Новая папка_2 / Ассемблер на примерах. Базовый курс

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Мы описали макрос addit, который принимает два обязательных аргумента, а вместо третьего, если он не указан при вызове, будет подставлено значение по умолчанию — 0:

a d d i t еах еЬх

Будет преобразовано в:

add eax,ebx add еах,О

Объявление макроса — %assign

Директива %assign — это еще один способ объявить простой (однострочный) макрос. Объявленный макрос не должен иметь параметров, и его результатом должно быть число. Например, с помощью

%assign i i+1

мы можем увеличить числовое значение другого макроса на 1. Обычно %assign используется в сложных макросах.

Условная компиляция — %if

Как и препроцессор С, препроцессор NASM позволяет условно компилиро­ вать программу. Это означает, что в зависимости от условия будет откомпи­ лирован тот или иной блок кода.

Рассмотрим основные инструкции условной компиляции:

%if<ycnoBHe>

;Код между i f и e l i f будет откомпилирован ;только, если условие истинно.

%elif<ycnoBHe2>

;Код между %elif и %else будет откомпилирован ;если первое условие ложно, а второе — истинно

^else

;Если оба условия ложны, будет откомпилирован код ;между %else и %endif

^endif

Директивы %elif и %else необязательны и могут быть опущены. Также можно ука­ зывать несколько блоков %elif, но блок %else (если он есть) должен быть один.

Условие может содержать константное выражение. Набор операторов в усло­ вии расширен операторами отношения: =, <, >, <=, >=,и о (равно, мень­ ше, больше, меньше или равно, больше или равно, не равно). Приверженцам языка С понравится возможность писать « = =» и «! = » вместо « = » и « о » . Также при написании условия могут быть использованы логические операторы 1 1 , ^ ^ , && (OR, XOR, AND), которые нам известны из языка С.

130

Глава 9. Компилятор NASM

Определен ли макрос? Директивы %ifdef, %infndef

Директива %ifdef используется для проверки существования макроса. На­ пример:

%define TEST_IT

%ifdef TEST_IT cmp eax,3

%endif

Инструкции, заключенные в блок %ifdef (в том числе и СМР еах,3) будут откомпилированы, только если макрос TEST_IT определен с помощью %define.

Кроме %ifdef можно использовать директиву %ifndef. В этом случае соот­ ветствующий блок инструкций будет компилироваться, только если макрос не определен.

Вставка файла — %include

С помощью директивы %include можно вставить в текущую позицию код, находящийся в другом файле. Имя файла нужно указать в двойных кавычках. Обычно %include используется для вставки так называемых заголовочных файлов:

% i n c l u d e « m a c r o . ш а с »

Как правило, заголовочные файлы содержат определения констант или ма­ кросов, а не команды программы. В отличие от С, нам не нужно добавлять в начало заголовочного файла эту традиционную конструкцию:

%i f n d e f MACROS_MAC

%d e f i n e MACROS_MAC

; т е п е р ь следуют сами макрокоманды %endif

Повторное включение файла не является ошибкой. Просто все макросы будут определены заново, что не должно вызвать ошибку при компиляции.

9.5. Директивы Ассемблера

Директивы Ассемблера NASM — это макрокоманды, определенные самим компилятором. Директив у NASM немного, в отличие от MASM и TASM, где их число огромно.

131

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Директива BITS — указание режима процессора

Директива указывает компилятору, в каком режиме процессора будет работать программа. Синтаксис этой директивы позволяет указать один из двух режи­ мов — 16-разрядный (BITS 16) или 32-разрядный (BITS 32). В большинстве случае нам не нужно указывать эту директиву, поскольку за нас все сделает сам NASM.

Во второй главе, в которой рассматривался процессор 80386, мы говорили о двух режимах процессора — реальном и защищенном. Реальный режим ис­ пользуется для обратной совместимости с предыдущими чипами. В реальном режиме используются 16-битные код и адресация. Но 80386 также поддержи­ вает 32-битные инструкции. Значит ли это, что 32-битные команды нельзя использовать в 16-битном режиме?

