模块化程序相关设计

模块化程序相关设计14.1段间调用

前面介绍的CALL指令都是段内的调用，即在同一个指令段内。段内调用的CALL指令范围为0000H～FFFFH。一条段内调用指令(CALL)的目的码是3个字节长度，例如：

E82000(0020)；十六进制十六进制E8是段内调用指令(CALL)机器指令的操作码，其操作是先把当前IP指令指针寄存器的值压入堆栈保存，这个值是CALL的下一条指令地址；然后，再把被调用的子程序的偏移地址(2000逆序)值送入IP寄存器，IP＝0020。微处理器把当前CS的值和IP的值相结合形成物理地址，此地址指向被调用子程序的第1字节。当子程序的执行中，遇到RET指令离开子程序返回时，RET指令会从堆栈中弹出IP的保留值，并把它装入IP，使程序返回到CALL的下一条指令继续执行，这个过程是段内调用。

其特点是在子程序调用、返回过程中段寄存器CS不变化，只有指令指针寄存器IP发生变化。主程序与被调用的子程序同在一个段内。模块化程序设计必然涉及到模块间的调用问题。模块间的调用是通过段间的调用来实现的。若被调用的子程序是在现指令段之外，则称为段间调用。一条段间调用指令(CALL)的机器指令码共有5个字节。例如：

9A0002AF04(04AF0200)；十六进制

十六进制9A是段间调用指令(CALL)机器指令的操作码。操作是：首先将CS段寄存器的值压入堆栈，并把被调用子程序所在段的段值(AF04逆序)装入CS段寄存器，CS＝04AF；然后把IP指令指针寄存器的值压入堆栈，并将被调用子程序相应的偏移地址(0002逆序)装入IP，IP＝0200。

这些操作建立了被调用子程序的第一条待执行指令的地址：十六进制段值：CS04AF0

偏移地址：IP+0200

物理地址： 04CF0当离开子程序返回时，段间调用的RET指令会从堆栈中依序弹出IP和CS两个寄存器的原值，返回到CALL的下一条指令。其特点是在子程序调用、返回过程中，段寄存器CS和指令指针寄存器IP均发生变化。主程序与被调用的子程序不在同一个段内。14.2定义外部标识符伪指令

当进行模块化程序设计时，首先应考虑的问题是模块间控制的耦合和数据的耦合。控制耦合就是模块在怎样的环境下如何进入又如何退出。数据耦合就是诸模块间如何进行数据通讯。例如，有一个主模块(MAINPROG)调用一个子模块(SUBPROG)，它要用到一个段间调用(CALL)，如图14-1所示。EXTRNSUBPROG:FARMAINPROG:…

CALLSUBPROG…

PUBLICSUBPROGSUBPROG:…

RET图14-1段间调用

主模块MAINPROG内的CALL指令，必须知道子模块SUBPROG是位于本段之外的标号。否则汇编过程中会产生一个错误信息——指出SUBPROG是一个未定义的符号。EXTRN伪指令就是执行此功能的，它告诉汇编程序SUBPROG是一个远程的标号(FARLabel)，是定义在另一个模块里的。因为汇编程序无法知道真是如此，所以就产生“空的”目的操作数0000，即先空出；而由链接程序在链接时再填入确定值。例如(参考例14.4主模块程序清单)：

00119A0000----E

子模块SUBPROG内含有一个PUBLIC伪指令，它告诉汇编程序和链接程序，其他模块需要知道SUBPROG的地址。当MAINPROG与SUBPROG都已汇编成目的模块文件后，它们可以下列的方式来链接：

LINKMAINPROG+SUBPROGRunFile[MAINPROG.EXE]:ListFile[NUL.MAP]:CONLibraries[.LIB]:

