匯編語言與C的混合編程.ppt

本章要點,混合編程是指使用兩種或兩種以上的程序設計語言，通過相互調用、參數(shù)傳遞、共享數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)信息而形成程序的過程。采用高級語言與匯編語言混合編程，從而充分利用各種程序設計語言各自的優(yōu)勢，即程序的大部分采用高級語言編寫，以提高程序的開發(fā)效率；在某些部分利用匯編語言編寫，以提高程序的運行效率。 Turbo C嵌入?yún)R編方式 Turbo C模塊連接方式 匯編語言在Visual C+中的應用,8.1 Turbo C嵌入?yún)R編方式,C語言與匯編語言的混合編程的第一種方法是在C語言中嵌入?yún)R編語言，又稱嵌入式編程。其優(yōu)點是內嵌的匯編代碼顯得更加簡潔直觀，程序員不用考慮外部鏈接、命名以及參數(shù)傳遞協(xié)議等問題，主要缺點是代碼缺乏可移植性，功能較弱。此種方法一般只用于需要插入?yún)R編語句較少的情況。,8.1.1 嵌入?yún)R編語句格式 在Turbo C中，C程序中嵌入?yún)R編語言語句必須以關鍵字ASM開頭，其格式如下： ASM /*注釋*/ 在使用此種格式時，應注意以下幾點： （1）ASM作為關鍵字不能省略，帶有ASM標識的匯編語言代碼可以看成是C語言的部分程序代碼。當C語言編譯器遇到ASM語句時會識別并自動調用匯編語言編譯程序，將它翻譯為機器碼再嵌入到C語言程序之中。 （2）操作碼可以是處理器指令（如PUSH、MOV等），也可以是偽指令（如DB、DW、EXTERN等）。,（3）操作數(shù)是操作碼可以接受的數(shù)據(jù)，可以是指令允許的立即數(shù)、寄存器名，也可以是C程序中的常量、變量和標號。 （4）C程序中嵌入的匯編代碼后可以有分號也可以無分號。如果匯編代碼后無分號則必須以換行符結束（嵌入的匯編語句是C語言中唯一可以以換行結束的語句）；如果匯編代碼后有分號，則一行中可以有多條嵌入的匯編語句，但一條匯編語句不能跨越兩行。,（5）嵌入的匯編語句的注釋方式必須采用C語言的注釋方式，即必須用“/*”標識注釋的開始，用“*/”來標識注釋的結束，絕不能像純匯編那樣使用“；”來作為一條注釋的開始。 （6）如果要在C語言程序中嵌入連續(xù)多條匯編語句，可以在每行前面都加上“ASM”關鍵字，更簡單的辦法是輸入一個ASM關鍵字后，使用括號“和“將這些匯編語句括起來。,8.1.2 匯編語句訪問C語言的數(shù)據(jù) 內嵌的匯編語句除可以使用指令允許的立即數(shù)、寄存器名外，還可以使用C語言程序中的任何符號（標識符），包括變量、常量、標號、函數(shù)名、寄存器變量、函數(shù)參數(shù)等；C編譯程序自動將它們轉換成相應匯編語言指令的操作數(shù)，并在標識符名前加下劃線。一般來說，只要匯編語句能夠使用存儲器操作數(shù)（地址操作數(shù)），就可以采用一個C語言程序中的符號；同樣，只要匯編語句可以用寄存器作為合法的操作數(shù)，就可以使用一個寄存器變量。 對于具有內嵌匯編語句的C程序，C編譯器要調用匯編程序進行匯編。匯編程序在分析一條嵌入式匯編指令的操作數(shù)時，若遇到了一個標識符，它將在C程序的符號表中搜索該標識符，但8086寄存器名不在搜索范圍之內，而且大小寫形式的寄存器名都可以使用。,在C語言程序中使用嵌入式匯編語句時，還應注意以下幾個問題： （1）Turbo C語言中可以直接使用通用寄存器和段寄存器，只要在寄存器名前加一個下劃線就可以了。另外，C語言中使用SI和DI指針寄存器作為寄存器變量，利用AX和DX傳遞返回參數(shù)。 如果C語言函數(shù)中沒有寄存器說明，嵌入式匯編語句可以自由地把SI、DI用做暫存寄存器；如果C函數(shù)有寄存器說明，嵌入式匯編語句仍可以使用SI、DI，但最好采用C語言寄存器變量名形式。嵌入式匯編語句可以任意使用AX/BX/CX/DX寄存器，以及它們的8位形式。