微型计算机技术与汇编语言程序设计：ch11-汇编语言与高级语言混合程序设计.docx

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1、汇编语言与高级语言混合程序设计本章对汇编语言与C语言混合程序进行设计。主要介绍汇编语言和C语言 的混合编程和调用方法。7.1.汇编语言和高级语言程序设计语言按照功能的不同可以分为3种：机器语言、汇编语言和高级语 言。把机器语言指令以助记符来表示，就成汇编语言指令，汇编语言指令必须用 工具软件翻译（汇编过程）成机器语言指令才能执行，其它高级语言也必须翻译（编 译或解释）为机器语言才能执行。高级语言是独立于机器的通用语言，不依赖于 特定计算机的硬件结构和指令系统。用高级语言写的源程序，可以在不同的计算 机上重新编译（或解释）后运行，而得到相同运行结果。高级语言包括C/C+. Basic Pasca

2、l Java 等。C/C+语言是一种应用广泛，并且实现灵活的一种计算机编程语言，用 C/C+语言编出来的程序，可以在很多平台上运行，可移植性强。C/C+不仅具 有良好的高级语言特征，而且还具有一些低级语言的特点，如：寄存器变量、位 操作等。所以，C/C+语言的程序与汇编语言程序之间能很平滑地衔接。另外， 目前主要的C/C+语言程序开发环境，如：Turbo C/C+ Borland C/C+等，也 都提供了很好的混合编程手段。计算机操作系统等大型软件，一般都采用C/C+语言和汇编语言混合编程来 完成。虽然除了 C/C+以外的其它高级也可以与汇编语言进行混合编程，但下面 我们重点讲述C/C+与汇编

3、语言的混合编程问题。7. 2.为什么要混合编程？有时为了提高关键代码的执行效率，可以采用汇编语言来实现低层关键代 码的功能，如数据采集、定时、调度等，而用C/C+等高级语言来实现高层如数 据处理等功能。通过C/C+与汇编语言之间的相互调用，实现汇编语言和高级语 言的混合编程，发挥各自语言的优势。这种混合编程的方法优点是提高了关键程7. 5,独立汇编模块格式模块划分：有的模块用c语言实现，有的模块用汇编语言实现。每个模块 源程序（C源程序或汇编源程序）独立编译为Qbj目标文件，之后用链接工具把所 有的。用整合到一个exe可执行文件。模块之间的调用有两种情况，一种是C调 用汇编;另一种是汇编调用C

4、o对于C语言模块调用汇编语言模块中函数（或使用变量）的情况，声明如下:1）在C语言模块中，用extern说明要调用汇编模块中的函数（或使用变量）。 其格式如下：extern返回值类型 函数名（参数类型表）；extern变量类型变量名；2）在汇编语言模块中，用PUBLIC声明被C语言模块调用的函数（或使用变 量）。其格式如下：PUBLIC 程序标识符（函数名或变量名）对于汇编语言模块调用C语言模块中函数（或使用变量）的情况，声明如下:1）在汇编语言模块中，用extern说明要调用C语言模块中的函数（或使用的变 量）。其格式如下：EXTRN 函数名：类型（NEAR,FAR）EXTRN 变量名：类型

5、（BYTE, WORD,DWORD）2）在C语言模块中，用PUBLIC声明被汇编语言模块调用的函数（或使用的变 量）。其格式如下：函数名/*在C语言模块中，要求全局可见*/变量名/*在C语言模块中，要求全局可见*/例2： C语言程序模块调用汇编语言子程序模块，显示一段信息/* C语言程序:main, c */extern void display (void) ; /* 说明 display 是外部函数 */main () display (););汇编语言子程序模块：display. asm.model small, c ;存储模式，采用小型存储模式和C 语言类型.data ;数据段msg

