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Smali —— 数学运算,条件判断,循环

通过上一篇 Smali 语法解析——Hello World 的学习,了解了 Smali 文件的基本格式。这一篇从最基本的数学运算,条件判断,循环等开始,更加详细的了解 Smali 语法。

数学运算

加法

先看源文件:

public class BaseSmali {
    private float add() {
        int a = 1;
        float b = 1.5f;
        return  a + b;
    }
}

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通过 javac dxbaksmali 工具生成对应的 smali 文件,具体方法在 上一篇 中有所介绍。我们看一下生成的 smali 文件:

.class public LBaseSmali;
.super Ljava/lang/Object;
.source "BaseSmali.java"


# direct methods
.method public constructor <init>()V
    .registers 1

    .prologue
    .line 1
    invoke-direct {p0}, Ljava/lang/Object;-><init>()V

    return-void
.end method

.method private add()F
    .registers 3 // 使用 3 个寄存器

    .prologue
    .line 5
    const/4 v0, 0x1 // 将 0x1 放入 v0

    .line 6
    const/high16 v1, 0x3fc00000    # 1.5f 将 1.5f 放入 v1

    .line 7
    int-to-float v0, v0 // 将 v0 中的 int 值强转为 float 再存入 v0

    add-float/2addr v0, v1 // 将 v0 和 v1 中的值相加再存入 v0

    return v0 // 返回 v0 中的值
.end method
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代码逻辑很简单,可以看到 int 值和 float 值相加的过程中会先将 int 值强转为 float,再进行加法。这里用到了数据定义,强转,加法三种 smali 语法。

数据定义指令

Dalvik 虚拟机中每个寄存器都是 32 位的。int 等 4字节表示的数据类型一个寄存器就可以表示,而 double 等 64 位的数据类型则需要两个寄存器来表示。数据定义指令用到的基本字节码是 const,一般带 -wide 后缀表示的是 64 位数据,不带 -wide 后缀则是 32 位数据。上面的例子中定义了 两种基本数据类型。 const/4 v0, 0x1表示将数值 0x1 扩展为 32 位之后赋给寄存器 v0。const/high16 v1, 0x3fc00000 ,表示将 0x3fc00000 右边零扩展至 32 位赋给寄存器 v1。0x3fc000001.5f 在内存中的表示,如果你了解 float 数值在内存中的表示方法的话,就会理解这里为什么要右边零扩展了。不理解的话可以阅读我的文章,先挖一个坑吧,还没有写 。下面介绍一些常见的数据定义指令(来自官网):

语法 参数 说明
const/4 vA, #+B A: 目标寄存器(8 位) B: 有符号整数(8 位) 将给定的字面值(符号扩展为 32 位)移到指定的寄存器中。
const/16 vAA, #+BBBB A: 目标寄存器(8 位) B: 有符号整数(16 位) 将给定的字面值(符号扩展为 32 位)移到指定的寄存器中。
const vAA, #+BBBBBBBB A: 目标寄存器(8 位) B: 任意 32 位常量 将给定的字面值移到指定的寄存器中。
const/high16 vAA, #+BBBB0000 A: 目标寄存器(8 位) B: 有符号整数(16 位) 将给定的字面值(右零扩展为 32 位)移到指定的寄存器中。
const-wide/16 vAA, #+BBBB A: 目标寄存器(8 位) B: 有符号整数(16 位) 将给定的字面值(符号扩展为 64 位)移到指定的寄存器对中。
const-wide/32 vAA, #+BBBBBBBB A: 目标寄存器(8 位) B: 有符号整数(32 位) 将给定的字面值(符号扩展为 64 位)移到指定的寄存器对中。
const-wide vAA, #+BBBBBBBBBBBBBBBB A: 目标寄存器(8 位) B: 任意双字宽度(64 位)常量 将给定的字面值移到指定的寄存器对中。
const-wide/high16 vAA, #+BBBB000000000000 A: 目标寄存器(8 位) B: 有符号整数(16 位) 将给定的字面值(右零扩展为 64 位)移到指定的寄存器对中。
const-string vAA, string@BBBB A: 目标寄存器(8 位) B: 字符串索引 将通过给定的索引获取的字符串引用移到指定的寄存器中。
const-string/jumbo vAA, string@BBBBBBBB A: 目标寄存器(8 位) B: 字符串索引 将通过给定的索引获取的字符串引用移到指定的寄存器中。
const-class vAA, type@BBBB A: 目标寄存器(8 位) B: 类型索引 将通过给定的索引获取的类引用移到指定的寄存器中。如果指定的类型是原始类型,则将存储对原始类型的退化类的引用。

