Пильщиков

140 Программирование на языке ассемблера IBM PC Глава 1

Сегмент стека в нашей программе описан с параметром STACK (совпадение этого параметра с именем сегмента допустимо), поэтому в самой программе нам уже не надо загружать сегментный регистр SS. Не надо, как уже отмечалось, загружать и регистр CS. Поэтому в начале программы, как видно, загружается лишь регистр DS.

Относительно сегмента стека нужно сделать следующее замечание. Даже если сама программа не использует стек, описывать в программе сегмент стека все равно надо. Дело в том, что стек программы использует операционная система при обработке прерываний, возникающих (например, при нажатии клавиш на клавиатуре) в процессе счета программы, о чем будет рассказано в гл. 13. А пока лишь отметим, что в такой ситуации рекомендуемый размер стека (с запасом) -

128байтов.

Вконце программы обязательно надо указать директиву END. Она является признаком конца текста программы, все строки за ней считаются уже не относящимися к программе. Кроме того, в этой директиве указывается так называемая точка входа - метка той команды, с которой должно начаться выполнение программы (в общем случае это необязательно первая команда программы). У нас этометка START.

Теперь сделаем несколько замечаний общего характера.

Все предложения, по которым ассемблер что-то заносит в формируемую им машинную программу (а это, в первую очередь, команды и директивы определения данных), обязательно должны входить в состав какого-то программного сегмента, размещать их вне программных сегментов нельзя. Вне программных сегментов можно указывать только директивы чисто информационного характера, например, директивы EQU, директивы описания типов структур и записей.

Может возникнуть вопрос: разрешается ли в сегменте данных размещать ко-

рекомендуется в сегменте данных описывать только переменные, а в сегменте команд размещать только команды.

Директива INCLUDE

В данной книге мы договорились пользоваться нестандартными операциями ввода-вывода (их реализация будет рассмотрена в гл. 13). Будем считать, что описание этих операций находится в файле с названием IO.ASM. Так вот, чтобы мы могли в программе пользоваться этими операциями, данное описание надо вставить в текст нашей программы. Для этого следует в первой строчке нашей программы указать директиву

INCLUDE IO.ASM

В общем случае обращение к директиве INCLUDE (включить) имеет такой вид:

INCLUDE <имя файла>

Встречая эту директиву, ассемблер весь текст, хранящийся в указанном файле, подставит в программу вместо этой директивы.

Директиву INCLUDE можно указывать любое число раз и в любых местах программы. В ней можно указать любой файл, причем название файла записывается по правилам операционной системы, например:

INCLUDE A:MACROS.TXT

Директива полезна, когла в разных программах используется один и тот же фрагмент текста; чтобы не выписывать его в каждой программе заново, его записывают в какой-то файл, а затем подключают к программам с помощью данной директивы. В нашем случае вместо директивы в текст программы подставится описание операций ввода-вывода, и тем самым мы получаем право пользоваться ими в нашей программе.

В заключение данного раздела приведем пример простой, но полной программы на ЯА. Эта программа вводит 50 символов и выводит их в обратном порядке.

Для решения этой задачи заведем массив из 50 байтов и будем записывать в него в обратном порядке (от конца к началу) вводимые символы, а в конце выведем его содержимое просто как строку.

"ДИАЛОГ-МИФИ'

Глава 11

СТЕК

Вданной главе рассматриваются стековые команды и приемы работы со стеком.

8.1.Стек и сегаент стека

Стек - это хранилище, работа с которым ведется по следующему принципу: элемент, записанный в стек последним, считывается из него первым. В ПК для такого хранилища можно отвести любую область памяти, но к ней предъявляется два требования: ее размер не должен превышать 64 Кб и ее начальный адрес должен быть кратным 16. Другими словами, эта область должна быть сегментом памяти. Его называют сегментом стека. На его начало, как мы уже знаем, должен указывать сегментный регистр SS:

В ПК принято заполнять стек снизу вверх: первый элемент записывается в самый конец области стека (в ячейку области с наибольшим адресом), следующий элемент записывается "над" ним и т. д. При чтении же из стека первым всегда удаляется самый верхний элемент. Поэтому получается, что низ стека фиксирован (это последняя ячейка области стека), а вот вершина стека все время сдвигается. Доя того чтобы знать текущее положение этой вершины, используется еще один регистр - SP (stack pointer, указатель стека). В нем хранится адрес той ячейки, в которой находится элемент, записанный в стек последним. Более точно, в SP находится смещение этой ячейки, т. е. ее адрес, отсчитанный от начала сегмента стека. Поэтому абсолютный адрес вершины стека задается парой регистров SS:SP.