6、db Hello, C and Assembly,code ;代码段PUBLIC _display ;外部C模块可以使用本过程 _display proc ;采用了一致的命名约定mov ah, 9 ;小型模式只有一个数据段，所以不必设置DS mov dx, offset msg ;寄存器AX和DX无须保护 int 21hret_display endpend例3： uc/osn中汇编语言部分。注意本例中函数和变量的定义格式及程序中的 使用。；1.全局和外部引用定义部分；1.1本汇编模块中实现的4个函数(C模块会调用下边四个汇编实现的函数)PUBLIC _OSTickISR定时中断汇编函数PUB

7、LIC _OSStartHighRdy ;开始执行最高级任务汇编函数PUBLIC _OSCtxSw;任务切换汇编函数PUBLIC _OSIntCtxSw ;中断中任务切换汇编函数；1.2C模块中声明和实现的函数和变量（本汇编模块中要引用它们）EXTRN _OSIntExit:FAR ;函数 3 个EXTRN _OSTimeTick:FAREXTRN _OSTaskSwHook:FAREXTRN _OSIntNesting:BYTE ;变量 7 个EXTRN _OSTickDOSCtr:BYTE EXTRN _OSPrioHighRdy:BYTE EXTRN _OSPrioCur:BYTE EX

8、TRN _OSRunning:BYTE EXTRN _OSTCBCur:DWORD EXTRN _OSTCBHighRdy:DWORD.MODELLARGE ;存储模式,CODE ;代码开始；2.1开始执行最高级任务汇编函数实现部分_OSStartHighRdy PROC FAR _OSStartHighRdy ENDP；2.2多任务切换汇编函数实现部分_OSCtxSw PROC FARPUSHA;保存当前旧任务环境到堆栈中PUSH ESPUSH DSMOV AX, SEG JDSTCBCur ;引用C中声明的变量MOV DS, AX ;LES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBC

9、ur ;保存当前旧任务 的 SS： SP 到当前任务的 TCB 中，OSTCBCur-OSTCBStkPtr 二 SS:SPMOV ES:BX+2,SSMOV ES:BX+09SPCALL FAR PTR _OSTaskSwHook ;调用 C 中函数MOV AX, WORD PTR DS:_OSTCBHighRdy+2; _OSTCBCur =_OSTCBHighRdyMOVDX, WORD PTR DS :_OSTCBHighRdyMOVWORD PTR DS:_OSTCBCur+2, AXMOVWORD PTR DS: OSTCBCur, DXMOVAL, BYTE PTR DS:_OS

10、PrioHighRdyMOVBYTE PTR DS:_OSPrioCur, ALLES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBHighRdy;取出新任务 的堆栈指针，SS:SP = OSTCBHighRdy-OSTCBStkPtrMOVSS, ES:BX+2MOVSP, ES:BXPOP DS;弹出新任务的环境POP ESPOPAIRET ;跳到新任务执行_OSCtxSw ENDP其它汇编函数实现略，参考uC/OS II源程序中OS_CPU_A.ASM文件。例4. C模块与汇编模块混合调用/*main.c 模块*/#include extern int maxx(int ,int);

11、/*引用汇编实现的函数*/int main(int argc, char *argv)int x; _asm mov ah, 1 /*嵌入汇编指令，等待键盘输入*/_asm int 21hx= maxx(8,9);/*调用汇编函数 maxx() */printf(n%dM,x); /* 显示返回值*/return 1;);*sub.asm 模块*；.MODEL LARGE ;存储模式为 large.CODEpublic _maxx;外部可见函数maxx_maxx proc far ;_maxx 函数实现push bpmov bp,spmov ax,bp+6cmp ax,bp+8jge exit

12、mov ax,bp+8exit: pop bp ret_maxx endpEnd6.编译、汇编和连接的方法步骤一，用MASM汇编ASM语言源程序，生成汇编语言目标文件(.OBJ) 0步骤二，在TURBO C集成环境下建立一个工程文件，该文件包括需要编译连 接的C语言源程序和汇编语言目标文件名(.OBJ) o步骤三，在TURBO C集成环境下，按F9功能键，制作出工程，生成可执行文件(.EXE) o 序段的执行效率，而其缺点是程序移植性变差。在操作系统软件中，如linux,、uC/OS II等就采用了 C/C+与汇编语言的混 合编程。操作系统中，一般是低层的硬件相关的代码(任务切换调度、硬件中断