,（2）內嵌匯編指令可以使用轉移指令和LOOP循環(huán)指令，但是它們只能在函數(shù)體內有效，不允許進行段間轉移。由于ASM語句中不能給出標號，因而轉移指令只能使用C語言程序中標號（在C語言程序中通常是定義給GOTO語句使用的）。 （3）行內匯編語句的操作數(shù)也可以是C語言結構中的某個成員（字段），引用方法仍然采用下面的形式： 結構變量名.結構成員名 另一種引用方法是把結構變量的首地址送往某一地址寄存器，然后用該寄存器名（加方括號）再加成員名，中間用圓點隔開。,8.1.3 嵌入?yún)R編的編譯過程 C語言程序中含有嵌入式匯編語言語句時，C編譯器首先將C代碼的源程序（.c）編譯成匯編語言源文件（.asm），然后調用匯編程序Turbo Assembler將產(chǎn)生的匯編語言源文件編譯成目標文件（.obj），最后調用Tlink程序將目標文件鏈接成可執(zhí)行文件（.exe）。 Turbo C 2.0在編譯含內嵌匯編語句的程序時，只能采用命令行TCC方式，并且如果C源程序沒有使用#pragma inline預處理，必須使用-B命令行選項編譯連接。,Turbo C 2.0在處理匯編語句時要調用TASM.EXE。如果沒有TASM匯編器,可以用Microsoft公司的MASM.EXE來替代。具體的方法有3種： （1）用pctools或debug在tcc.exe中查找到TASM，并替換成MASM。 （2）把MASM.EXE拷貝或改名為TASM.EXE，放到Turbo C子目錄中。 （3）在命令行輸入以下內容：tcc b e /path/masm/exec語言源文件名，其中，-b是使用匯編開關，-e是使用另一個匯編器開關，path是MASM或其他的匯編器所在的目錄路徑。,模塊連接方式是匯編語言和C語言連接時最常用的方法。模塊連接是指分別編制匯編語言程序和C語言程序，C語言程序和匯編語言程序分別編譯后產(chǎn)生各自的目標程序.obj文件，然后通過連接程序LINK將幾個.obj目標文件合并，建立一個單獨的.exe可執(zhí)行文件。 在這一過程中，匯編語言程序被看做是C語言可以調用的函數(shù)，匯編語言的程序名就是函數(shù)名。C語言像調用其他C函數(shù)一樣，通過匯編語言程序名調用匯編程序。簡單來說，就是將匯編語言程序作為C語言的外部子過程調用。,8.2 Turbo C模塊連接方式,8.2.1 混合編程的約定規(guī)則 1）命名約定 C編譯器對C源程序編譯時要將其中的變量名、過程名、函數(shù)名等標識符前加下劃線，而匯編程序在匯編時直接使用，所以被C語言調用的匯編程序的所有標識符前都要加下劃線，以保持兩者標識符一致。需要指出的是，如果是匯編語言設置采用C語言類型，則不必在標識符前加下劃線。 此外，C語言對標識符長度的要求是不超過8個字符，并且區(qū)分大小寫；而匯編語言則要求標識符長度不超過31個字符，且不區(qū)分大小寫。因此，在相互調用時，匯編源程序中的標識符最好不超過8個字符（由于Turbo C在PC上支持標識符長度達到32個字符，所以無此限制），并遵循C語言習慣采用小寫。,2）聲明約定 在C語言程序中，C對所要調用的外部過程、函數(shù)、變量均用EXTERN予以說明，并且放在主調用程序之前，一般放在各函數(shù)體外部，說明形式如下： extern 返回值類型 函數(shù)名稱(參數(shù)類型表); extern 變量類型 變量名; 其中，返回值類型和變量類型是C語言中函數(shù)、變量中所允許的任意類型，當返回值類型空缺時，默認為int型。經(jīng)過說明后，這些外部變量、過程、函數(shù)就可在C程序中直接使用。函數(shù)的參數(shù)在傳遞過程中要求參數(shù)個數(shù)、類型、順序要一一對應。 為了使匯編語言程序的標識符（子程序名和變量名）能在其他模塊可見，讓C語言程序能夠調用它，必須用public操作符定義它們。,3）寄存器使用約定 作為一個獨立的匯編語言子程序，當然要注意寄存器的保護和恢復。 