强转指令

强转的语法比较简单,直接看官网截图:

int-to-float.png

除了常见的基本类型之间的强制转换,还有 neg 求补,not 求反,也同样适用这一语法。

加法指令

add-float/2addr v0, v1 // 将 v0 和 v1 中的值相加再存入 v0
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加法指令还有一种三个参数的写法,如下所示:

add-float v0, v1, v2 // 将 v1 和 v2 中的值相加再存入 v0
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这里的 float 可以替换为其他基本数据类型, add 也可以替换为其他数学运算操作。同样,还是用过官网截图来了解一下支持的运算语法:

smali_math.png

一个加法延伸出来不少知识,看到这里,不知道你有没有一个疑问,想想最初的 java 源代码:

private float add() {
    int a = 1;
    float b = 1.5f;
    return  a + b;
}
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代码中定义了两个变量 ab,可是 smali 中的这两个变量呢?虚拟机中的编译器,不论是 JVM 还是 DVM,都会竭尽所能的在编译阶段对代码进行优化以提升运行速度。ab 这两个变量在 add() 方法中并不是必须存在的,所以 DVM 不会浪费时间和空间再去申明这两个变量。如果变量 b 也是 int 类型的话,DVM 甚至连加法都会省略,直接返回 a+b 的数值,大家可以动手试一下。那么,如果在学习过程中想了解每一句代码的 smali 指令该怎么办呢?使用 IDEAjava2smali 插件,就不会存在这些优化了。

减法

源代码:

    private double sub(){
        int a = 1;
        double b = 2.5;
        return a-b;
    }
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Smali 代码:

.method private sub()D
    .registers 5

    .prologue
    .line 11
    const/4 v0, 0x1

    .line 12
    const-wide/high16 v2, 0x4004000000000000L    # 2.5

    .line 13
    int-to-double v0, v0

    sub-double/2addr v0, v2

    return-wide v0
.end method
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减法指令用 sub 表示。

另外这里要注意的是 const-widereturn-wide,添加了 -wide 后缀的操作符表示的是 64 位数据类型。上面例子中定义了 double 类型常量,返回值也是 double 类型。

乘法

源代码:

    private double mul(){
        float a = 1.5f;
        double b = 2;
        return a * b;
    }
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Smali 代码:

.method private mul()D
    .registers 5

    .prologue
    .line 17
    const/high16 v0, 0x3fc00000    # 1.5f

    .line 18
    const-wide/high16 v2, 0x4000000000000000L    # 2.0

    .line 19
    float-to-double v0, v0

    mul-double/2addr v0, v2

    return-wide v0
.end method
复制代码

乘法指令用 mul 表示

除法

源代码:

    private int div() {
        int a = 3;
        int b = 2;
        int c = a / b;
        return c;
    }
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Smali 代码:

.method private div()I
    .registers 2

    .prologue
    .line 23
    .line 25
    const/4 v0, 0x1

    .line 26
    return v0
.end method
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显然,编译器对这段代码进行了优化,提前计算了 3/2 ,在 div() 方法中直接返回结果。我们在通过 java2smali 插件看一下未经优化的 Smali 代码:

.method private div()I
    .registers 4

    .prologue
    .line 28
    const/4 v0, 0x3

    .line 29
    .local v0, "a":I
    const/4 v1, 0x2

    .line 30
    .local v1, "b":I
    div-int v2, v0, v1

    .line 31
    .local v2, "c":I
    return v2
.end method
复制代码

可以看到除法指令用 div 表示

布尔运算

源代码:

    private boolean bool(boolean a, boolean b,boolean c) {
        return a && b || c;
    }
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Smali 代码:

