静态方法 +- `invoke-interface` 或 `invoke-interface/range`：调用实例的接口方法 + +方法调用的返回值必须使用 `move-result*` 指令来获取，如： +``` +invoke-static {}, Landroid/os/Parcel;->obtain()Landroid/os/Parcel; +move-result-object v0 +``` + +#### 数据转换指令 +格式为 `unop vA, vB`，vB 寄存器或vB寄存器对存放需要转换的数据，转换后结果保存在 vA 寄存器或 vA寄存器对中。 +- 求补 + - `neg-int` + - `neg-long` + - `neg-float` + - `neg-double` +- 求反 + - `not-int` + - `not-long` +- 整型数转换 + - `int-to-long` + - `int-to-float` + - `int-to-double` +- 长整型数转换 + - `long-to-int` + - `long-to-float` + - `long-to-double` +- 单精度浮点数转换 + - `float-to-int` + - `float-to-long` + - `float-to-double` +- 双精度浮点数转换 + - `double-to-int` + - `double-to-long` + - `double-to-float` +- 整型转换 + - `int-to-byte` + - `int-to-char` + - `int-to-short` + +#### 数据运算指令 +包括算术运算符与逻辑运算指令。 + +数据运算指令有如下四类： +- `binop vAA, vBB, vCC`：将 vBB 寄存器与 vCC 寄存器进行运算，结果保存到 vAA 寄存器。以下类似 +- `binop/2addr vA, vB` +- `binop/lit16 vA, vB, #+CCCC` +- `binop/lit8 vAA, vBB, #+CC` + +第一类指令可归类为： +- `add-type`：vBB + vCC +- `sub-type`：vBB - vCC +- `mul-type`：vBB * vCC +- `div-type`：vBB / vCC +- `rem-type`：vBB % vCC +- `and-type`：vBB AND vCC +- `or-type`：vBB OR vCC +- `xor-type`：vBB XOR vCC +- `shl-type`：vBB << vCC +- `shr-type`：vBB >> vCC +- `ushr-type`：（无符号数）vBB >> vCC