對于寄存器BP、SP、DS、CS和SS，匯編語言子程序如果要使用它們，并且有可能改變它們的值，Turbo C要求進行保護。經(jīng)保護后，這些寄存器可以使用，但退出前必須加以恢復。 寄存器AX、BX、CX、DX和ES，在匯編語言子程序中通常可以任意使用，其中的AX和DX寄存器承擔了傳遞返回值的任務。標志寄存器也可以任意改變。,指針寄存器SI和DI比較特殊，因為Turbo C將它們用做了寄存器變量。如果C程序啟用了寄存器變量，則匯編語言子程序使用寄存器SI和DI前必須保護，退出前恢復。如果C程序沒有啟用寄存器變量，則匯編語言子程序不必保護寄存器SI和DI。Turbo C編譯程序提供了一個編譯選擇項（-r），它可以禁止C編譯程序使用寄存器變量。一般來說，建議總是對SI和DI寄存器進行保護。,4）存儲模式約定 存儲模式處理程序、數(shù)據(jù)、堆棧在主存中的分配和存取，決定代碼和數(shù)據(jù)的默認指針類型 。存儲模式在C語言中又稱編譯模式或主存模式。Turbo C提供了6種存儲模式，分別是：微型模式（Tiny）、小型模式（Small）、緊湊模式（Compact）、中型模式（Medium）、大型模式（Large）和巨型模式（Huge）。 為了使匯編語言程序與Turbo C語言程序連接到一起，對于匯編語言簡化段定義格式來說，兩者必須具有相同的存儲模式。匯編語言程序采用.model偽指令，Turbo C利用TCC選項-m指定各自的存儲模式。相同的存儲模式將自動產(chǎn)生相互兼容的調用和返回類型；同時，匯編程序的段定義偽指令.code、.data等也將產(chǎn)生與Turbo C相兼容的段名稱和屬性。 連接前，C語言與匯編語言程序都有各自的代碼段、數(shù)據(jù)段；而連接后，它們的代碼段、數(shù)據(jù)段就合二為一或者彼此相關。需要特別說明的是，被連接的多個目標模塊中，應當有一個并且只有一個具有起始模塊。也就是說，某個C語言程序中應有main()函數(shù)，匯編語言程序不用定義起始執(zhí)行點。而且由于共用一個堆棧段，混合編程時通常匯編語言程序無須設置堆棧段。,8.2.2 匯編模塊的編譯和連接 （1）利用匯編程序編譯匯編語言程序成為.obj目標代碼文件。 （2）利用C編譯程序編譯C語言程序成為.obj目標代碼文件。 （3）利用連接程序將各個目標代碼文件連接在一起，得到可執(zhí)行程序文件。,8.2.3 混合編程的參數(shù)傳遞 1）利用堆棧傳遞參數(shù) C語言程序可以通過堆棧將參數(shù)傳遞給被調用函數(shù)。 C程序調用函數(shù)之前，先從該函數(shù)中的最右邊的參數(shù)開始依次將參數(shù)壓入堆棧，最后壓入最左邊的參數(shù)，參數(shù)壓入堆棧的順序與實參表中參數(shù)的排列順序相反。當被調用函數(shù)運行結束后，壓入堆棧中的參數(shù)已無價值，C程序會立即調整堆棧指針SP，使之恢復壓入?yún)?shù)以前的值，釋放堆棧中為參數(shù)保留的空間。也就是說，堆棧的平衡是主函數(shù)程序實現(xiàn)的，子程序不必在返回時調整堆棧指針SP。這就是參數(shù)傳遞的C語言規(guī)則。,2）返回值的傳遞 被調用函數(shù)的返回值，按下列規(guī)則傳遞給調用者：如果返回值小于或等于16位，則將其存放在AX寄存器中；如果返回值是32位，則存放在DX.AX寄存器對中，其中，DX存儲高16位，AX存儲低16位；如果返回值大于32位，則存放在靜態(tài)變量存儲區(qū)，AX寄存器存放指向這個存儲區(qū)的偏移地址；對于32位far指針，則還利用DX存放段地址。 由此可見，匯編語言子程序向C程序返回處理結果時，是通過AX和DX完成的。但對于不同長度的返回數(shù)據(jù)，使用寄存器的情況也不同。,3）地址參數(shù)的傳遞 C語言程序的參數(shù)傳遞，可采用傳數(shù)值和傳地址兩種方式。如果參數(shù)是傳值的，可直接寫出實際參數(shù)；如果參數(shù)是傳址的，則在說明中將參數(shù)類型說明為指針類型，調用時，用“&”取得變量的地址作為實參傳遞。 