Microsoft поддерживает свой продукт под названием Microsoft Macro Assembler (MASM). Она продолжает развиваться и по сей день.. Но версия программы, направленная на создание программ для DOS, не развивается. Кроме того, Стивен Хатчессон создал пакет для программирования на MASM под названием «MASM32».
Ассемблеры для GNU и GNU/Linux. В состав операционной системы GNU входит пакет binutils, включающий в себя ассемблер gas (GNU Assembler), использующий AT&T-синтаксис, в отличие от большинства других популярных ассемблеров, которые используют Intel-синтаксис (поддерживается с версии
2.10).
Переносимые ассемблеры.
Также существует открытый проект ассемблера, версии которого доступны под различные операционные системы, и который позволяет получать объектные файлы для этих систем. Это:
NASM (Netwide Assembler).
YASM — это переписанная с нуля версия NASM под лицензией BSD (с некоторыми исключениями).
FASM (flat assembler) — молодой ассемблер под модифицированной для запрета перелицензирования BSD-лицензией. Есть версии для Linux, DOS и Windows; использует Intel-синтаксис .
1.10.2. Язык Ассемблер
Язык Ассемблер — язык программирования низкого уровня, мнемонические команды которого (за редким исключением) соответствуют инструкциям процессора вычислительной системы. Трансляция программы в исполняемый машинный код производится программой Аассемблер - транслятором, которая и дала языку ассемблера его название.
Команды языка ассемблера один к одному соответствуют командам процессора, фактически, они представляют собой более удобную для человека символьную форму записи (мнемокод) команд и их аргументов. При этом одной команде языка ассемблера может соответствовать несколько вариантов команд процессора, в зависимости от операндов.
Кроме того, язык ассемблера позволяет использовать символические метки вместо адресов ячеек памяти, которые при ассемблировании заменяются на автоматически рассчитываемые абсолютные или относительные адреса, а так-
23
же так называемые директивы (команды, не переводящиеся в процессорные инструкции, а выполняемые самим ассемблером).
Директивы ассемблера позволяют, в частности, включать блоки данных, задать ассемблирование фрагмента программы по условию, задать значения меток, использовать макроопределения с параметрами.
Каждая модель (или семейство) процессоров имеет свой набор команд и соответствующий ему язык ассемблера. Наиболее популярные синтаксисы — Intel-
синтаксис и AT&T-синтаксис.
Достоинства:
При достаточной квалификации программиста, язык ассемблера позволяет писать самый быстрый и компактный код. Возможно, даже лучше, чем генерируемый трансляторами языков более высокого уровня.
Если код программы достаточно большой, данные, которыми он оперирует, не помещаются целиком в регистрах процессора, то есть частично или полностью находятся в оперативной памяти, то искусный программист, как правило, способен значительно оптимизировать программу по сравнению с высокоуровневыми трансляторами по одному или нескольким параметрам: скорость работы (за счёт оптимизации вычислений и/или более рационального обращения к ОП, перераспределения данных), объём кода (в том числе за счёт эффективного использования промежуточных результатов).
Обеспечение максимального использования специфических возможностей конкретной платформы, что также позволяет создавать более эффективные программы с меньшими затратами ресурсов.
При программировании на языке ассемблера возможен непосредственный доступ к аппаратуре, в том числе портам ввода-вывода, регистрам процессора и др.
Язык ассемблера применяется для создания драйверов оборудования и ядра операционной системы.
Язык ассемблера используется для создания «прошивок» BIOS.
С помощью языка ассемблера создаются компиляторы и интерпретаторы языков высокого уровня, а также реализуется совместимость платформ.
Существует возможность исследования других программ с отсутствующим исходным кодом с помощью дизассемблера.
Недостатки:
В силу машинной ориентации («низкого» уровня) языка ассемблера человеку сложнее читать и понимать программу на нём по сравнению с языками
24
программирования высокого уровня; программа состоит из слишком «мелких» элементов — машинных команд, соответственно, усложняются программирование и отладка, растёт трудоёмкость, велика вероятность внесения ошибок.
Требуется высокая квалификация программиста. Код на ассемблере выполняется быстрее, но написанный неопытным программистом, обычно оказывается хуже сгенерированного компилятором[2]
Как правило, меньшее количество доступных библиотек по сравнению с современными индустриальными языками программирования.
Отсутствует переносимость программ на компьютеры с другой архитектурой и системой команд.
1.10.3. Основы 32-битного программирования в
Windows
Вводная информация по средствам программирования на языке ассемблера предназначена для начинающих программирование на ассемблере, поэтому программистам более опытным ее можно пропустить без особого ущерба для себя. Технологии трансляции и в MS DOS, и в Windows весьма схожи. Однако программирование в MS DOS уходит в прошлое.
25
Двум стадиям трансляции соответствуют две основные программы: ассемблер ML.EXE и редактор связей LINK.EXE. Пусть файл с текстом программы на языке ассемблера называется PROG.ASM, тогда две стадии трансляции будут выглядеть следующим образом:
Стадия 1 - в результате появляется модуль PROG.OBJ.
Стадия 2 - в результате появляется исполняемый модуль PROG.EXE.