链接程序将一个目的模块内的EXTRN匹配上另一个模块内的PUBLIC，并将插入所有需要的偏移地址，然后把两个目的模块组合成一个可执行的文件。若有不匹配的情况，链接程序会给出错误信息。利用EXTRN和PUBLIC这两条伪指令，一个模块可以访问其他模块的标识符(变量或者标号)。如果一个标识符只在这一个模块中定义过，那么它相对这个模块就是一个内部的标识符或局部标识符。如果它没有在这一个模块中定义过，而是在其他一个模块中定义过，那么它相对于该模块就称为外部标识符。对于只产生一个单一目标模块的汇编语言程序而言，它所访问的所有标识符必须是局部(内部)定义的，否则就会产生一个错误信息——汇编程序会查出有一个未定义的标识符(标号或变量)存在。对于多模块程序来说，必须给汇编程序一个信息以说明其间的有些标识符是外部的，而不至于汇编程序把它们理解为一些无效的标识符。此外为了允许其他模块访问本给定模块中的标识符，该给定模块必须包含一个标识符清单，以说明其中的标识符可以让其他模块访问。因此，每个模块可含有(不一定绝对含有)两个清单，一个清单表明它所访问其他模块的外部标识符(EXTRN)，而另一个则列出它所定义的且让其他模块访问的标识符(PUBLIC)；这两个清单靠EXTRN和PUBLIC这两条伪指令来列出。EXTRN和PUBLIC伪指令的格式如下：

EXTRN 标识符：类型[,…]PUBLIC 标识符[，…]EXTRN伪指令里的标识符是被申明的外部的变量或标号，而PUBLIC伪指令里的标识符是供其他模块使用的变量或标号。由于在产生相应的机器代码之前，汇编语言必须要知道所有标识符的类型，以便确定指令的字节数(长度)，故在EXTRN伪指令里的每一个标识符都伴有类型符出现。

对于变量来说，类型有BYTE、WORD、DWORD等，对于标号来说类型则有NEAR或FAR。注意：标识符可以是变量、符号常量、标号和过程名。例如：INCVAR1语句，如果VAR1是外部变量，并且是一字变量，那么在含有这个语句的模块中必须使用下列伪指令：

EXTRN…,VAR1:WORD…

而在定义VAR1的模块中则一定要有下面的伪指令：

PUBLIC…,VAR1…

链接程序的主要任务之一，就是检测并证实EXTRN语句里的每一个标识符是否与PUBLIC语句的标识符相匹配，如果不相匹配，链接程序就会给出出错信息。下面给出三个模块，说明链接程序是怎样查找匹配，并指出其中错误。

模块1：EXTRNVAR2:WORD,LAB2:FARPUBLICVAR1,LAB1;—————————————————————DATA1SEGMENTVAR1DB2VAR3DB?VAR4DW?DATA1ENDS;—————————————————————…LAB1:…

模块2：EXTRNVAR1:BYTE,VAR4:WORDPUBLICVAR2链接错误，原因是模块1中PUBLIC;————————————没有申明匹配DATA2SEGMENTVAR2DW0VAR3DB5DUP(?)DATA2ENDS;————————————————————…

模块3：EXTRNLAB1:FARPUBLIC  LAB2,LAB3;—————————————————————

其他模块未使用LAB2:… 不需申明

LAB3:…14.3使用EXTRN和PUBLIC的范例下面的例子中含有两个模块：主模块CALLMUL1和一个子模块SUBMUL1。主模块定义了堆栈段、数据段和指令段。数据段定义了两个数据项PRICE和QTY。指令段分别把PRICE和QTY装入AX和BX寄存器，然后调用子模块。主模块内的伪指令EXTRN指明了本模块使用的外部模块SUBMUL1。