Элементы стека могут иметь любой размер; это могут быть байты, слова, двойные слова и т. д. Однако имеющиеся в ПК команды записи в стек и считывания из него работают только со словами. Поэтому обычно подстраиваются под эти команды и считают, что элементы стека имеют размер слова. Обработка же байтов и двойных слов подгоняется под обработку слов.

Следует различать термины "сегмент стека" и "стек (содержимое стека)": если первый термин означает область памяти, которую потенциально могут занять данные стека, то второй термин обозначает совокупность тех данных, что в текущий момент хранятся в стеке, т. е. совокупность байтов от адреса из SP до конца сегмента стека. Причем все данные, расположенные "выше" адреса из SP, считаются не относящимися к стеку.

Чтобы зарезервировать место в памяти под стек, в программе на ЯА следует описать соответствующий программный сегмент. Если мы решили выделить под него к байтов, тогда этот сегмент должен описываться так:

Имена ячейкам стека обычно не дают, т. к. доступ к ним все равно будет осуществляться не по именам, а косвенно, через регистр SP. Чаще всего не задают и начальные значения для ячеек стека. Поэтому при описании сегмента стека указывают лишь то, сколько байтов отводится под стек, т. е. используют безымянную директиву DB со знаком ?. Отметим, что вместо директивы DB можно использовать директиву DW или DD, это как кому нравится.

Прежде чем начать работу со стеком, надо загрузить в регистры SS и SP соответствующие значения: регистр SS должен указывать на начало сегмента стека, а регистр SP - на вершину стека. Сделать это можно двояко. Во-первых, такую загрузку мы можем сделать сами, поместив в программу соответствующие команды. Во-вторых, если в директиве SEGMENT, начинающей описание сегмента стека, указать параметр STACK, тогда к началу выполнения программы оба этих регистра будут загружены автоматически: регистр SS будет установлен на начало сегмента стека, а в регистр SP будет записан размер стека в байтах (число к). Почему именно это значение? В начале работы программы стек должен быть, как правило, пустым, а значение к, как несложно сообразить, как раз и соответствует пустому стеку; в этом случае SP указывает на первую ячейку за областью стека.

И, наконец, напомним, что сегмент стека надо описывать в программе даже тоща, коща программа сама его не использует. В таком случае рекомендуемый размер (с запасом) сегмента стека - 128 байтов. Если же программа сама использует стек, то под него надо отводить столько места, сколько надо программе, плюс эти 128 байтов.

8.2.Стековые команды

Для работы со стеком в ПК имеется несколько команд, которые принято называть стековыми. Сразу отметим, что все они будут работать правильно, только если регистр SS указывает на начало сегмента стека, а регистр SP - на вершину стека. Если в этих регистрах записано что-то иное, то действие стековых команд непредсказуемо.

8.2.1.Запись н чтение слов

Основными стековыми командами ПК являются команды записи слова в стек

исчитывания слова из стека.

Запись слова в стек: PUSH op

Допустимые типы операнда: rl6, sr, ml6.

Команда PUSH ("вталкивать") записывает в стек свой операнд. Условно это можно изобразить так:

"ДИАЛОГ-МИФИ"

144 Программирование на языке ассемблера IBM PC Глава 1

Более точно команда PUSH действует так: сначала значение регистра SP уменьшается на 2 (вычитание происходит по модулю 216), т. е. SP сдвигается вверх и теперь указывает на свободную ячейку области стека, а затем в нее записывается операнд:

S P : - ( S P - 2 ) mod 2 1 S , o p - > [ S S : S P ] .

Флаги команда не меняет.

(Замечание: по команде PUSH SP процессоры 8086 и 80286 в стек записывают значение SP после изменения этого регистра, а процессоры i386 и i486 - значение SP до изменения.)

В команде PUSH в качестве операнда можно указывать любой сегментный регистр (например, PUSH CS), но нельзя указывать непосредственный операнд (например, PUSH 5 - ошибка). Если мы хотим записать в стек явное число, то это надо делать через регистр, например:

MOV АХ,5

POSH АХ ;5 -> с т е к

Отметим также, что по команде PUSH в стек можно записать только слово, но не байт или двойное слово. Двойное слово приходится записывать двумя командами, а для записи байта (скажем, символа '*') этот байт расширяют каким угодно способом до слова и в стек уже записывают слово:

M O V A L , ' * ' ; A L : = ' * ' (АН:»?)

PUSH АХ

При этом в силу "перевернутого" представления слов в памяти ПК код символа '*' займет в стеке байт, на который указывает регистр SP:

Конечно, при таком способе записи байта в стек, мы теряем байт, но обычно на это идут, если хотят воспользоваться командой PUSH. Дчя чтения же байта из стека надо считать все слово, а затем из него выделить нужный байт.

