Wykład 4

Programowanie modułowe w j

ę

zyku

asemblera

Programowanie modułowe

Proc1

Proc2

Proc3

Proc1-3

Proc1-2

Proc1-1

Proc2-3

Proc2-2

Proc2-1

Proc3-3

Proc3-2

Proc3-1

Prog

Programowanie modułowe

1.3) zaciśnij palce na uchu

1.2) sięgnij ręką do ucha filiżanki

1.1) rozewrzyj palce

0) pij z filiżanki

1) chwyć filiżankę za ucho

2) podnieś filiżankę do ust

3) wlej zawartość do gardła

2.2) przysuń rękę poziomo do ust

2.1) unieś rękę do góry

3.3) POŁYKAJ PŁYN!!!

3.2) przechyl filiżankę

3.1) otwórz usta

Budowa programu z procedurami

•

Dekompozycja funkcjonalna (od góry do dołu) :

– zaprojektuj program przed programowaniem

– podziel du

ż

e zadania na mniejsze

– u

ż

yj struktury hierarchicznej opartej na procedurach

– poszczególne procedury testuj oddzielnie

S umma tion

P rogra m (ma in)

Clrs cr

P romptForInte ge rs

Arra yS um

Dis pla yS um

Write S tring

Write S tring

Re a dInt

Write Int

Write Int

Definiowanie i używanie procedur

• Budowanie procedur
• Instrukcje wywołania i powrotu
• Etykiety lokalne i globalne
• Parametry procedur
• Zmienne lokalne

Definiowanie procedury

Proc1

Proc1-3

Proc1-2

Proc1-1

Prog

na przykład

ZEROBYTES:

XOR

AX, AX

MOV

CX, 128

ZEROLOOP:

MOV

[BX], AX

ADD

BX, 2

LOOP ZEROLOOP
RET

ZEROBYTES zeruje 256
bajtów począwszy od adr
w BX

NAZWA_PROCEDURY:

tre

ść

procedury

...................
tre

ść

procedury

RET

Parametry!!!

Zwykle procedura
wymaga danych

ZEROBYTES:

PROC

XOR AX, AX
JCXZ DOFFS

ZEROLOOP:

MOV [BX], AX
ADD BX, 2
LOOP ZEROLOOP

RET

DOFFS:

MOV CX, 128
MOV AX, 0FFFFH

FFLOOP:

MOV [BX], AX
SUB BX, 2
LOOP FFLOOP

RET

ZEROBYTES:

ENDP

Jedna procedura czy dwie?

(ZEROBYTES, DOFFS)

Jeden punkt wej

ś

cia czy

dwa?

Definiowanie procedury

XOR AX, AX
JCXZ DOFFS

ZEROLOOP:

MOV [BX], AX
ADD BX, 2
LOOP ZEROLOOP

RET

DOFFS:

MOV CX, 128
MOV AX, 0FFFFH
FFLOOP: MOV [BX], AX
SUB BX, 2
LOOP FFLOOP

RET

Definiowanie procedury

Jedna procedura czy dwie?

(ZEROBYTES, DOFFS)

Jeden punkt wej

ś

cia czy

dwa?

ZEROBYTES:

PROC

ZEROBYTES:

ENDP

dyrektywy

PROC

ENDP

usuwaj

ą

niejednoznaczno

ść

Definicja procedury:

ProcName

proc {near|far}

<instrukcje procedury>

ProcName

endp

Procesory z segmentacj

ą

(Intel x86)

CALL
RETN

CALL FAR PTR symbol
RETF

na stosie tylko przesuni

ę

cie

Definiowanie procedury

na stosie CS i przesuni

ę

cie

(przesuni

ę

cie:segment)

Wi

ę

cej o PROC przy omawianiu parametrów

Procedury zagnieżdżone

Procesory z segmentacj

ą

(Intel x86)

OutsideProc proc near

….......

InsideProc proc near

. …......

InsideProc endp

….......

OutsideProc endp

cseg segment

..............

MyProc proc near

Ret

MyProc endp

..............

cseg

ends

Etykiety lokalne i globalne

main PROC

jmp L2

; bł

ą

d

L1::

; etykieta globalna

exit

...........
...........

sub2 PROC

L2:

; etykieta lokalna

jmp L1

; ok

ret

sub2 ENDP

main ENDP

Lokalna etykieta widoczna tylko dla polece

ń

w obr

ę

bie danej

procedury. Etykieta globalna jest widoczna wsz

ę

dzie w

programie.

