程序语言(C,Java等)是人类能够理解的语言，因此我们可以用程序语言编写软件，交给CPU去执行，如果你直接将程序语言交给CPU去执行，CPU压根就不能理解这种语言，CPU只认识它自己的语言-机器语言即机器码，因此我们需要将程序语言翻译成机器码,翻译的方式有两种，一种是编译，另外一种是解释，编译的意思是把整个程序一次性翻译成机器码，解释的意思说，一句一句地翻译，不管怎么样，我们最终交给CPU的是机器码，让CPU去根据机器码去做它该做的事情。

C翻译成机器码

可以把计算机当做一个黑盒子，输入机器码和数据，CPU执行后输出内容到内存，如下图所示

机器码执行图

汇编语言是人类能够理解的机器指令，后续我们举例子时，直接用汇编语言表示机器指令，它们是等价的。

一.什么是机器码?

机器码也叫机器指令，就像我们人类发出的指令一样，比如：“小明,去卫生间里拿一把扫帚去打扫房间，机器码就是这条指令，这条指令里就包含了干什么事情，去哪里干。

1.1 机器码都有些什么内容

机器码是与计算机硬件紧密关联的，不同的CPU,机器码不一样，就好比不同的国家，语言不一样类似，比如我们常用的CPU如Inter Pentium系列,酷睿系列，AMD 锐龙，ARM，MIPS,IBM PowerPC等，他们的机器码就各不相同，但都有一个共同的规范就如下图所示。

机器码包含的内容

如上图所示机器码共同的规范就是他们都包括操作码，控制位(可选),操作数（可选），操作数可以有多个(一般1-3个)甚至没有。

操作码：表示指令类型,比如ADD表示加法指令，SUB表示减法指令。一个处理器可以包含非常复杂，面面俱到的指令，也可以包含十分精简，短小精干的指令，正因如此，在CPU界分成了两大门派CISC(复杂指令集)和RISC(精简指令集),CISC属于大包大揽，啥都想干，RISC是我只敢我能做的事情，其他的事情交给编译器，下面的表格为这两个门派的成员

CISC	RISC
Inter,AMD	ARM，MIPS,IBM PowerPC

控制位:几乎用不到，不做详解

操作数：表示指令需要操作的数据，在机器码中，操作数可不一定是放在那里,等着你直接去拿的，有以下几种获取的方式

立即数寻址:立即数是一个整数，例如5，不需要从寄存器或者内存中获取，它本身就是操作数,例如ARM CPU下的指令

ADD  r1,r2,#5

上面代码中5就是立即数，是常量，直接将R2寄存器中的内容与5相加,存储到r1寄存器中。

直接寻址:从内存中直接获取操作数,例如Inter Pentium CPU下的指令

MOV AX,[2468]

上面代码将内存地址2468上指向的内容写入到ax寄存器

间接寻址:不直接从内存地址获取操作数，而是将内存地址存储在寄存器中，通过寄存器间接获取操作数，例如ARM下的指令

LDR  r1, [r2]

上面代码，r2寄存器中存储的是内存地址，上面指令表达的意思是，将r2寄存器中存储的内存地址指向的内容写入到r1寄存器。

偏移量间接寻址:它是间接寻址变种的一种，例如ARM下的指令

LDR r2,[r3,#8]

上面代码，r3寄存器中存储的是内存地址，上面指令表达的意思是，将r3寄存器中存储的内存地址加上偏移8后算出的内存地址指向的内容写入到r2寄存器。

1.2 机器码的格式

正如上文提到不同的CPU类型机器码不同，有的CPU机器码支持动态长度，动态扩展，如Inter系列,它有时候可以一条指令中有多个操作码，有的CPU的机器码长度是固定的，如ARM,我们可以分析大多数的机器码，大多数的机器码占一个字（32位或64位），一般超过一个字的机器码不多，可能只有Inter系列会有,一般用不到，这里不做阐述。

大多数的机器码格式包括以下四种:

三地址机器码格式

三地址机器码格式主要在RISC CPU中用到，例如下边ARM一条汇编指令

ADD r1,r2,r3

上述代码表示将r2寄存器中的值加上r3寄存器中的值，写入达到r1寄存器

双地址机器码格式

双地址机器码格式主要在CISC CPU中用到,例如下边Inter Pentium的一条汇编指令

ADD AX BX

上述代码讲过BX寄存器的内容与AX相加后，写入到AX中，双地址机器码的坏处也很明显了,例如AX寄存器的值执行命令后就被覆盖了，不能够重用了。

单地址机器码格式

单地址机器码格式在RISC,CISC CPU都会用到，例如下边ARM一条汇编指令

LDA r1

上述代码表示将r1寄存器的值加到累加器(一种寄存器，用于存储中间结果)，单地址机器码其实也是有两个操作数，一个是r1,另一个就是累加器，因为LDA r1已经意味着追加累加器的意思，所有不需要指定。

零地址机器码格式

零地址机器码格式一般操作栈顶的数据，不需要寄存器参与,零地址机器码格式不会用到地址，对于单操作数运算，例如递增，递减，取负，清零等一元运算，直接用栈顶的数据,对于双操作数从栈顶陆续出栈两个数，然后运算,下边举例子,例如下边的表达式

Z=(A+B).(C-D)

PUSH A                                          ;A入栈
PUSH B                                          ;B入栈
ADD                                              ;栈顶两个数出栈,相加,然后结果入栈
PUSH C                                         ;C入栈
PUSH D                                         ;D入栈
SUB                                               ;栈顶两个数据出栈,相减，然后结果入栈
MUL                                              ;栈顶两个数据出栈,相乘,然后结果入栈
POPZ                                            ;栈顶数据出栈