Чтение слова из стека: POP op

Допустимые типы операнда: rl6, sr (кроме CS), т16 .

Команда POP ("выталкивать") считывает слово из вершины стека и присваива-

увеличивается на 2 (сложение происходит по модулю 216), т. е. сдвигается вниз:

[ S S : S P ] - > o p , SP:=(SP+2) mod 2 1 ' .

Слово, считанное из стека по команде POP, может быть помещено в любой регистр, кроме сегментного регистра CS (изменение этого регистра означает пере-

Стек 145

ход). Кроме того, по этой команде можно считать только слово, но не бант или двойное слово.

8.2.2.Запись н чтение регистра флагов

По команде PUSHF в стек записывается содержимое регистра флагов Flags, а по команде POPF из стека считывается слово и оно заносится в Rags. При этом команда PUHSF не меняет флаги, а команда POPF, естественно, меняет все флаги.

Эти команды обычно используются для сохранения текущих состояний флагов и последующего их восстановления. Эти команды можно также использовать для определения или изменения состояния любого флага - в том случае, если нет подходящих команд для реализации этих действий. Например, записать в регистр АХ значение флага трассировки TF (он занимает 8-й бит регистра Flags при нумерации битов справа налево от 0 - см. разд. 1.2.4), не меняя при этом никакие флаги, можно так:

8.23.Стековые команды процессора 80186

В процессоре 80186 появился вариант команды PUSH, в котором допускается

(Напомним, что по умолчанию ассемблер разрешает указывать в программах на ЯА только команды процессора 8086, и для того, чтобы можно было использовать команды процессора 80186, надо перед первой из таких команд задать директиву .186)

В процессоре 80186 появились еще две стековые команды - запись в стек и чтение и-, стека значений всех регистров общего назначения. Флаги эти команды пе меняют.

"ДИАЛОГ-МИФИ"

Команда PUSHA записывает в стек значения всех регистров общего назначения в следующей последовательности: АХ, СХ, DX, ВХ, SP, BP, SI и DI (для SP берется значение до этой команды). Команда РОРА считывает из стека 8 слов и присваивает их регистрам в последовательности, обратной указанной^ выше (после команды регистр SP указывает на состояние стека после этого считывания).

Команды PUSHA и РОРА предназначены для работы с процедурами (см. гл. 9) - для сохранения значений регистров при входе в процедуру и восстановления прежних значений при выходе из процедуры.

83.Некоторые приемы работы со стеком

Прежде всего отметим общее правило работы со стеком: если мы что-то записали в стек, то обычно именно мы и обязаны все это считать из стека. Иначе при работе со стеком "не найдешь концов".

Сохранение значений регистров

Очень часто стек используется для временного хранения значений регистров. Если нам надо сохранить текущее значение какого-нибудь регистра, скажем СХ, и в то же время этот регистр нам нужен для иных целей, тогда можно поступить так: надо спасти в стеке значение регистра, затем использовать регистр как нужно, а в конце восстановить прежнее значение регистра, считав его из стека:

Пересылка данных через стек

Стек нередко используется для пересылки какой-то величины из одной ячейки памяти в другую, когда не хотят портить содержимое регистров. Например, выполнить присваивание X:=Y, где X и Y - переменные размером в слово, можно так:

на выход за пределы стека. Например, если стек пуст и мы применяем команду чтения из стека, то ошибка не будет зафиксирована (будет считано слово, следующее за сегментом стека). Аналогично, не будет зафиксирована ошибка, если мы записываем в стек, когда он уже полон. Такие проверки, если надо, обязаны делать мы сами. Делаются же эти проверки очень просто:

Стек 147

В самом деле, стек полон, если вершина стека достигла начала области, выделенной для стека, а это значит, что смещение вершины стека равно 0. При пустом же стеке, как уже отмечалось, в регистре SP находится число, равное размеру области стека в байтах.

