3. CPUはどの命令を実行するのか

3.1 レジスタは複数ある

種類	主なレジスタ	本編での役割
汎用	RAX, RBX, RCX, RDX, RSI, RDIなど	値、アドレス、関数の引数を運ぶ
スタック位置	RSP	現在のスタック先頭を指す
フレーム基準	RBP	このビルドでは関数内の配置を追う基準
命令位置	RIP	次に取得する命令の仮想アドレス
状態	RFLAGS	比較結果や制御フラグ

RIPは「実行中の命令そのもの」ではなく、次に命令として読む場所を指す状態である。

3.2 命令実行の論理モデル

RIP、命令取得、解釈と実行、次のRIP決定の4段階

図: これはアーキテクチャ上の見える因果のモデルであり、内部実装の時間順序をそのまま表すものではない。

1. CPUがRIPの仮想アドレスを参照する。
2. 仮想アドレスがページテーブルによって物理メモリ側の位置へ対応付けられる。実機ではTLBやキャッシュが高速化する。
3. CPUが命令バイトを取得し、命令と操作対象を解釈する。
4. 計算、レジスタ更新、メモリ書き込みなどを行う。
5. 通常命令なら次の命令へ、分岐やcall/retなら指定された場所へRIPが移る。

重要点は一つだけである。CPUはCの関数名やif文を直接理解しない。現在のRIPが示す場所から命令を取り続ける。

3.3 三つの基本操作

mov rsi, rax        ; RAXの64ビット値をRSIへ複製
lea rax, [rbp-16]   ; RBP-16というアドレスをRAXへ入れる
mov eax, [rbp-4]    ; RBP-4が指すメモリの4バイトをEAXへ読む

mov DWORD PTR [rbp-4], edi に続けて mov eax, DWORD PTR [rbp-4] のように一度メモリを経由するコードは、最適化を切ったコンパイルで現れやすい。C上の変数をスタック上の位置として忠実に表すためで、機械語の必須動作ではない。最適化すればmov eax, edi相当にまとまることがある。