13、、 定时中断等)都采用汇编语言实现，这部分与具体硬件相关，也叫平台相关的代 码;而高层的服务功能采用C/C+语言来实现，这部分与具体硬件无关，也叫平 台无关的代码。平台相关的汇编语言代码部分是操作系统移植到不同处理器时需 要修改的部分。7. 3.如何混合编程？为了实现一个任务，我们把一个任务按功能划分为很多模块，每个模块以 函数或子程序的形式存在，根据每个模块的特点选用汇编语言或C/C+语言，我 们把它们叫做汇编语言模块或C/C+语言模块。这两种不同语言编写的模块，都 会编译成目标文件(.Obj),最后将多个目标文件连接在一起，形成一个完整的可 执行文件(.exe)。为了完成一个特定任务的多个

14、模块，模块之间不是孤立的。一种情况是， 模块中函数之间可能存在着调用关系，也就是，可能存在着汇编语言模块中的函 数调用另一个C/C+模块中的函数的情况;也可能存在着C/C+模块中的函数调 用汇编语言编写的模块函数的可能。另一种情况是，也可能存在着一个模块引用 另一个模块公共变量的情况。为了不同模块之间调用和引用的正确，要对模块之间的调用和引用进行约 定。汇编语言与C/C+语言混合编程，需要考虑四个方面的约定(规范)：(1)存储模式的约定一如何为模块分配内存的约定；(2)函数名称的约定一如何声明函数名称约定；(3)函数调用约定一汇编语言与C语言之间的参数如何传递的约定；(4)编译方法。有两种混合

15、编程方式，一种是嵌入汇编指令的格式;另一种是独立汇编模块格式。7.3.1 存储模式的约定存储模式用于处理程序、数据、堆栈在主存中的分配和存取，决定代码和 数据的默认指针类型，例如段寄存器CS、DS、SS、ES的设置就与所采用的存 储模式有关。存储模式在C语言中也称为编译模式或主存模式。Turbo C提供了六种存储模式，分别是：微型模式（tiny）、小型模式（small）、 紧凑模式（compact）中型模式（medium）、大型模式（large）和巨型模式（huge）。混合编程时必须保持汇编语言和C语言的存储模式一致。在汇编语言中使 用伪指令.model *,表示在汇编语言中采用的存储模式，其

16、中*表示上述6 种模式中的一种。若C采用小模式，则在汇编语言中要使用.model small。7.3.2 函数调用约定要想实现高级语言与汇编语言的混合编程，必须知道这两种语言之间的调 用约定。当高级语言函数被编译成机器码时，有一个问题就必须解决：因为CPU没 有办法知道一个函数调用需要多少个、什么样的参数。即计算机不知道怎么给这 个函数传递参数，传递参数的工作必须由函数调用与者和函数本身来协调。为此, 计算机提供了一种被称为栈的数据结构来支持参数传递。函数调用时，调用者依次把参数压栈，然后调用函数，函数被调用以后， 在堆栈中取得数据，并进行计算。函数计算结束以后，或者调用者、或者函数本 身修改

17、堆栈，使堆栈恢复原装。在参数传递中，必须明确说明以下三个方面：1）当参数个数多于一个时，按照什么顺序把参数压入堆栈；2）函数调用后，由谁来把堆栈恢复原样；3）调用函数返回值放在什么地方。在高级语言中，通过函数调用约定来说明这个问题。如果定义的约定和使 用的约定不一致，则将导致堆栈被破坏，导致严重问题。常见的调用约定有如下5种：1) stdcall-pascal 调用约定；2)cdecl-C调用约定；3)fastcall一与stdcall类似，速度更快；4)thiscallC+类成员函数缺省的调用约定；5)naked call -很少见的调用约定，不建议使用。1. stdcall调用约定stdc

