x86LEA命令で乗算をする方法

初めに

C言語で乗算の処理を書くとlea命令が生成されることがあります。

コンパイル

test.c

int main() {
    int a = 1, b = 2, c = 3, d = 4;
    int x = a + b*3 + c*5 + d;

    return x;
}

bcc(WindowsXP)

bcc32 -S test.c

test.asm

	.386p
	model flat
	ifndef	??version
	?debug	macro
	endm
	endif
	?debug	S "test.c"
	?debug	T "test.c"
_TEXT	segment dword public use32 'CODE'
_TEXT	ends
_DATA	segment dword public use32 'DATA'
_DATA	ends
_BSS	segment dword public use32 'BSS'
_BSS	ends
DGROUP	group	_BSS,_DATA
_TEXT	segment dword public use32 'CODE'
_main	proc	near
?live1@0:
   ;	
   ;	int main(){
   ;	
	push      ebp
	mov       ebp,esp
	push      ebx
   ;	
   ;	    int a=1,b=2,c=3,d=4;
   ;	
@1:
	mov       eax,1
	mov       edx,2
	mov       ecx,3
	mov       ebx,4
   ;	
   ;	    int x=a+b*3+c*5+d;
   ;	
?live1@32: ; EAX = a, EDX = b, ECX = c, EBX = d
	lea       edx,dword ptr [edx+2*edx]
	add       eax,edx
	lea       ecx,dword ptr [ecx+4*ecx]
	add       eax,ecx
	add       ebx,eax
	mov       eax,ebx
   ;	
   ;	    return x;
   ;	
?live1@48: ; EAX = x
   ;	
   ;	}
   ;	
?live1@64: ; 
@3:
@2:
	pop       ebx
	pop       ebp
	ret 
_main	endp
_TEXT	ends
	public	_main
	?debug	D "test.c" 23649 25327
	end

b*3はlea edx,dword ptr [edx+2*edx]
c*5はlea ecx,dword ptr [ecx+4*ecx]
となっている。

gcc(Ubuntu)

こちらは予想したコードが生成されませんでした。

gcc -m32 -S -O0 -masm=intel \
-fno-asynchronous-unwind-tables \
-fno-unwind-tables \
-fno-stack-protector \
-fno-pic \
-fno-pie \
test.c

test.s

	.file	"test.c"
	.intel_syntax noprefix
	.text
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
	push	ebp
	mov	ebp, esp
	sub	esp, 32
	mov	DWORD PTR [ebp-4], 1
	mov	DWORD PTR [ebp-8], 2
	mov	DWORD PTR [ebp-12], 3
	mov	DWORD PTR [ebp-16], 4
	mov	edx, DWORD PTR [ebp-8]
	mov	eax, edx
	add	eax, eax
	add	edx, eax
	mov	eax, DWORD PTR [ebp-4]
	lea	ecx, [edx+eax]
	mov	edx, DWORD PTR [ebp-12]
	mov	eax, edx
	sal	eax, 2
	add	eax, edx
	lea	edx, [ecx+eax]
	mov	eax, DWORD PTR [ebp-16]
	add	eax, edx
	mov	DWORD PTR [ebp-20], eax
	mov	eax, DWORD PTR [ebp-20]
	leave
	ret
	.size	main, .-main
	.ident	"GCC: (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04.2) 11.4.0"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

leaで乗算する仕組み

num1 * num2は

mov reg,num1
lea reg,dword ptr [reg+(num2-1)*reg]

で処理できます。
使用できるnum2の数には制限があります。
使える数と使えない数に関しては筆者もまだ理解できていません。

試しにアセンブリでプログラムを書いて確かめます。

test.asm

BITS 32

section .text
global _start

_start:

    ;3*8
    mov edx, 3
    lea edx, dword [edx+7*edx]
    
    ;2*5
    mov ecx,2
    lea ecx, dword [ecx+4*ecx]
    
    int 3 ; //ここで止め、GDBからEAXの値を確認
    
    ; exit(0)
    mov eax, 1      ; sys_exit
    mov ebx, 0 
    int 0x80

nasm -f elf32 test.asm
ld -m elf_i386 -o test test.o
gdb ./test
run
info registers eax

GDBで止めて乗算が正常に計算されているかを確認します。

0x08049015 in _start ()
(gdb) info registers edx ecx
edx            0x18                24
ecx            0xa                 10

3*8=24,2*5=10よって正しく計算されていることが分かります。

lea本来の使い方

test.asm

; info registers eax ebx
BITS 32

section .text
global _start

main:
    push ebp
    mov ebp,esp
    sub esp,4

    ; int val=5;
    mov eax,5
    mov dword [ebp-4],eax
    
    ; eax=&val
    lea eax, dword [ebp-4]
    
    ; ebx=val
    mov ebx, dword [ebp-4]
    int 3 ; ここで止めてレジスタを確認
        
    mov esp,ebp
    pop ebp
    ret

_start:

    call main
    
    ; exit(0)
    mov eax, 1      ; sys_exit
    mov ebx, 0 
    int 0x80

leaで取得されるのはアドレス、movで取得されるのはそのアドレスに保存された値となります

0x08049015 in main ()
(gdb) info registers eax ebx
eax            0xffffd294          -11628
ebx            0x5                 5