Parametery procedury

•

Dobra procedura powinna by

ć

u

ż

yteczna w wielu ró

ż

nych

programach

– nie b

ę

dzie, je

ż

eli odwołuje si

ę

do ustalonych nazw

zmiennych

•

Parametry umo

ż

liwiaj

ą

elastyczno

ść

procedur – warto

ś

ci

parametrów mog

ą

zmienia

ć

si

ę

w czasie wykonywania

programu

ArraySum PROC

mov esi,0

; wska

ź

nik tablicy

mov eax,0

; wst

ę

pnie suma=0

mov ecx,

LENGTHOF myArray

;liczba elementów tablicy

L1: add eax,

myArray

[esi]

; dodaj ka

ż

dy wyraz do sumy

add esi,4

; wska

ż

nast

ę

pny wyraz

loop L1

; powtarzaj size

mov

theSum

,eax

; wynik do theSum

ret

ArraySum ENDP

Procedura ArraySum oblicza sum

ę

32-bitowych wyrazów tablicy (liczby

całkowite). Odwołuje si

ę

do 2 nazw zmiennych:

myArray, theSum

Procedura nieprzydatna, gdy trzeba j

ą

wykonywa

ć

dla wielu tablic!!!

Parametery procedury

Klasyfikacja parametrów

•

Parametr wej

ś

ciowy przekazywany do procedury

:

– Wywoływana procedura nie b

ę

dzie modyfikowa

ć

zmiennej

odpowiadaj

ą

cej temu parametrowi (ew. modyfikacja nie b

ę

dzie

widzialna poza procedur

ą

).

•

Parametr wej

ś

ciowo-wyj

ś

ciowy

jest wska

ź

nikiem do zmiennej

zawieraj

ą

cej warto

ść

, która zarówno b

ę

dzie u

ż

ywana jak i

modyfikowana przez procedur

ę

:

• Zmienna przekazana do procedury jest modyfikowana przez

procedur

ę

.

•

Parametr wyj

ś

ciowy

utworzony jest poprzez przekazanie wska

ź

nika do

zmiennej wraz z wywołaniem procedury:

• Procedura nie wykorzystuje warto

ś

ci zmiennej; przed zako

ń

czeniem

wykonywania procedura wpisuje do tej zmiennej wynikow

ą

warto

ść

.

Przykład

Swap PROC USES eax esi edi,

pValX:PTR DWORD,

; wska

ź

nik do pierwszej zmiennej

pValY:PTR DWORD

; wska

ź

nik do drugiej zmiennej

mov esi,pValX

; pobierz wska

ź

niki

mov edi,pValY

mov eax,[esi]

; pobierz wart. pierwszej zmiennej

xchg eax,[edi]

; zamie

ń

z drug

ą

mov [esi],eax

; zast

ą

p wart. pierwszej zmiennej

ret

Swap ENDP

Procedura Swap wymienia warto

ś

ci dwóch 32-bitowych zmiennych

całkowitych.

pValX

i

pValY

(wska

ź

niki do zmiennych)

nie zmieniaj

ą

warto

ś

ci

. Zmianie podlegaj

ą

zmienne wskazywane przez wska

ź

niki:

Przekazywanie parametrów do i z procedury

5 podstawowych mechanizmów przekazywania danych

• poprzez warto

ść

• poprzez odwo

ł

anie

• poprzez zwrócon

ą

warto

ść

• poprzez rezultat

• poprzez nazw

ę

tylko wej

ś

ciowe

; procedura nie zmienia warto

ś

ci

parametrów – kopiowanie wewn

ą

trz procedury

wska

ź

nik do zmiennej (adres)

przekazywany wska

ź

nik do zmiennej, warto

ść

zmiennej kopiowana do zmiennej wewn. (mog

ą

mie

ć

ró

ż

n

ą

wart.). Wyj

ś

cie - warto

ść

wyniku.

jw.; przekazywanie wył

ą

cznie parametru

wyj

ś

ciowego (nie potrzebne kopiowanie przy

wej

ś

ciu).

Wska

ź

nik do funkcji obliczaj

ą

cej adres zmiennej

rejestry

komórki pami

ę

ci

----

(globalne)

blok

kod programu

stos

Przekazywanie parametrów do procedury

...............
BLOCK1_ADDR EQU 00AA9988H
BLOCK2_ADDR EQU 00AA9988H
..............

MOV BX, #BLOCK1_ADDR
CALL ZEROBYTES

..............

MOV BX, #BLOCK1_ADDR
CALL ZEROBYTES

..................
END

ZEROBYTES:

XOR

AX, AX

MOV

CX, 128

ZEROLOOP:

MOV

[BX], AX

ADD

BX, 2

LOOP ZEROLOOP
RET

Mała liczba rejestrów!!!