在匯編語言子程序中，利用基址指針BP，先取得地址，再間接取內容，修改后送回原處，同時以RET返回。 以傳址方式傳送參數(shù)時，實際被壓入堆棧的是參數(shù)所在的邏輯地址。這個地址也要分為近指針（僅含偏移地址）和遠指針（含段地址和偏移地址）。C語言程序以tiny、small、compact模式編譯時，它以near近指針傳遞地址，在堆棧占2字節(jié)；如果C語言程序以medium、large、huge模式編譯，則地址是32位的遠指針，在堆棧中要占4 字節(jié)。,4）通過外部變量傳遞參數(shù) 混合編程中，參數(shù)的傳遞也可以通過共用外部變量實現(xiàn)。 C語言程序中也可使用匯編語言程序中的變量。此時，要求在匯編語言程序中將該變量用public進行說明，C程序中也必須用extern說明，并且數(shù)據(jù)類型對應一致。,8.2.4 匯編語言程序對C語言程序的調用 （1）為了使C函數(shù)對匯編語言程序可見，匯編語言程序需要對所調用的C語言函數(shù)、變量用關鍵字EXTERN進行說明 （2）參數(shù)的正確傳遞是混合編程的關鍵。 （3）若匯編語言程序以無參數(shù)的形式調用一個C語言函數(shù)，那么，在C語言程序中對此函數(shù)進行定義時，函數(shù)后面應該跟一個空括號。若匯編語言子程序以傳值方式向C語言函數(shù)傳送數(shù)據(jù)，則C語言函數(shù)可用基本類型對參數(shù)進行說明；若匯編語言子程序以傳址方式向C語言函數(shù)傳送數(shù)據(jù)，則C語言函數(shù)應該使用指針類型對參數(shù)進行說明。,（4）若C語言函數(shù)向匯編語言程序送返回值，則C語言函數(shù)體必須用return語句返回。如果返回值是一個字，則送給AX；如果為32位，則低16位在AX中，高16位在DX中；更多的數(shù)據(jù)則利用DX:AX返回指針。若沒有返回值，可以不使用return語句。 （5）一般C語言程序具有起始模塊，即有主函數(shù)。這是由于高級語言程序假定某些初始化代碼已經(jīng)預先執(zhí)行過了，故能確信在高級語言模塊啟動時，適當?shù)某跏蓟僮饕呀?jīng)完成。這樣，程序從C語言程序開始執(zhí)行；然后調用匯編語言子程序，進而又調用C語言函數(shù)。,8.3.1 嵌入?yún)R編語句指令 在Visual C+中嵌入?yún)R編語句需要用到_asm關鍵字，這個關鍵字有兩種使用方法： （1）匯編指令塊方法：在_asm關鍵字后用一對花括號將匯編指令括起來。 （2）單條匯編指令方法：在每條匯編指令之前加_asm關鍵字。,8.3 匯編語言在Visual C+中的應用,在_asm塊中使用匯編語言應注意以下幾點： （1）嵌入?yún)R編完全支持的Intel 486指令集，允許使用MMX指令。對于還不能支持的指令，Visual C+中可以使用_EMIT偽指令來擴展。_EMIT偽指令相當于MASM中的DB，一次定義一個字節(jié)內容，且只能用于程序代碼段。 （2）嵌入?yún)R編可以使用所有的MASM表達式。 （3）_asm塊中允許使用C/C+的數(shù)據(jù)類型和對象，但不能使用MASM指示符和操作符來定義數(shù)據(jù)對象。這里需要特別指出的是，_asm塊中不允許使用MASM中的定義指示符（DB、DW、DD、DQ、DT和DF），也不允許使用DUP和THIS操作符。MASM中的結構和記錄也不再有效，嵌入?yún)R編不接受STRUCT、RECORD、WIDTH或者MASK。,（4）盡管嵌入?yún)R編不支持大多數(shù)MASM指示符，但它支持EVEN和ALIGN，當需要時，這些指示符在匯編代碼中加入NOP（空操作）指令使標號對齊到特定邊界。這樣可以使某些處理器取指令時具有更高的效率。 （5）嵌入?yún)R編不是宏匯編，不能使用MASM宏指示符（MACRO、REPT、IRC、IRP和ENDM）和宏操作符（、!