汇编语言与C的混合编程.ppt

本章要点,混合编程是指使用两种或两种以上的程序设计语言，通过相互调用、参数传递、共享数据结构和数据信息而形成程序的过程。采用高级语言与汇编语言混合编程，从而充分利用各种程序设计语言各自的优势，即程序的大部分采用高级语言编写，以提高程序的开发效率；在某些部分利用汇编语言编写，以提高程序的运行效率。 Turbo C嵌入汇编方式 Turbo C模块连接方式 汇编语言在Visual C+中的应用,8.1 Turbo C嵌入汇编方式,C语言与汇编语言的混合编程的第一种方法是在C语言中嵌入汇编语言，又称嵌入式编程。其优点是内嵌的汇编代码显得更加简洁直观，程序员不用考虑外部链接、命名以及参数传递协议等问题，主要缺点是代码缺乏可移植性，功能较弱。此种方法一般只用于需要插入汇编语句较少的情况。,8.1.1 嵌入汇编语句格式 在Turbo C中，C程序中嵌入汇编语言语句必须以关键字ASM开头，其格式如下： ASM /*注释*/ 在使用此种格式时，应注意以下几点： （1）ASM作为关键字不能省略，带有ASM标识的汇编语言代码可以看成是C语言的部分程序代码。当C语言编译器遇到ASM语句时会识别并自动调用汇编语言编译程序，将它翻译为机器码再嵌入到C语言程序之中。 （2）操作码可以是处理器指令（如PUSH、MOV等），也可以是伪指令（如DB、DW、EXTERN等）。,（3）操作数是操作码可以接受的数据，可以是指令允许的立即数、寄存器名，也可以是C程序中的常量、变量和标号。 （4）C程序中嵌入的汇编代码后可以有分号也可以无分号。如果汇编代码后无分号则必须以换行符结束（嵌入的汇编语句是C语言中唯一可以以换行结束的语句）；如果汇编代码后有分号，则一行中可以有多条嵌入的汇编语句，但一条汇编语句不能跨越两行。,（5）嵌入的汇编语句的注释方式必须采用C语言的注释方式，即必须用“/*”标识注释的开始，用“*/”来标识注释的结束，绝不能像纯汇编那样使用“；”来作为一条注释的开始。 （6）如果要在C语言程序中嵌入连续多条汇编语句，可以在每行前面都加上“ASM”关键字，更简单的办法是输入一个ASM关键字后，使用括号“和“将这些汇编语句括起来。,8.1.2 汇编语句访问C语言的数据 内嵌的汇编语句除可以使用指令允许的立即数、寄存器名外，还可以使用C语言程序中的任何符号（标识符），包括变量、常量、标号、函数名、寄存器变量、函数参数等；C编译程序自动将它们转换成相应汇编语言指令的操作数，并在标识符名前加下划线。一般来说，只要汇编语句能够使用存储器操作数（地址操作数），就可以采用一个C语言程序中的符号；同样，只要汇编语句可以用寄存器作为合法的操作数，就可以使用一个寄存器变量。 对于具有内嵌汇编语句的C程序，C编译器要调用汇编程序进行汇编。汇编程序在分析一条嵌入式汇编指令的操作数时，若遇到了一个标识符，它将在C程序的符号表中搜索该标识符，但8086寄存器名不在搜索范围之内，而且大小写形式的寄存器名都可以使用。,在C语言程序中使用嵌入式汇编语句时，还应注意以下几个问题： （1）Turbo C语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个下划线就可以了。另外，C语言中使用SI和DI指针寄存器作为寄存器变量，利用AX和DX传递返回参数。 如果C语言函数中没有寄存器说明，嵌入式汇编语句可以自由地把SI、DI用做暂存寄存器；如果C函数有寄存器说明，嵌入式汇编语句仍可以使用SI、DI，但最好采用C语言寄存器变量名形式。嵌入式汇编语句可以任意使用AX/BX/CX/DX寄存器，以及它们的8位形式。,（2）内嵌汇编指令可以使用转移指令和LOOP循环指令，但是它们只能在函数体内有效，不允许进行段间转移。由于ASM语句中不能给出标号，因而转移指令只能使用C语言程序中标号（在C语言程序中通常是定义给GOTO语句使用的）。 （3）行内汇编语句的操作数也可以是C语言结构中的某个成员（字段），引用方法仍然采用下面的形式： 结构变量名.结构成员名 另一种引用方法是把结构变量的首地址送往某一地址寄存器，然后用该寄存器名（加方括号）再加成员名，中间用圆点隔开。,8.1.3 嵌入汇编的编译过程 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（.asm），然后调用汇编程序Turbo Assembler将产生的汇编语言源文件编译成目标文件（.obj），最后调用Tlink程序将目标文件链接成可执行文件（.exe）。 