ArraySum PROC
; Wej

ś

cia: ESI wska

ź

nik tabeli słów podwójnej długo

ś

ci,

; ECX = liczba elementów tablicy
; Wyj

ś

cie: EAX = suma

;-----------------------------------------------------

mov eax,0

; wst

ę

pnie suma=0

L1: add eax,[esi]

; dodaj ka

ż

dy wyraz do sumy

add esi,4

; wska

ż

nast

ę

pny wyraz

loop L1

; powtarzaj

ret

ArraySum ENDP

Ta wersja ArraySum wyznacza sum

ę

32-bitowych elementów

tablicy, której adres podany jest w ESI. Wynik sumy w EAX.

Przekazywanie parametrów do procedury

Mo

ż

na wielokrotnie wywoływa

ć

dla

ró

ż

nych warto

ś

ci parametrów

Przekazywanie parametrów do procedury

...............
BLOCK1_ADDR EQU 00AA9988H
BLOCK2_ADDR EQU 00AA9988H
..............

MOV PARAM, #BLOCK1_ADDR
CALL ZEROBYTES

..............

MOV PARAM, #BLOCK2_ADDR
CALL ZEROBYTES

..................
END
PARAM:

DW

?

ZEROBYTES:

MOV

BX,PARAM

XOR

AX, AX

MOV

CX, 128

ZEROLOOP:

MOV

[BX], AX

ADD

BX, 2

LOOP ZEROLOOP
RET

Rejestry

Komórki pami

ę

ci

----

(globalne)

blok

kod programu

Stos

Przekazywanie parametrów do procedury

Rejestry

Komórki pami

ę

ci

----

(globalne)

blok

kod programu

Stos

Parametry umieszczone w bloku
komórek pami

ę

ci (jak dla

przekazywania w pami

ę

ci).

Wska

ź

nik do bloku przekazany w

rejestrze lub na stosie

Call disp

DB “This parameter is in the code stream.”,0

.................

Disp PROC NEAR

push bp

mov bp, sp

.............. (m.in. zapisz rejestry na stos)

mov bx, 2[bp] ;adr powrotu do BX

................

(BX zmienia si

ę

, a

ż

wskazuje

adres za ko

ń

cem danych)

mov 2[bp], bx ;nowy adres powrotu na stos

.............. (m.in. czytaj rejestry ze stosu)

pop bp

ret

disp endp

Mo

ż

liwe zmienne o

zmiennej długo

ś

ci

Przekazywanie parametrów do procedury

Rejestry

Komórki pami

ę

ci

----

(globalne)

blok

kod programu

Stos

Parametry na stosie czy w rejestrach?

•

Parametry w rejestrach wymagaj

ą

przeznaczenia po rejestrze na
parametr. U

ż

ycie stosu jest

wygodniejsze.

•

Przykład dwóch ró

ż

nych sposobów

wywołania procedury DumpMem:

pushad

mov esi,OFFSET array

mov ecx,LENGTHOF array

mov ebx,TYPE array

call DumpMem

popad

push OFFSET array

push LENGTHOF array

push TYPE array

call DumpMem

prostszy

Rejestry

Komórki pami

ę

ci

----

(globalne)

blok

kod programu

Stos

Przekazywanie parametrów do procedury

push par1
push par2
push par3
call MyProc

MyProc proc near

pop RtnAdrs16
pop Par3
pop Par2
pop Par1
push RtnAdrs16
.
.
.
ret

CallProc

endp

MyProc(par1,par2,par3);

Parametry na stosie

Przykład: procedura z
3-ma parametrami:

Wywołanie procedury:

MyProc proc near

pop RtnAdrs32

pop Par3
pop Par2
pop Par1

push RtnAdrs32

.
.
.
ret

CallProc

endp

Odczytanie parametrów w

procedurze

ra

m

k

a

Bezpośredni dostęp do parametrów na stosie

•

bezpo

ś

redni dost

ę

p do parametrów na stosie z u

ż

yciem przesuni

ę

cia w

stosunku do EBP (BP – tryb rzeczywisty).

– np: [ebp + 8]

•

EBP – wska

ź

nik bazowy (wska

ź

nik ramki) = adres bazowy ramki na stosie.

•

EBP nie zmienia warto

ś

ci w czasie procedury.

•

Na zako

ń

czenie procedury przywróci

ć

wej

ś

ciow

ą

warto

ść

EBP.

.data
sum DWORD ?
.code

push 6

; drugi argument

push 5

; pierwszy argument

call AddTwo

; EAX = suma

mov sum,eax

; zapisz sum

ę

00000006

00000005

re turn addre s s

EBP , ES P

[EBP + 4]

[EBP + 8]

[EBP + 12]

EBP

AddTwo PROC

push ebp
mov ebp,esp

.
. (dost

ę

p do stosu z u

ż

yciem ebp)

.