18、all很多时候被称为pascal调用约定，因为pascal是早期很常见的一种教 学用计算机程序设计语言，其语法严谨，使用的函数调用约定是stdcallo在 Microsoft C+系列的C/C+编译器中，常常用PASCAL宏来声明这个调用约定, 类似的宏还有WIN API和CALLBACK o stdcall是Win32 API函数的调用约定。stdcall调用约定声明的语法为：intstdcall function(int a, int b) /*pascal 调用约定*/stdcall的调用约定：1)参数从右向左压入堆栈；2)被调用函数自动清理堆栈；3)函数名自动加前导的下划线，后面紧跟一

19、个符号，其后紧跟着参数的 尺寸。以上述这个函数为例，参数b首先被压栈，然后是参数a,函数调用 function。,2)调用处翻译成汇编语言将变成：push 2;第二个参数入栈push 1；第一个参数入栈call function ;调用函数，自动把cs:eip入栈而对于函数自身开始处，则翻译为：push ebp ;保存ebp寄存器，该寄存器将用来保存堆栈的栈顶指针，可以在函数退出时恢复mov ebp,esp；保存堆栈指针mov eax, ebp + 8H;堆栈中ebp指向位置之前依次保存有ebp,cs:eip,a,b, ebp +8指向aaddeax,ebp + OCH;堆栈中ebp + OC

20、H处保存了 b,实现加法功能mov esp,ebp；恢复 esppop ebpret 8；自动恢复堆栈，返回值在eax中。在编译时，函数名被翻译成_function8。注意不同编译器会插入自己的汇编代码以提供编译的通用性，但是大体代 码如此。其中在函数开始处保留esp到ebp中，在函数结束恢复是编译器常用的 方法。从函数调用看，2和1依次被push进堆栈，而在函数中又通过相对于ebp（即 刚进函数时的堆栈指针）的偏移量存取参数。函数结束后，ret 8表示清理8个字 节的堆栈，函数自己恢复了堆栈。_stdcall是在windows程序设计中出现的最多的调用规则，所有的不可变 参数的API调用都使

21、用这个规则。2. cdecl调用约定cdecl调用约定又称为C调用约定，是C语言缺省的调用约定，它的定义语 法是：int function （int a ,int b）/*不加修饰就是C调用约定*/int cdecl function（int a,int b）/* 明确指出 C 调用约定*/cdecl调用约定：1）参数从右向左压入堆栈；2）函数本身不清理堆栈，调用者负责清理堆栈;3）函数名自动加前导的下划线.function。cdecl调用约定的参数压栈顺序是和stdcall是一样的，参数首先由右向左 压入堆栈。所不同的是，函数本身不清理堆栈，调用者负责清理堆栈。由于这种 变化,C调用约定允许

22、函数的参数的个数是不固定的,这也是C语言的一大特色。对于前面的function函数，使用cdecl后的汇编码变成：调用处push 2;第二个参数入栈push 1；第一个参数入栈call function ;调用函数，自动把cs:eip入栈add esp,8;注意：由调用者恢复堆栈被调用函数function处push ebp;保存ebp寄存器，该寄存器将用来保存堆栈的栈顶指针mov ebp,esp；保存堆栈指针mov eax, ebp + 8H滩栈中ebp指向位置之前依次保存有ebp,cs:eip,a,b, ebp +8指向aadd eax,ebp + OCH;堆栈中 ebp + 12 处保存了

23、 bmov esp,ebp；恢复 esppop ebpret;注意，这里没有完全恢复堆栈，返回值在eax中。由于参数按照从右向左顺序压栈，因此最开始的参数在最接近栈顶的位置, 因此当采用不定个数参数时，第一个参数在栈中的位置肯定能知道，只要不定的 参数个数能够根据第一个后者后续的明确的参数确定下来，就可以使用不定参 数。cdecl调用约定最大好处在于由于是调用者清理栈，它可以处理可变参数， 缺点则在于它增加了程序的大小，因为在每个调用返回的时候，需要多执行一条 清理栈的指令。3. fastcall调用约定fastcall调用约定和stdcall类似，fastcall调用约定：1）函数的第一个和