Turbo C 2.0在编译含内嵌汇编语句的程序时，只能采用命令行TCC方式，并且如果C源程序没有使用#pragma inline预处理，必须使用-B命令行选项编译连接。,Turbo C 2.0在处理汇编语句时要调用TASM.EXE。如果没有TASM汇编器,可以用Microsoft公司的MASM.EXE来替代。具体的方法有3种： （1）用pctools或debug在tcc.exe中查找到TASM，并替换成MASM。 （2）把MASM.EXE拷贝或改名为TASM.EXE，放到Turbo C子目录中。 （3）在命令行输入以下内容：tcc b e /path/masm/exec语言源文件名，其中，-b是使用汇编开关，-e是使用另一个汇编器开关，path是MASM或其他的汇编器所在的目录路径。,模块连接方式是汇编语言和C语言连接时最常用的方法。模块连接是指分别编制汇编语言程序和C语言程序，C语言程序和汇编语言程序分别编译后产生各自的目标程序.obj文件，然后通过连接程序LINK将几个.obj目标文件合并，建立一个单独的.exe可执行文件。 在这一过程中，汇编语言程序被看做是C语言可以调用的函数，汇编语言的程序名就是函数名。C语言像调用其他C函数一样，通过汇编语言程序名调用汇编程序。简单来说，就是将汇编语言程序作为C语言的外部子过程调用。,8.2 Turbo C模块连接方式,8.2.1 混合编程的约定规则 1）命名约定 C编译器对C源程序编译时要将其中的变量名、过程名、函数名等标识符前加下划线，而汇编程序在汇编时直接使用，所以被C语言调用的汇编程序的所有标识符前都要加下划线，以保持两者标识符一致。需要指出的是，如果是汇编语言设置采用C语言类型，则不必在标识符前加下划线。 此外，C语言对标识符长度的要求是不超过8个字符，并且区分大小写；而汇编语言则要求标识符长度不超过31个字符，且不区分大小写。因此，在相互调用时，汇编源程序中的标识符最好不超过8个字符（由于Turbo C在PC上支持标识符长度达到32个字符，所以无此限制），并遵循C语言习惯采用小写。,2）声明约定 在C语言程序中，C对所要调用的外部过程、函数、变量均用EXTERN予以说明，并且放在主调用程序之前，一般放在各函数体外部，说明形式如下： extern 返回值类型 函数名称(参数类型表); extern 变量类型 变量名; 其中，返回值类型和变量类型是C语言中函数、变量中所允许的任意类型，当返回值类型空缺时，默认为int型。经过说明后，这些外部变量、过程、函数就可在C程序中直接使用。函数的参数在传递过程中要求参数个数、类型、顺序要一一对应。 为了使汇编语言程序的标识符（子程序名和变量名）能在其他模块可见，让C语言程序能够调用它，必须用public操作符定义它们。,3）寄存器使用约定 作为一个独立的汇编语言子程序，当然要注意寄存器的保护和恢复。 对于寄存器BP、SP、DS、CS和SS，汇编语言子程序如果要使用它们，并且有可能改变它们的值，Turbo C要求进行保护。经保护后，这些寄存器可以使用，但退出前必须加以恢复。 寄存器AX、BX、CX、DX和ES，在汇编语言子程序中通常可以任意使用，其中的AX和DX寄存器承担了传递返回值的任务。标志寄存器也可以任意改变。,指针寄存器SI和DI比较特殊，因为Turbo C将它们用做了寄存器变量。如果C程序启用了寄存器变量，则汇编语言子程序使用寄存器SI和DI前必须保护，退出前恢复。如果C程序没有启用寄存器变量，则汇编语言子程序不必保护寄存器SI和DI。Turbo C编译程序提供了一个编译选择项（-r），它可以禁止C编译程序使用寄存器变量。一般来说，建议总是对SI和DI寄存器进行保护。,4）存储模式约定 存储模式处理程序、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 。存储模式在C语言中又称编译模式或主存模式。Turbo C提供了6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）。 为了使汇编语言程序与Turbo C语言程序连接到一起，对于汇编语言简化段定义格式来说，两者必须具有相同的存储模式。汇编语言程序采用.model伪指令，Turbo C利用TCC选项-m指定各自的存储模式。相同的存储模式将自动产生相互兼容的调用和返回类型；同时，汇编程序的段定义伪指令.code、.data等也将产生与Turbo C相兼容的段名称和属性。 