Формат конечного модуля зависит от операционной системы. Установив стандарт на структуру объектного модуля, мы получаем возможность:
использовать уже готовые объектные модули,
стыковать между собой программы, написанные на разных языках.
Если стандарт объектного модуля распространить на разные операционные системы, то можно использовать модули, написанные в разных операционных системах.
26
Ниже краткий обзор ряда других программ, которые часто используются при программировании на ассемблере.
Редакторы. Начну с редактора QEDITOR.EXE, который поставляется вместе с пакетом MASM32. Сам редактор и все сопутствующие ему утилиты написаны на ассемблере. Анализ их размера и возможностей действительно впечатляет. Например, сам редактор имеет длину всего 27 Кб, а утилита, используемая для просмотра отчетов о трансляции — всего 6 Кб. Редактор вполне годится для работы с небольшими одномодульными приложениями. Для работы с несколькими модулями он не очень удобен. Работа редактора основана на взаимодействии с различными утилитами посредством пакетных файлов. Например, трансляцию программ осуществляет пакетный файл ASSMBL.BAT, который использует ассемблер ML.EXE, а результат ассемблирования направляется в текстовый файл ASMBL.TXT. Далее для просмотра этого файла используется простая утилита THEGUN.EXE. Аналогично осуществляется редактирование связей. Для дизассемблирования исполняемого модуля используется утилита DUMPPE.EXE, результат работы этой утилиты помещается в текстовый файл
DISASM.TXT.
Вторая программа, с которой я хочу познакомить читателя, это EAS.EXE (Easy Assembler Shell). Редактор, а точнее оболочка, позволяет создавать и транслировать довольно сложные проекты, состоящие из ASM-,OВJ-,RC-,RES-,DEF- файлов. Программа позволяет работать как с TASM, так и MASM, а также с другими утилитами (отладчиками, редакторами ресурсов и т.д.). Непосредственно в программе можно настроить компиляторы и редакторы связей на определенный режим работы путем задания ключей этих утилит.
Отладчики. Отладчики позволяют исполнять программу в пошаговом режиме. Несколько наиболее известных отладчиков CodeView (Микрософт), Turbo
Debugger (Borland), Ice.
Дизассемблеры. Дизассемблеры переводят исполняемый модуль в ассемблерный код. Примером простейшего дизассемблера является программа DUMPPE.EXE, работающая в строковом режиме. Отмечу также дизассемблер W32Dasm и знаменитый дизассемблер IDA Pro.
Нех-редакторы. Нех-редакторы позволяют просматривать и редактировать загружаемые модули в шестнадцатеричном виде. Их великое множество, к тому же отладчики и дизассемблеры, как правило, имеют встроенные НЕХредакторы. Отмечу только, весьма популярную в хакерских кругах программу HIEW.EXE. Эта программа позволяет просматривать загружаемые модули как в
27
шестнадцатеричном виде, так и в виде ассемблерного кода. И не только просматривать, но и редактировать.
Редакторы ресурсов. Ресурсы - это готовые шаюлоны, которые можно включать в коды. Простые ресурсы можно создавать в обычном текстовом редакторе. Язык описания ресурсов будет подробно рассмотрен далее.
Компиляторы ресурсов. Они превращают текст ресурса в модуль. В пакетах MASM32 и TASM32 есть компиляторы ресурсов, которые будут описаны ниже. Это программы RC.EXE и BRC32.EXE соответственно.
Для начала программирования на ассемблере в среде Windows важны два момента:
Вызов системных функций API (Application Program Interface, т.е. интерфейс программного приложения).
Возможные структуры программ для Windows. Можно выделить 3 типа структуры программ - классическая, диалоговая (основное окно — диалоговое), консольная (или безоконная)структура.
Начнем с нескольких общих положений о программировании в Windows. Те, кто уже имеет опыт программирования в среде Windows, могут на этом не останавливаться.
Программирование в Windows основывается на использовании функций API. Их количество достигает двух тысяч. Ваша программа в значительной степени будет состоять из таких вызовов. Все взаимодействие с внешними устройствами и ресурсами операционной системы будет происходить посредством таких функций.
Список функций API и их описание лучше всего брать из файла WIN32.HLP, который поставляется, например, с пакетом Borland C++.
Главным элементом программы в среде Windows является окно. Для каждого окна определяется своя процедура обработки сообщений (см. ниже).
Окно может содержать элементы управления: кнопки, списки, окна редактирования и др. Эти элементы, по сути, также являются окнами, но обладающими особыми свойствами. События, происходящие с этими элементами (и самим окном), приводят к приходу сообщений в процедуру окна.
Операционная система Windows использует линейную модель памяти. Другими словами, всю память можно рассматривать как один сегмент. Для программиста на языке ассемблера это означает, что адрес любой ячейки
28
памяти будет определяться содержимым одного 32-битного регистра, например EBX.
Мы фактически не ограничены в объеме данных, кода или стека (объеме локальных переменных). Выделение в тексте программы сегмента кода и сегмента данных является теперь простой формальностью, улучшающей читаемость программы.