子模块内有一条伪指令PUBLIC，它告诉链接程序SUMUL1是由其他模块调用的，同时指明此处是链接的进入点。子模块的功能是把AX寄存器的内容乘以BX寄存器的内容，所得乘积放入DX:AX这一对寄存器内。子模块内没有定义任何数据，所以它没有数据段；也可以定义数据段，但只能在子模块中使用。在子模块内也没有定义堆栈段，它与主模块共同使用一个堆栈。所以，在主模块中定义的堆栈，子模块也可以使用。链接程序要求至少有一个堆栈段，在主模块内定义的堆栈段就可以满足要求。例14.1EXTRN和PUBLIC应用。主模块程序清单如下：;主模块：;EXTRNSUBMUL1:FAR;—————————————————————STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’DW64DUP(?)STACKENDS;—————————————————————DATASG SEGMENTPARA‘DATA’QTY DW0140HPRICE DW2500HDATASG ENDS;—————————————————————CODESGSEGMENTPARA‘CODE’BEGINPROCFARASSUMECS:CODESG,DS:DATASG,SS:STACKPUSH DSSUB AX,AXPUSH AXMOV AX,DATASGMOV DS,AXMOV AX,PRICEMOV BX,QTYCALL SUBMUL1RETBEGINENDPCODESGENDSENDBEGIN

子模块程序清单如下：;;子模块：CODESGSEGMENTPARA‘CODE’SUBMUL1PROCFARASSUMECS:CODESGPUBLICSUBMUL1MULBXRETSUBMUL1ENDPCODESGENDSENDSUBMUL1主模块和子模块分别汇编正确无误后，参考上节内容链接，产生一个EXE文件。C:\masm>LINKCALLMUL1+SUBMUL1RunFile[CALLMUL1.EXE]:[Enter](回车)ListFile[NUL.MAP]:[Enter]Libraries[.LIB]:[Enter]14.4在指令段使用PUBLIC

在主模块的指令段和子模块的指令段使用PUBLIC伪指令，链接程序会把两个逻辑指令区段结合成一个实际的指令段。在例14.1的主模块和子模块中各有一处修改，均是在指令段的SEGMENT伪指令内使用PUBLIC，用法如下:CODESGSEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’

例14.2在指令段使用PUBLIC。主模块程序清单如下：;主模块:;EXTRNSUBMUL:FAR;—————————————————————STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’DW64DUP(?)STACKENDS;—————————————————————DATASG SEGMENTPARA‘DATA’QTYDW0140HPRICEDW2500HDATASGENDS;—————————————————————CODESGSEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’BEGINPROCFARASSUMECS:CODESG,DS:DATASG,SS:STACKPUSHDSSUBAX,AXPUSHAXMOVAX,DATASGMOVDS,AXMOVAX,PRICEMOVBX,QTYCALLSUBMULRETBEGINENDPCODESGENDSENDBEGIN子模块程序清单如下：;;子模块：CODESGSEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’SUBMULPROCFARASSUMECS:CODESGPUBLICSUBMULMULBXRETSUBMULENDPCODESGENDSENDSUBMUL

当两个段使用同一个名称(CODESG)、同样的类型(‘CODE’)以及同样段的组合类型(PUBLIC)时，链接程序会把这样的两个逻辑段组合成一个实际的物理指令区。通过汇编时产生的LST文件中的符号表，可以了解到一个指令段的情况；也可利用DEBUG程序观察到一个指令段的情况。14.5在数据段使用PUBLIC你可能会有这样的需求，在一个模块内要处理另外一个模块的数据。例如前面的例题中，主模块仍然定义数据PRICE和QTY；但是由子模块使用它们，把它们的值放入AX和BX。程序修改如下：

例14.3在数据段使用PUBLIC。主模块程序清单如下：;主模块:;EXTRNSUBMUL:FARPUBLICQTY,PRICE;—————————————————————STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’DW64DUP(?)STACKENDS;—————————————————————DATASG SEGMENTPARAPUBLIC‘DATA’QTY DW0140HPRICE DW2500HDATASG ENDS;—————————————————————CODESGSEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’BEGINPROCFARASSUMECS:CODESG,DS:DATASG,SS:STACKPUSHDSSUBAX,AXPUSHAXMOVAX,DATASGMOVDS,AXCALLSUBMULRETBEGINENDPCODESGENDSENDBEGIN