连接前，C语言与汇编语言程序都有各自的代码段、数据段；而连接后，它们的代码段、数据段就合二为一或者彼此相关。需要特别说明的是，被连接的多个目标模块中，应当有一个并且只有一个具有起始模块。也就是说，某个C语言程序中应有main()函数，汇编语言程序不用定义起始执行点。而且由于共用一个堆栈段，混合编程时通常汇编语言程序无须设置堆栈段。,8.2.2 汇编模块的编译和连接 （1）利用汇编程序编译汇编语言程序成为.obj目标代码文件。 （2）利用C编译程序编译C语言程序成为.obj目标代码文件。 （3）利用连接程序将各个目标代码文件连接在一起，得到可执行程序文件。,8.2.3 混合编程的参数传递 1）利用堆栈传递参数 C语言程序可以通过堆栈将参数传递给被调用函数。 C程序调用函数之前，先从该函数中的最右边的参数开始依次将参数压入堆栈，最后压入最左边的参数，参数压入堆栈的顺序与实参表中参数的排列顺序相反。当被调用函数运行结束后，压入堆栈中的参数已无价值，C程序会立即调整堆栈指针SP，使之恢复压入参数以前的值，释放堆栈中为参数保留的空间。也就是说，堆栈的平衡是主函数程序实现的，子程序不必在返回时调整堆栈指针SP。这就是参数传递的C语言规则。,2）返回值的传递 被调用函数的返回值，按下列规则传递给调用者：如果返回值小于或等于16位，则将其存放在AX寄存器中；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16位；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。但对于不同长度的返回数据，使用寄存器的情况也不同。,3）地址参数的传递 C语言程序的参数传递，可采用传数值和传地址两种方式。如果参数是传值的，可直接写出实际参数；如果参数是传址的，则在说明中将参数类型说明为指针类型，调用时，用“&”取得变量的地址作为实参传递。 在汇编语言子程序中，利用基址指针BP，先取得地址，再间接取内容，修改后送回原处，同时以RET返回。 以传址方式传送参数时，实际被压入堆栈的是参数所在的逻辑地址。这个地址也要分为近指针（仅含偏移地址）和远指针（含段地址和偏移地址）。C语言程序以tiny、small、compact模式编译时，它以near近指针传递地址，在堆栈占2字节；如果C语言程序以medium、large、huge模式编译，则地址是32位的远指针，在堆栈中要占4 字节。,4）通过外部变量传递参数 混合编程中，参数的传递也可以通过共用外部变量实现。 C语言程序中也可使用汇编语言程序中的变量。此时，要求在汇编语言程序中将该变量用public进行说明，C程序中也必须用extern说明，并且数据类型对应一致。,8.2.4 汇编语言程序对C语言程序的调用 （1）为了使C函数对汇编语言程序可见，汇编语言程序需要对所调用的C语言函数、变量用关键字EXTERN进行说明 （2）参数的正确传递是混合编程的关键。 （3）若汇编语言程序以无参数的形式调用一个C语言函数，那么，在C语言程序中对此函数进行定义时，函数后面应该跟一个空括号。若汇编语言子程序以传值方式向C语言函数传送数据，则C语言函数可用基本类型对参数进行说明；若汇编语言子程序以传址方式向C语言函数传送数据，则C语言函数应该使用指针类型对参数进行说明。,（4）若C语言函数向汇编语言程序送返回值，则C语言函数体必须用return语句返回。如果返回值是一个字，则送给AX；如果为32位，则低16位在AX中，高16位在DX中；更多的数据则利用DX:AX返回指针。若没有返回值，可以不使用return语句。 （5）一般C语言程序具有起始模块，即有主函数。这是由于高级语言程序假定某些初始化代码已经预先执行过了，故能确信在高级语言模块启动时，适当的初始化操作已经完成。这样，程序从C语言程序开始执行；然后调用汇编语言子程序，进而又调用C语言函数。,8.3.1 嵌入汇编语句指令 在Visual C+中嵌入汇编语句需要用到_asm关键字，这个关键字有两种使用方法： （1）汇编指令块方法：在_asm关键字后用一对花括号将汇编指令括起来。 （2）单条汇编指令方法：在每条汇编指令之前加_asm关键字。,8.3 汇编语言在Visual C+中的应用,在_asm块中使用汇编语言应注意以下几点： （1）嵌入汇编完全支持的Intel 486指令集，允许使用MMX指令。