.method private bool(ZZZ)Z
    .registers 5

    .prologue
    .line 35
    if-eqz p1, :cond_4 // 如果 p1 = 0, 跳至 cond_4 处

    if-nez p2, :cond_6 // 如果 p2 != 0,跳至 cond_6 处

    :cond_4
    if-eqz p3, :cond_8 // 如果 p3 = 0,跳至 cond_8 处

    :cond_6
    const/4 v0, 0x1 // 将 0x1 赋给 v0

    :goto_7
    return v0 // 返回 v0 的值

    :cond_8
    const/4 v0, 0x0 // 将 0x1 赋给 v0

    goto :goto_7 // 跳至 goto_7 处
.end method
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布尔运算在 smali 中被转化为一系列的条件判断加指令跳转。上面例子中使用了两种跳转指令,if 判断之后的条件跳转和 goto 表示的无条件跳转,表示从当前地址跳转到指定的偏移处。条件判断指令在后面会具体罗列。

好像还没提到过参数寄存器,这里用到三个参数寄存器,p1 p2 p3 ,再加上一个局部变量寄存器 v0,看起来只用了四个寄存器,但是 .registers 5 却告诉我们这个方法用了五个寄存器,往上翻翻之前的 Smali 代码,你会发现,都无缘无故 “消失” 了一个寄存器。其实那是 p0 寄存器,函数被调用时会传入一个隐式的对当前对象的引用,存储在 p0 寄存器当中。

其他运算

源代码:

    private void other(int a) {
        int or = a | 1;
        int and = a & 1;
        int right = a >> 2;
        int left = a << 2;
        int mod = a % 2;
    }
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Smali 代码:

.method private other(I)V
    .registers 3

    .prologue
    .line 39
    or-int/lit8 v0, p1, 0x1

    .line 40
    and-int/lit8 v0, p1, 0x1

    .line 41
    shr-int/lit8 v0, p1, 0x2

    .line 42
    shl-int/lit8 v0, p1, 0x2

    .line 43
    rem-int/lit8 v0, p1, 0x2

    .line 44
    return-void
.end method
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or 或 ,and 与 , shr 右移 , shl 左移 , rem 取模

条件判断

条件判断在之前的布尔运算中已经演示过,这里罗列一些具体的判断指令:

指令 说明
if-eq vA, vB, +CCCC 如果 vA=vB,跳转指定偏移量
if-ne vA != vB
if-lt vA < vB
if-ge vA >= vB
if-gt vA > vB
if-le vA <= vB
if-eqz vA, +BBBB vA = 0
if-nez vA != 0
if-ltz vA < 0
if-gez vA >= 0
if-gtz vA > 0
if-lez vA <= 0

循环

源代码:

    private void loop(){
        for (int i=0;i<10;i++){
            System.out.println(i);
        }
    }
复制代码

Smali 代码:

.method private loop()V
    .registers 3

    .prologue
    .line 47
    const/4 v0, 0x0 // v0 = 0

    :goto_1
    const/16 v1, 0xa // v1 = 10

    if-ge v0, v1, :cond_d // 如果 v0 >= v1,跳至 cond_d 处

    .line 48
    sget-object v1, Ljava/lang/System;->out:Ljava/io/PrintStream;

    invoke-virtual {v1, v0}, Ljava/io/PrintStream;->println(I)V

    .line 47
    add-int/lit8 v0, v0, 0x1 // v0++

    goto :goto_1 // 跳转至 goto_1 处

    .line 50
    :cond_d
    return-void
.end method
复制代码

显然,循环也是通过条件判断和指令跳转来完成的。

本节中学习了 Smali 的数学运算,条件判断和循环的语法,也基本涵盖了大部分的 Smali 基本语法。下一篇学习 Smali 中类的用法。传送门 —— Smali 语法解析 —— 类

文中所有示例代码地址: github.com/lulululbj/a…

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