Да, нельзя. Как показано в главе 3, каждой команде соответствует свой ма­ шинный код. Разработчикам Intel пришлось решать проблему — как добавить новые команды, работающие с 32-битными операндами, когда таблица кодов команд уже почти заполнена? Они нашли довольно изящное решение.

16-битная команда MOV АХ,0х1234 транслируется в машинный код 0хВ8, 0x34, 0x12.

32-битная команда MOV ЕАХ,0х00001234 транслируется в машинный код 0x66, 0хВ8, 0x34, 0x12, 0x00, 0x00.

В16-битном (реальном) режиме машинное представление всех 32-битных ко­ манд начинается с префикса 0x66 (а всех обращений к памяти — с префикса 0x67). После префикса следует код 16-битной версии той же самой команды. Благодаря префиксу операнды тоже могут быть 32-битными.

Взащищенном режиме процессор использует 32-битную адресацию и 32битный код. Поэтому машинная команда 0хВ8, 0x34, 0x12, 0x00, 0x00 (то есть без префикса 0x66) означает MOV ЕАХ,0х00001234.

Директива BITS указывает, как будут компилироваться инструкции — с пре­ фиксом или без.

Директивы SECTION и SEGMENT — задание структуры программы

Каждая программа, вне зависимости от языка программирования, состоит из трех частей: код программы, статические данные (то есть известные во время компиляции) и динамические данные (неинициализированные, то есть те, под которые во время компиляции только отводится память, а значение им не присваивается).

Эти секции могут быть определены с помогцью директив SECTION и SEGMENT.

132

Глава 9. Компилятор NASM

Традиционно секция кода называется .text, секция статических данных —

.data, а секция динамических данных — .bss.

Рассмотрим пример программы, содержащий все три секции (листинг 9.1)

Листинг 9,1 ;T^^^^nporpafj^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

; Каждая ассемЬлерная программа, должна начинаться с описания

;своего назначения и авторства, например,

;Это очень простая программа для сложения двух значений

переменной dynl

SECTION .data

;используем псевдоинструкции DB, DW and DD

;для объявления статических данных

.data statl: dd 1

SECTION .bss

В этой секции описываются динамические данные, они не

инициализируются. Для объявления переменных в секции .bss

используются псевдоинструкции RESB, RESW и RESD,

Динамические данные не занимают места на диске, то есть для. них не отводится место в исполняемом файле, Инструкции RES* указывают только, сколько байтов переменные будут занимать в памяти после запуска программы

dynl: resd 1

;конец программы

Иногда также определяется еще одна секция — для стека (.stack). Но посколь­ ку о стеке заботится операционная система, нам беспокоиться не о чем.

Директивы SECTION и SEGMENT являются синонимами и поэтому взаи­ мозаменяемы.

Примечание переводчика.

В другой литературе вы можете встретить использование термина «сегмент» вместо «секция». Соответственно, три части программы называются сегмент кода,

сегмент данных и сегмент стека.

133

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Директивы EXTERN, GLOBAL и COMMON - обмен данными с другими программными модулями

Мы будем использовать эти три директивы в главе 13 при линковке (ком­ поновке) программ на языке ассемблера с программами, написанными на высокоуровневых языках программирования, поэтому сейчас мы рассмотрим их очень бегло.

Директива EXTERN подобна одноименной директиве (extern) в С. Она позволяет определить идентификаторы, которые не определены в текущей программе, но определены в каком-то внешнем модуле. Она используется для «импорта» идентификаторов в текущую программу.

Директива GLOBAL определяет идентификаторы для «экспорта» — они будут помечены как глобальные и могут использоваться другими модулями (программами).

Директива COMMON используется вместо GLOBAL для экспорта иденти­ фикаторов, объявленных в секции .bss.

Если другой модуль экспортирует с помощью директивы COMMON тот же самый идентификатор, то оба символа будут размещены в памяти по одному и тому же адресу.

Директива CPU — компиляция программы для выполнения на определенном процессоре

Используя директиву CPU, мы можем заставить компилятор генерировать команды только для указанного типа процессора. Мы обсуждаем команды только процессора 80386, поэтому не нуждаемся в директиве CPU. Если эта директива опущена, то в программе можно использовать любые команды х86-совместимых процессоров.