24、第二个DWORD参数（或者尺寸更小的）通过ECX和 EDX传递，其他参数通过从右向左的顺序压栈；2）被调用函数自动清理堆栈；3）函数名修改规则同stdcall。其声明语法为：intfastcall function（int a,int b）_fastcall在windows内核设计中被广泛的使用，由于两个参数由寄存器直 接传递，采用这种规则的函数效率要比以上两种规则高。4. thiscall调用约定thiscall是C+成员函数的默认调用约定，编译期间，这种调用会根据函数 是否支持可变参数表来决定采用什么方式清理堆栈。如果成员函数不支持可变 参数，那么它就是用参数入栈，ECX保存this指针的

25、方式进行调用，如果成员 函数支持可变参数，那么它的调用和_/（10小类似，唯一不同的是将this指针最 后压入栈中进行传递。5. 调用函数返回值以上4种调用约定中，返回值保存方式是一样的。被调用函数的返回值， 按下列规则传递给调用者：1）如果返回值小于或等于16位，则将其存放在AX寄存器中；2）如果返回值是32位，则存放在DX, AX寄存器对中，其中DX存储高 16位，AX存储低存位;3）如果返回值大于32位，则存放在静态变量存储区;AX寄存器存放指向这 个存储区的偏移地址;对于32位far指针，则还利用DX存放段地址。由此可见，汇编语言子程序向C程序返回处理结果时，是通过AX和DX 完成的;

26、但对于不同长度的返回数据，使用寄存器的情况也不同。当返回值为 char short、int类型，仅需要使用寄存器AX;当返回值类型为long时，低16位 在AX中，高16位在DX中；而当返回值类型为float、double时，AX传送存储 地址的偏移量;如果是far指针，DX传送段地址，偏移地址仍然在AX中。7. 4.嵌入汇编指令格式嵌入汇编方式把插入的汇编语言语句作为C语言的组成部分，不使用完全独 立的汇编模块，所以比调用汇编子程序更方便、快捷，并且在大存储模式、小存 储模式下都能正常编译通过。C语言程序中含有嵌入式汇编语言语句时，C编译器首先将C代码的源程序 (.c)编译成汇编语言源文件(

27、.asm),然后激活汇编程序Turbo Assembler将产 生的汇编语言源文件编译成目标文件(.obj),最后激活Tlink将目标文件链接成 可执行文件(.exe)0若要在C语言源程序中嵌入一条汇编语句，则用保留了 asm声明，格式如 下：asm mov ax, bx若要在C语言源程序中嵌入一组汇编语句，则需要用括号和下把它们括起 来。asm mov ax, datalmov bx, data2mov data 1, bxmov data2, ax/*实现整型变量datal和data2之值的交换*/)例1:将字符串中的小写字母转变为大写字母显示/*upcase.c */#include v

28、oid upper(char *dest,char *src)asm mov si,src /* dest 和 src 是地址指针 */asm mov di,destasm cldloop: asm lodsb /*C语言定义的标号*/asm cmp al,aasm jb copy /* 转移到 copy 标号 */asm cmp al/z1asmja copy /*不是a至z之间的字符原样复制*/asm sub al920h /*是小写字母转换成大写字母*/copy: asm stosbasm and al,al /*C语言中，字符串用NULL (0)结尾*/asm jnz loop)mai

29、n() /* 主程序 */(char str=nThis Started Out As Lowercase!n;char chr100;upper(chr,str); /* 调用汇编函数*/printf(nOrigin string:n%snH,str);printf(HUppercase String:n%snn,chr);编辑完成后，在命令行输入如下编译命令，选项-I和-L分别指定头文件和库 函数的所在目录：TCC -B -linclude -Llib upcase.c生成可执行文件upcase.exe,程序运行后输出的结果将是：Origin string：This Started Out As Lowercase!Uppercase String：THIS STARTED OUTAS LOWERCASE!