模塊化程序設(shè)計(jì)

1、第14章 模塊化程序設(shè)計(jì) 14.1 段間調(diào)用 14.2 定義外部標(biāo)識(shí)符偽指令 14.3 使用EXTRN和PUBLIC的范例 14.4 在指令段使用PUBLIC 14.5 在數(shù)據(jù)段使用PUBLIC 14.6 參數(shù)傳送 14.7 C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的鏈接 14.1 段 間 調(diào) 用 前面介紹的CALL 指令都是段內(nèi)的調(diào)用，即在同一個(gè)指令段內(nèi)。段內(nèi)調(diào)用的CALL指令范圍為0000HFFFFH。一條段內(nèi)調(diào)用指令(CALL) 的目的碼是3個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，例如： E8 2000 (0020) ；十六進(jìn)制 十六進(jìn)制E8是段內(nèi)調(diào)用指令(CALL)機(jī)器指令的操作碼，其操作是先把當(dāng)前IP指令指針寄存器的值壓入堆棧保存，這

2、個(gè)值是CALL的下一條指令地址；然后，再把被調(diào)用的子程序的偏移地址(2000逆序)值送入IP 寄存器，IP0020。微處理器把當(dāng)前CS的值和IP的值相結(jié)合形成物理地址，此地址指向被調(diào)用子程序的第1字節(jié)。當(dāng)子程序的執(zhí)行中，遇到RET指令離開子程序返回時(shí)，RET指令會(huì)從堆棧中彈出IP的保留值，并把它裝入IP，使程序返回到CALL的下一條指令繼續(xù)執(zhí)行，這個(gè)過程是段內(nèi)調(diào)用。 其特點(diǎn)是在子程序調(diào)用、返回過程中段寄存器CS不變化，只有指令指針寄存器IP發(fā)生變化。主程序與被調(diào)用的子程序同在一個(gè)段內(nèi)。 模塊化程序設(shè)計(jì)必然涉及到模塊間的調(diào)用問題。模塊間的調(diào)用是通過段間的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。若被調(diào)用的子程序是在現(xiàn)指令段

3、之外，則稱為段間調(diào)用。一條段間調(diào)用指令(CALL)的機(jī)器指令碼共有5個(gè)字節(jié)。例如： 9A 0002 AF04 (04AF 0200) ；十六進(jìn)制 十六進(jìn)制9A是段間調(diào)用指令(CALL)機(jī)器指令的操作碼。操作是：首先將CS段寄存器的值壓入堆棧，并把被調(diào)用子程序所在段的段值(AF04逆序)裝入CS段寄存器，CS04AF；然后把IP指令指針寄存器的值壓入堆棧，并將被調(diào)用子程序相應(yīng)的偏移地址(0002逆序)裝入IP，IP0200。 這些操作建立了被調(diào)用子程序的第一條待執(zhí)行指令的地址： 十六進(jìn)制 段 值： CS 04AF0 偏移地址： IP + 0200 物理地址： 04CF0 當(dāng)離開子程序返回時(shí)，段間

4、調(diào)用的RET指令會(huì)從堆棧中依序彈出IP和CS兩個(gè)寄存器的原值，返回到CALL的下一條指令。其特點(diǎn)是在子程序調(diào)用、返回過程中，段寄存器CS和指令指針寄存器IP均發(fā)生變化。主程序與被調(diào)用的子程序不在同一個(gè)段內(nèi)。 14.2 定義外部標(biāo)識(shí)符偽指令 當(dāng)進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮的問題是模塊間控制的耦合和數(shù)據(jù)的耦合?？刂岂詈暇褪悄K在怎樣的環(huán)境下如何進(jìn)入又如何退出。數(shù)據(jù)耦合就是諸模塊間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。例如，有一個(gè)主模塊(MAINPROG)調(diào)用一個(gè)子模塊(SUBPROG)，它要用到一個(gè)段間調(diào)用(CALL)，如圖14-1所示。 EXTRN SUBPROG:FARMAINPROG: CALL SUBPR