Определение набора команд с помощью директивы CPU полезно для опыт­ ного программиста, который может использовать некоторые новые команды специфического типа процессора.

Директива ORG — указание адреса загрузки

Директива ORG устанавливает начальный адрес для загрузки программы — тот адрес, от которого отсчитываются все остальные адреса в программе. Например, с помощью ORG вы можете создать СОМ-файл (подробнее о форматах выходных файлов — следующий параграф), если укажете ORG 0x100. Операционная система DOS загружает исполняемые файлы типа СОМ в сегмент памяти, начинающийся с адреса 0x100.

134

Глава 9. Компилятор NASM

Следующий материал предназначен для программистов, которые хотят «коп­ нуть» NASM поглубже, начинающие программисты могут с чистой совестью пропустить этот пункт.

В отличие от компиляторов MASM и TASM, NASM запрещает использовать директиву ORG несколько раз в пределах одной секции.

Типичный пример многократного применения директивы ORG: вторая ORG, означающая конец загрузочного сектора. В MASM или TASM мы можем указать:

ORG О

;тут загрузочный сектор

;конец загрузочного сектора

ORG 510

DW 0хАА55

;В NASM вместо второго ORG мы должны использовать ;директиву TIMES:

ORG О

;тут загрузочный сектор

;конец загрузочного сектора

TIMES 510-($-$$) DB О

DW 0хАА55

9.6. Формат выходного файла

Netwide Assembler (NASM) легко портируется на различные операционные системы в пределах х86-совместимых процессоров. Поэтому для NASM не составит труда откомпилировать программу для указанной операционной системы, даже если вы сейчас работаете под управлением другой ОС.

Формат выходного файла определяется с помощью ключа командной строки ~f. Некоторые форматы расширяют синтаксис определенных инструкций, а также добавляют свои инструкции.

Создание выходного файла: компиляция и компоновка

Создание исполняемого файла состоит из двух этапов. Первый — это ком­ пиляция (трансляция) исходного кода программы в некоторый объектный формат.

Объектный формат содержит машинный код программы, но символы (пере­ менные и другие идентификаторы) в объектном файле пока не привязаны к адресам памяти.

135

Ассемблер на примерах. Базовый курс

На втором этапе, который называется компоновкой или линковкой (linking), из одного или нескольких объектных файлов создается исполняемый файл. Процедура компоновки состоит в том, что компоновщик связывает символы, определенные в основной программе, с символами, которые определены в ее модулях (учитываются директивы EXTERN и GLOBAL), после чего каждому символу назначается окончательный адрес памяти или обеспечивается его динамическое вычисление.

Формат bin — готовый исполняемый файл

Формат bin не является объектным форматом. Он содержит результат пере­ вода команд ассемблера в машинные коды.

Этот формат можно даже использовать для создания текстовых файлов. На­ пример, у нас есть файл he 11 о. asm:

;если не указано иначе, адресация двоичного файла

Скомпилируем этот файл, вызвав компилятор с ключом -f: nasm -f b i n h e l l o . a s m

В результате получим файл hello, содержащий текст «Hello world». Если бы в исходном файле были еще какие-то команды, то в выходной файл hello попали бы их машинные коды, при выводе на экран они были бы интерпретированы как символы из ASCII-таблицы, и мы увидели бы на экране всякий мусор.

Формат bin позволяет объявлять секции (кода, данных, неинициализированных данных). После имени секции может стоять директива ALIGN, требующая рас­ полагать эту секцию по адресам, кратным указанному числу. Например, следу­ ющая директива задает выравнивание секции кода по адресам, кратным 16:

section .text align-16

Формат bin также можно использовать для создания файлов, исполняемых под DOS (.СОМ и .SYS) или для загрузчиков. Значение по умолчанию ди­ рективы BITS равно 16.

В коде, предназначенном для вывода в формате bin, может присутствовать директива ORG.