、”。 （9）一般來說，不能假定某個寄存器在_asm塊開始的時候有已知的值。,在_asm塊中使用C+語言應注意以下幾點： （1）在嵌入?yún)R編中可以使用C/C+變量以及很多其他的C/C+元素，包括符號（包括標號、變量和函數(shù)名）、常量（包括符號常量和枚舉型成員）、宏定義和預處理指示符、注釋（包括“/*/”和“/”）、類型名（包括所有MASM中合法的類型）及typedef名稱（通常使用PTR和TYPE操作符，或者使用指定的的結構或枚舉成員）。 （2）在嵌入?yún)R編中，可以使用C/C+或匯編語言的基數(shù)計數(shù)法，如0x100和100H是相等的。 （3）嵌入?yún)R編中不能使用如“”一類的C/C+專用操作符。但C/C+和MASM共有的操作符（如“*”和“”操作符），被認為是匯編語言的操作符，是可以使用的。,（4）在_asm塊中可以引用所有在作用范圍內的C/C+符號，包括變量名稱、函數(shù)名稱和標號，但是不能訪問C+類的成員函數(shù)。此外，在嵌入?yún)R編中使用C/C+符號還有一些其他限制：每條匯編語句只能包含一個C/C+符號（多個符號只能出現(xiàn)在LENGTH、TYPE或SIZE表達式中）；在_asm塊中引用函數(shù)必須先聲明（否則，編譯器將不能區(qū)別_asm塊中的函數(shù)名和標號）；在_asm塊中不能使用對于MASM來說是保留字（不區(qū)分大小寫）的C/C+符號；在_asm塊中不能識別結構（Structure）和聯(lián)合（union）標簽。 （5）嵌入?yún)R編的一個方便之處是它可以使用名稱來引用C/C+變量。,（6）使用C/C+宏可以方便地把匯編代碼插入到源代碼中。但是這其中需要額外地注意，因為宏將會擴展到一個邏輯行中。為了不出現(xiàn)問題，可以按以下規(guī)則編寫宏： 使用括號把_asm塊包圍住。 把_asm關鍵字放在每條匯編指令之前。 使用經(jīng)典C風格的注釋（“/*內容*/”），不要使用匯編風格的注釋（“;內容”）或單行的C/C+注釋（“/內容”）。 （7）可以在C/C+程序中使用goto語句跳轉到_asm塊中的標號處，也可以在_asm塊中轉跳到_asm塊里面或外面的標號處。_asm塊內的標號是不區(qū)分大小寫的（指令、指示符等也是不區(qū)分大小寫的）。,（8）嵌入?yún)R編不僅可以編寫CC+函數(shù)，還可以調用C函數(shù)（包括C庫函數(shù)）和非重載的全局C+函數(shù)，也可以調用任何用extern “C“說明的函數(shù)，但不能調用C+的成員函數(shù)。因為所有的標準頭文件都采用extern “C“說明庫函數(shù)，所以C+程序中的嵌入式匯編可以調用C庫函數(shù)。 （9）匯編語句通過參數(shù)名就可以引用參數(shù)，采用return語句返回出口參數(shù)。返回值的約定是：對于小于等于32位的數(shù)據(jù)擴展為32位，存放在EAX寄存器中返回；48字節(jié)的返回值存放在EDX.EAX寄存器對中返回；更大字節(jié)數(shù)據(jù)則將它們的地址指針存放在EAX中返回。,8.3.2 調用匯編語言模塊 1）采用一致的調用協(xié)議 Visual C+語言具有3種調用協(xié)議（calling convention）：_cdecl、_stdcall和_fastcall。 Visual C+默認的是_cdecl方式，按從右至左的順序壓參數(shù)入棧，由調用者把參數(shù)彈出棧，而傳送參數(shù)的內存棧是由調用者來維護的，返回值在EAX中。 Windows API則采用_stdcall方式，按從右至左的順序壓參數(shù)入棧，由被調用者把參數(shù)彈出棧，而傳送參數(shù)的內存棧是由被調用者來維護的，返回值在EAX中。_stdcall調用約定在輸出函數(shù)名前加上一個下劃線前綴，后面加上一個“”符號和其參數(shù)的字節(jié)數(shù),_fastcall調用的主要特點是