对于还不能支持的指令，Visual C+中可以使用_EMIT伪指令来扩展。_EMIT伪指令相当于MASM中的DB，一次定义一个字节内容，且只能用于程序代码段。 （2）嵌入汇编可以使用所有的MASM表达式。 （3）_asm块中允许使用C/C+的数据类型和对象，但不能使用MASM指示符和操作符来定义数据对象。这里需要特别指出的是，_asm块中不允许使用MASM中的定义指示符（DB、DW、DD、DQ、DT和DF），也不允许使用DUP和THIS操作符。MASM中的结构和记录也不再有效，嵌入汇编不接受STRUCT、RECORD、WIDTH或者MASK。,（4）尽管嵌入汇编不支持大多数MASM指示符，但它支持EVEN和ALIGN，当需要时，这些指示符在汇编代码中加入NOP（空操作）指令使标号对齐到特定边界。这样可以使某些处理器取指令时具有更高的效率。 （5）嵌入汇编不是宏汇编，不能使用MASM宏指示符（MACRO、REPT、IRC、IRP和ENDM）和宏操作符（、!、”。 （9）一般来说，不能假定某个寄存器在_asm块开始的时候有已知的值。,在_asm块中使用C+语言应注意以下几点： （1）在嵌入汇编中可以使用C/C+变量以及很多其他的C/C+元素，包括符号（包括标号、变量和函数名）、常量（包括符号常量和枚举型成员）、宏定义和预处理指示符、注释（包括“/*/”和“/”）、类型名（包括所有MASM中合法的类型）及typedef名称（通常使用PTR和TYPE操作符，或者使用指定的的结构或枚举成员）。 （2）在嵌入汇编中，可以使用C/C+或汇编语言的基数计数法，如0x100和100H是相等的。 （3）嵌入汇编中不能使用如“”一类的C/C+专用操作符。但C/C+和MASM共有的操作符（如“*”和“”操作符），被认为是汇编语言的操作符，是可以使用的。,（4）在_asm块中可以引用所有在作用范围内的C/C+符号，包括变量名称、函数名称和标号，但是不能访问C+类的成员函数。此外，在嵌入汇编中使用C/C+符号还有一些其他限制：每条汇编语句只能包含一个C/C+符号（多个符号只能出现在LENGTH、TYPE或SIZE表达式中）；在_asm块中引用函数必须先声明（否则，编译器将不能区别_asm块中的函数名和标号）；在_asm块中不能使用对于MASM来说是保留字（不区分大小写）的C/C+符号；在_asm块中不能识别结构（Structure）和联合（union）标签。 （5）嵌入汇编的一个方便之处是它可以使用名称来引用C/C+变量。,（6）使用C/C+宏可以方便地把汇编代码插入到源代码中。但是这其中需要额外地注意，因为宏将会扩展到一个逻辑行中。为了不出现问题，可以按以下规则编写宏： 使用括号把_asm块包围住。 把_asm关键字放在每条汇编指令之前。 使用经典C风格的注释（“/*内容*/”），不要使用汇编风格的注释（“;内容”）或单行的C/C+注释（“/内容”）。 （7）可以在C/C+程序中使用goto语句跳转到_asm块中的标号处，也可以在_asm块中转跳到_asm块里面或外面的标号处。_asm块内的标号是不区分大小写的（指令、指示符等也是不区分大小写的）。,（8）嵌入汇编不仅可以编写CC+函数，还可以调用C函数（包括C库函数）和非重载的全局C+函数，也可以调用任何用extern “C“说明的函数，但不能调用C+的成员函数。因为所有的标准头文件都采用extern “C“说明库函数，所以C+程序中的嵌入式汇编可以调用C库函数。 （9）汇编语句通过参数名就可以引用参数，采用return语句返回出口参数。返回值的约定是：对于小于等于32位的数据扩展为32位，存放在EAX寄存器中返回；48字节的返回值存放在EDX.EAX寄存器对中返回；更大字节数据则将它们的地址指针存放在EAX中返回。,8.3.2 调用汇编语言模块 1）采用一致的调用协议 Visual C+语言具有3种调用协议（calling convention）：_cdecl、_stdcall和_fastcall。 Visual C+默认的是_cdecl方式，按从右至左的顺序压参数入栈，由调用者把参数弹出栈，而传送参数的内存栈是由调用者来维护的，返回值在EAX中。 Windows API则采用_stdcall方式，按从右至左的顺序压参数入栈，由被调用者把参数弹出栈，而传送参数的内存栈是由被调用者来维护的，返回值在EAX中。_stdcall调用约定在输出函数名前加上一个下划线前缀，后面加上一个“”符号和其参数的字节数,_fastcall调用的主要特点是