Формат OMF — объектный файл для 16-битного режима

OMF (Object Module Format) — это старый формат, разработанный корпо­ рацией Intel, в котором до сих пор создает объектный код Turbo Assembler. Компиляторы MASM и NASM тоже поддерживают этот формат.

136

Глава 9. Компилятор NASM

Файл в формате OMF имеет расширение .obj, и сам формат часто называется также OBJ. Файлы с расширением .obj могут быть скомпонованы в исполня­ емый файл.

Несмотря на то, что формат obj был изначально разработан для 16-битного режима, компилятор NASM также поддерживает его 32-битное расширение. Поэтому NASM можно использовать вместе с 32-битными компиляторами от Borland, которые тоже поддерживают этот расширенный 32-битный формат, а не другой объектный формат, поддерживаемый Microsoft.

Формат OBJ расширяет синтаксис некоторых директив, в частности, SEGMENT (SECTION). Подробное описание этого формата выходит за рамки данной книги, но вы можете прочитать о нем в руководстве по компилятору NASM.

Кроме того, формат OBJ добавляет новую директиву IMPORT, которую мы опишем в главе 11, посвященной программированию в Windows. Директива IMPORT позволяет импортировать указанный файл из DLL, ей нужно пере­ дать два параметра — имя идентификатора и DLL.

У каждого OBJ-файла должна быть своя точка входа (как минимум одна). Точка входа определяет позицию, на которую будет передано управление после загрузки программы в память. Точка входа (entry point) обозначена специальным идентификатором (или меткой) ..start:.

Чтобы получить файл в формате OBJ, нужно вызвать компилятор с ключом командной строки -f obj.

Формат Win32 — объектный файл для 32-битного режима

Для компоновки программы с помощью Microsoft Visual Сн-+ используется 32-битный формат Win32. Этот формат должен быть совместим с форматом COFF (Common Object File Format), но на самом деле такой совместимости нет. Если вы будете компоновать программу компоновщиком, основанным на формате COFF, компилируйте ассемблерный код в объектный файл формата coff, описанного в следующем пункте.

Чтобы получить файл в формате Win32, нужно вызвать компилятор с ключом командной строки -f Win32.

Форматы aout и aoutb — старейший формат для UNIX

Формат исполняемого файла a.out (Assembler and link editor OUTput files) преимущественно используется в Linux. Расширенная версия этого формата a.outb используется группой BSD-совместимых операционных систем (NetBSD, FreeBSD и OpenBSD). NASM может генерировать файлы обоих форматов, если указать ключ -f aout для Linux или -f aoutb для BSD.

137

Ассемблер на примерах. Базовый курс

Формат coff — наследник а.out

Формат COFF (Common Object File Format) представляет собой существенно усовершенствованную и доработанную версию формата a.out. Он распростра­ нен как в мире UNIX, так и в Windows NT, и поддерживается некоторыми свободными (не коммерческими) средами разработки, например, DJGPP. Используется для разработки приложений на С и С-Н + . Если компилятор вы­ звать с параметром -f coff, мы получим на выходе объектный файл в формате COFF. Расширение файла по умолчанию для этого формата — .о

Формат elf -- основной формат в мире UNIX

Формат ELF (Executable and Linkable Format) — это формат как объектно­ го, так и исполняемого файла. Он применяется во многих UNIX-подобных системах. Мы можем использовать его, чтобы откомпилировать программу для операционных систем Linux, Solaris х86, UnixWare, SCO-UNIX и UNIX System V, причем не только с языка ассемблера.

Расширение объектного файла по умолчанию .о. Для получения файла в этом формате компилятор нужно запускать с ключом -f elf.

Символическая информация

Некоторые выходные форматы позволяют хранить вместе с машинными кода­ ми символы исходного текста программы. Такая возможность очень полезна при отладке, она позволяет отладчику отображать адреса памяти в виде имен переменных, меток и т.п. Символьная информация значительно увеличивает размер выходного файла, поэтому после отладки программу заново компи­ лируют уже без нее.

Для добавления символической информации нужно запустить NASM с ключом -g. Этот ключ допустим только для форматов OBJ и ELF.

138