Операционная система Windows является многозадачной средой. Каждая задача имеет свое адресное пространство и свою очередь сообщений. Более того, даже в рамках одной программы может быть осуществлена многозадачность - любая процедура может быть запущена как самостоятельная задача.
Начнем с того, как можно вызвать функции API, например, MessageBox. Это ее синтаксис:
int MessageBox ( HWND hWnd, LPCTSTR lpText, LPCTSTR lpCaption, UINT uType );
Данная функция выводит на экран окно с сообщением и кнопкой (или кнопками) выхода. Для каждого аргумента определены тип (32-битные целые числа) и значение:
hWnd -дескриптор окна, в котором будет появляться окно-сообщение, тип HWND — 32-битное целое.
lpText - текст, который будет появляться в окне, тип LPCTSTR — 32-битный указатель на строку.
lpCaption - текст в заголовке окна, тип LPCTSTR — 32-битный указатель на строку.
uType - тип окна, в частности можно определить количество кнопок выхода. Тип UINT — 32-битное целое.
К имени функций нужно добавлять суффикс "А" при использовании кодировки символов ANSI, кроме того, при использовании MASM необходимо также в конце имени добавить @16. Вызов указанной функции будет выглядеть так:
CALL MessageBoxA@16.
Аргументы будут извлекаться из стека в порядке их упоминанию в функции. Чтобы это было возможно надлежит ввести в стек до вызова функции в обратном порядке.
Пример для MessageBox.
29
; Создать аргументы |
|
|
МВ_ОК |
equ 0 |
; uType создать |
STR1 |
DB "Неверный ввод! ",0 |
; lpText создать |
STR2 |
DB "Сообщение об ошибке.",0 |
; lpCaption создать |
HW |
DWORD ? |
; hwind создать |
; Поместить аргументы в стек |
|
|
PUSH |
МВ_ОК |
; uType в стек |
PUSH |
OFFSET STR2 |
; lpCaption в стек |
PUSH |
OFFSET STR1 |
; lpText в стек |
PUSH |
HW |
; hwind в стек |
CALL |
MessageBoxA@16 |
; вызов функции |
Теперь обратимся к структуре всей программы.В классической структуре программы под Windows имеется главное окно, а следовательно, и процедура главного окна. В целом, в коде программы можно выделить следующие секции:
Регистрация класса окон.
Создание главного окна.
Цикл обработки очереди сообщений.
Процедура главного окна.
Регистрация класса окон. Регистрация класса окон осуществляется с помощью функции RegisterClassA, единственным параметром которой является указатель на структуру WNDCLASS, содержащую информацию об окне (см. пример ниже).
Создание окна. На основе зарегистрированного класса с помощью функции
CreateWindowExA (или CreateWindowA) можно создать экземпляр окна.
Цикл обработки очереди сообщений. В нем используются функции:
GetMessage(), которая "отлавливает" очередное сообщение из ряда сообщений данного приложения и помещает его в структуру MSG.
TranslateMessage, которая используется для сообщений WM_KEYDOWN и WM_KEYUP, которые транслируются в WM_CHAR и WM_DEADCHAR,
а также WM_SYSKEYDOWN и WM_SYSKEYUP, преобразующиеся в WM_SYSCHAR и WM_SYSDEADCHAR.
30
Смысл трансляции заключается не в замене, а в отправке дополнительных сообщений. Так, например, при нажатии и отпускании алфавитно-цифровой клавиши в окно сначала придет сообщение WM_KEYDOWN, затем WM_KEYUP, а затем уже WM_CHAR. Выход из цикла ожиданий имеет место только в том случае, если функция GetMessage возвращает 0. Это происходит только при получении сообщения о выходе (сообщение WM_QUIT). Таким образом, цикл ожидания играет двоякую роль: определенным образом преобразуются сообщения, предназначенные для какого-либо окна, и ожидается сообщение о выходе из программы.
Процедура главного окна. Используется функция WindowFunc. Ее прототип на языке C
WindowFunc(HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
Для каждого аргумента определены тип (32-битные целые числа) и значение:
hWnd - дескриптор окна, в котором будет появляться окно-сообщение, тип HWND — 32-битное целое.
Message – идентификатор сообщения. Тип UINT — 32-битное целое.
WPARAM – уточнение. Тип wParam — 32-битное целое.
LPARAM - уточнение. Тип lParam — 32-битное целое..
Рассмотрим "скелет" этой функции на языке ассемблера.
; Создать аргументы |
|
|
МВ_ОК |
equ 0 |
; uType создать |
STR1 |
DB "Неверный ввод! ",0 |
; lpText создать |
STR2 |
DB "Сообщение об ошибке.",0 |
; lpCaption создать |
HW |
DWORD ? |
; hwind создать |
WNDPROC PROC |
; определение функции WndProc |
|
PUSH EBP |
; получить адрес вершины стека |
|
MOV EBP, ESP |
; теперь EBP указывает на вершину |
|
стека |
|
|
;поместить в стек контекст предыдущей программы
PUSH EBX PUSH ESI PUSH EDI
;поместить в стек аргументы функции окна через регистр EBP
PUSH DWORD PTR [EBP+14H] |
; LPARAM (lParam) в стек |
31