Очистка и восстановление стека

Иногда приходится очищать стек, т. е. удалять из него несколько последних элементов, никуда их не переписывая. Конечно, здесь можно выполнить нужное число раз команду POP, но это долго. Очистку стека можно сделать и проще, если заметить, что после удаления из стека N слов значение SP должно увеличиться на число 2*N, и если вспомнить, что регистр SP, хотя и специализирован для работы со стеком, все-таки является регистром общего назначения, который можно использовать в любых командах, в том числе и в арифметических. Поэтому очистка стека от N слов осуществляется просто увеличением значения регистра SP на величину 2*N:

ADD SP,2*N ; о ч и с т к а с т е к а от N с л о в

Другой вариант очистки стека: запомнить вначале то значение указателя стека SP, до которого затем надо будет очищать стек, после чего можно записывать в стек что угодно, а в конце надо просто восстановить в SP это значение:

MOV AX.SP

MOV SP,AX

Доступ к элементам стека. Регистр BP

Команды PUSH и POP дают доступ только к вершине стека, но иногда необходим доступ к другим, более "низким" элементам стека. Пусть, к примеру, в стеке записано не менее трех слов и мы хотим заслать в регистр АХ копию третьего сверху элемента стека (AX:=w3):

Как видно, адрес третьего слова стека равен адресу вершины стека плюс 4. Учитывая это, делаем следующее: устанавливаем регистр BP на вершину стека и используем выражение [ВР+4] для доступа к третьему слову:

MOV BP,SP

MOV АХ,[BP+4] ; - MOV АХ,SS:[ВР+4]

Почему мы использовали именно регистр BP? Во-первых, отметим, что использовать здесь регистр SP, т. е. выражение [SP+4], нельзя, т. к. SP не относится

"ДИАЛОГ-МИФИ"

148 Программирование на языке ассемблера IBM PC Глава 1

к числу регистров-модификаторов. Во-вторых, в последней из наших команд не указан никакой сегментный регистр, поэтому он выбирается по умолчанию. Напомним, что если в команде адрес модифицируется и среди модификаторов есть регистр BP, то по умолчанию выбирается регистр SS, поэтому наша команда воспринимается как MOV AX,SS:[BP+4], а это значит, что считывание происходит из ячейки сегмента стека. А вот если бы вместо BP мы использовали другой модификатор, скажем ВХ, тогда по умолчанию брался бы префикс DS:, что нам не подходит, и потому пришлось бы явно указывать нужный префикс: MOV AX,SS:[BX+4]. Ясно, что этот вариант хуже, чем вариант с регистром BP.

Итак, если мы хотим работать с "внутренними" элементами стека, то надо установить регистр BP на одну из ячеек стека, например на вершину стека, а затем для ссылок на элементы стека использовать конструкции вида [ВР+n] с подходящим числом п. Поскольку доступ к внутренним элементам стека приходится делать довольно часто, то в ПК и выделили особо регистр BP, сделали так, чтобы по умолчанию он сегментировался по регистру SS.

8.4.Пример использования стека

В качестве примера на использование стека опишем программу, которая вводит последовательность любых символов (кроме точки) с точкой в конце и проверяет, правильно ли этот текст сбалансирован по круглым и квадратным скобкам. В качестве ответа выдается буква Д (да, текст сбалансирован) или Н (нет).

Идея решения этой задачи следующая. Вводим очередной символ и проверяем, скобка ли это. Если нет, ничего с этим символом не делаем. Если это открывающая скобка, то записываем ее в стек. Если это закрывающая скобка, тогда делаем следующие проверки. Если стек пуст (т. е. до этого в тексте не было открывающих скобок), тогда фиксируем несбалансированность. Иначе считываем из стека последнюю (именно последнюю!) из открывающих скобок и смотрим, соответствует ли она нашей закрывающей скобке: если да, то переходим к следующему символу текста, а если нет - очищаем стек от всех записанных в него открывающих скобок и фиксируем несбалансированность. По окончанию ввода текста делаем еще одну проверку: если стек в этот момент не пуст (т. е. остались открывающие скобки), то очищаем стек от этих непарных скобок и фиксируем несбалансированность, а иначе сообщаем, что текст сбалансирован по скобкам.

Теперь уточним кое-какие детали.

В этой программе нет данных, которые надо было бы хранить в памяти, поэтому в программе не надо описывать сегмент данных и загружать сегментный регистр DS. На сегмент же стека отведем обязательные 128 банта и еще 200 байтов для хранения открывающих скобок (считаем, что уровень вложенности скобок в исходном тексте меньше 100).

Для проверки, пуст ли стек, и очистки стека удобно запомнить начш1ЬИое значение регистра SP и затем использовать это значение для реализации указанных действий. (Замечание: вообще говоря, перед выполнением команды FINISH не требуется очищать стек, однако для соблюдения "правил приличия" мы все же очистим стек.)

Стек 149

Для проверки соответствйя открывающей и закрывающей скобок поступим следующим образом: при появлении закрывающей скобки заменим ее на соответствующую ей открывающую скобку и именно эту скобку будем сравнивать со скобкой, считанной из стека.

С учетом всего сказанного наша программа выглядит так:

СENDS

END BEG

"ДИАЛОГ-МИФИ"