子模块程序清单如下：;;子模块：

EXTRNQTY:WORD,PRICE:WORD;——————————————————————CODESGSEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’SUBMULPROCFARASSUMECS:CODESGPUBLICSUBMULMOVAX,PRICEMOVBX,QTYMULBXRETSUBMULENDPCODESGENDSENDSUBMULPUBLICQTY,PRICE ；声明主模块的QTY和PRICE为外部引用EXTRNQTY:WORD,PRICE:WORD ；声明QTY和PRICE是外部标识符

子模块中使用了主模块的变量，所以两个模块中都应进行声明：14.6参数传送

主模块调用子模块，通常也称为主程序调用子程序，主程序经常要传送一些参数给子程序，子程序运行完成后一般都要返回一些信息给主程序。这种主程序和子程序间的信息传送称为参数传送或过程间的数据通信。参数传送的方法有三种： (1)利用寄存器传递参数：适用参数较少时；(2)利用存储器传递参数：适用参数较多时；(3)利用堆栈传递参数：适用嵌套、递归情况。数据传送根据范围可分为以下几种：(1)同一个模块内的段内参数传送。(2)同一个模块内的段间参数传送。(3)不同模块间的参数传送。(4)不同语言间的参数传送

例14.4利用堆栈传送参数。主模块程序清单如下：;主模块：; EXTRNSUBMUL:FAR ;—————————————————————0000 STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’00000040[ DW64DUP(?) ???? ] 0080 STACKENDS ;—————————————————————

0000 DATASG SEGMENTPARA‘DATA’

00000140 QTYDW0140H00022500 PRICEDW2500H0004 DATASGENDS ;—————————————————————0000 CODESGSEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’

0000 BEGINPROCFAR ASSUMECS:CODESG,DS:DATASG,SS:STACK00001E PUSHDS00012BC0SUBAX,AX000350 PUSHAX0004B8----R MOVAX,DATASG00078ED8 MOVDS,AX0009FF360002RPUSHPRICE000DFF360000RPUSHQTY00119A0000－－－－ECALLSUBMUL0016CB RET0017 BEGINENDP0017 CODESGENDS ENDBEGIN子模块程序清单如下：

; ;子模块：

0000 CODESGSEGMENTPARAPUBLIC‘CODE’

0000 SUBMULPROCFARASSUMECS:CODESG PUBLICSUBMUL000055 PUSHBP00018BEC MOVBP,SP00038B4608 MOVAX,[BP+8]00068B5E06 MOVBX,[BP+6]0009F7E3 MULBX000B5D POPBP000CCA0004 RET4000F SUBMULENDP000F CODESGENDS END

主模块程序在调用子模块程序SUBMUL之前，把PRICE和QTY都压入堆栈。堆栈的变化如下：

…1600XXXX400100250000XXXX654321(1)PUSHDS将DS中的段地址压入堆栈。(2)PUSHAX把偏移地址0压入堆栈。(3)PUSHPRICE把2500压入堆栈。(4)PUSHQTY把0140压入堆栈。(5)CALL把CS寄存器的内容压入堆栈。(6)IP指令指针寄存器的内容0016也被压入堆栈。

被调用的子模块程序SUBMUL要用BP来取得堆栈内的参数。它的第一个操作是把BP的内容压入到堆栈保存起来。本例中BP的内容正好是0，然后把SP的内容送入BP。因为BP可以作为寻址寄存器，而SP则不行。此操作使BP的值为0072，因为SP的初值应是堆栈的大小——十六进制80，每次压入堆栈一个字SP减2。堆栈指针的变化应是：

00001600XXXX400100250000XXXX...

SP:727476787A7C7E80

因为现在BP的内容是0072，所以PRICE在BP+8位置，而QTY在BP+6位置。下面两条指令把这些值分别搬入AX和BX，然后作乘法。要从子模块程序回到调用程序时，先恢复BP的值0000并将SP加2，从72变成74。最后一条指令RET，是一条子程序返回指令，它执行下列操作：(1)弹出当前堆栈顶端的字1600送入IP。

(2)把SP+2，SP从74增为76。

(3)取出目前堆栈顶端的字(XXXX)，存入CS。