Przykład:

Ramka na stosie – cd przykładu

AddTwo PROC

push ebp
mov ebp,esp

; adres bazowy ramki

mov eax,[ebp + 12] ; drugi argument (6)
add eax,[ebp + 8]

; pierwszy argument (5)

mov esp,ebp

pop ebp

ret

AddTwo ENDP

; EAX zawiera sum

ę

inc esp
.........
inc esp

00000006

00000005

re turn addre s s

EBP , ES P

[EBP + 4]

[EBP + 8]

[EBP + 12]

EBP

{

8

×

↔

↔

↔

↔

instrukcja

leave

↔

↔

↔

↔

Instrukcja

ret 8

•

Odczytanie parametrów ze stosu

•

Przywrócenie warto

ś

ci esp i ebp

•

Usuni

ę

cie ramki ze stosu

Przekazywanie parametrów do procedury

Ramka z parametrami procedury

2) Wykonanie procedury wymaga u

ż

ycia rejestrów procesora (wykonywanie

rozkazów)

- te same rejestry mog

ą

by

ć

w u

ż

yciu w programie wywołuj

ą

cym

procedur

ę

-

konflikt!!!

1) Wykonanie procedury mo

ż

e wymaga

ć

u

ż

ycia zmiennych (pomocniczych)

- rejestry procesora

- komórki pami

ę

ci

Inne, równoległe wywołanie procedury spowoduje u

ż

ycie tych samych

rejestrów i komórek pami

ę

ci -

konflikt!!!

• gdzie w pami

ę

ci zlokalizowa

ć

zmienne procedury?

• jak „powieli

ć

” lokalizacje zmiennych dla kolejnych wywoła

ń

procedury?

• jak odwoływa

ć

si

ę

do zmiennych procedury?

Zmienne (lokalne, wewnętrzne) procedury

Zmienna lokalna jest tworzona, u

ż

ywana i likwidowana w

ramach pojedynczej procedury (jest tymczasowa).

Ramka na stosie – przykład Intel

•

Obszar na stosie przeznaczony na: adres powrotu, przekazywane
parametry, zachowane rejestry, zmienne lokalne

• Tworzony w nast

ę

puj

ą

cych krokach:

–program wywołuj

ą

cy umieszcza

argumenty na stosie i wywołuje
procedur

ę

.

–Wywołana procedura zapisuje EBP
na stos i przepisuje ESP do EBP.

–Je

ż

eli potrzebne s

ą

zmienne

lokalne

odpowiednia

liczba

całkowita

odejmowana jest od ESP

,

aby utworzy

ć

miejsce na stosie.

Zmienne wewnętrzne procedury

Ramka ze zmiennymi wewn

ę

trznymi procedury

Przykład: zmienne wewnętrzne procedury -

rekursja

•

Proces powstaj

ą

cy gdy . . .

– procedura wywołuje sam

ą

siebie

– Procedura A wywołuje procedur

ę

B, która wywołuje

procedur

ę

A

•

Rekursja tworzy cykl (patrz ilustracja graficzna)

A

B

D

E

C

Problem: rekursywne
wywołanie – równocze

ś

nie

u

ż

ywane te same parametry

Rekursywne obliczanie sumy

CalcSum PROC

cmp ecx,0

; sprawd

ź

wart. licznika

jz L2

; ko

ń

cz, gdy zero

add eax,ecx

; gdy nie, dodaj do sumy

dec ecx

; zmniejsz licznik

call CalcSum

; wywołaj rekursywnie

L2: ret
CalcSum ENDP

Procedura CalcSum rekursywnie oblicza sum

ę

elementów tablicy

(całkowite). Wej

ś

cie: ECX = liczba. Wyj

ś

cie: EAX = suma

Ramka na stosie:

12

n

n-1

R e turnMain

e bp

0

11

R e turnFact

e bp

1

10

R e turnFact

e bp

2

9

R e turnFact

e bp

3

n-2

n-3

(e tc...)

mov esp,ebp
pop ebp

ret 8

Instrukcja: ENTER (Make Stack Frame, 80286+)

Instrukcja tworzy ramkę na stosie dla procedury używającej parametrów
własnych zlokalizowanych na stosie.

Składnia:

ENTER immed16, 0

ENTER immed16, 1

ENTER immed16, immed8

Ramka na stosie – przykład Intel

Liczba bajtów do zarezerwowania.

Immed16=0

↔

ENTER = push bp,

mov bp,sp.

Maksymalny poziom

zagnie

ż

d

ż

enia

Parametry wyników z procedury

•

Rejestry

•

Stos

•

Pami

ęć

(blok)

return

result

....

przed opuszczeniem procedury

stos

result1
result2

....

zwykle wska

ź

nik do bloku (rejestr

lub stos) + tablica w pami

ę

ci

ptr