5、OG PUBLIC SUBPROGSUBPROG: RET圖14-1 段間調(diào)用 主模塊MAINPROG內(nèi)的CALL指令，必須知道子模塊SUBPROG是位于本段之外的標(biāo)號(hào)。否則匯編過程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息指出SUBPROG是一個(gè)未定義的符號(hào)。EXTRN偽指令就是執(zhí)行此功能的，它告訴匯編程序SUBPROG是一個(gè)遠(yuǎn)程的標(biāo)號(hào)(FAR Label)，是定義在另一個(gè)模塊里的。因?yàn)閰R編程序無(wú)法知道真是如此，所以就產(chǎn)生“空的”目的操作數(shù)0000，即先空出；而由鏈接程序在鏈接時(shí)再填入確定值。例如(參考例14.4主模塊程序清單)： 0011 9A0000-E 子模塊SUBPROG內(nèi)含有一個(gè)PUBLIC偽指令，它告

6、訴匯編程序和鏈接程序，其他模塊需要知道SUBPROG的地址。當(dāng)MAINPROG與SUBPROG都已匯編成目的模塊文件后，它們可以下列的方式來(lái)鏈接： LINK MAINPROG+SUBPROG Run File MAINPROG.EXE: List File NUL.MAP: CON Libraries .LIB: 鏈接程序?qū)⒁粋€(gè)目的模塊內(nèi)的EXTRN匹配上另一個(gè)模塊內(nèi)的PUBLIC，并將插入所有需要的偏移地址，然后把兩個(gè)目的模塊組合成一個(gè)可執(zhí)行的文件。若有不匹配的情況，鏈接程序會(huì)給出錯(cuò)誤信息。 利用EXTRN和PUBLIC這兩條偽指令，一個(gè)模塊可以訪問其他模塊的標(biāo)識(shí)符(變量或者標(biāo)號(hào))。如果一個(gè)

7、標(biāo)識(shí)符只在這一個(gè)模塊中定義過，那么它相對(duì)這個(gè)模塊就是一個(gè)內(nèi)部的標(biāo)識(shí)符或局部標(biāo)識(shí)符。如果它沒有在這一個(gè)模塊中定義過，而是在其他一個(gè)模塊中定義過，那么它相對(duì)于該模塊就稱為外部標(biāo)識(shí)符。 對(duì)于只產(chǎn)生一個(gè)單一目標(biāo)模塊的匯編語(yǔ)言程序而言，它所訪問的所有標(biāo)識(shí)符必須是局部(內(nèi)部)定義的，否則就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息匯編程序會(huì)查出有一個(gè)未定義的標(biāo)識(shí)符(標(biāo)號(hào)或變量)存在。對(duì)于多模塊程序來(lái)說(shuō)，必須給匯編程序一個(gè)信息以說(shuō)明其間的有些標(biāo)識(shí)符是外部的，而不至于匯編程序把它們理解為一些無(wú)效的標(biāo)識(shí)符。此外為了允許其他模塊訪問本給定模塊中的標(biāo)識(shí)符，該給定模塊必須包含一個(gè)標(biāo)識(shí)符清單，以說(shuō)明其中的標(biāo)識(shí)符可以讓其他模塊訪問。因此，每個(gè)模

8、塊可含有(不一定絕對(duì)含有)兩個(gè)清單，一個(gè)清單表明它所訪問其他模塊的外部標(biāo)識(shí)符(EXTRN)，而另一個(gè)則列出它所定義的且讓其他模塊訪問的標(biāo)識(shí)符(PUBLIC)； 這兩個(gè)清單靠EXTRN和PUBLIC這兩條偽指令來(lái)列出。 EXTRN和PUBLIC偽指令的格式如下： EXTRN 標(biāo)識(shí)符：類型, PUBLIC 標(biāo)識(shí)符， EXTRN偽指令里的標(biāo)識(shí)符是被申明的外部的變量或標(biāo)號(hào)，而PUBLIC偽指令里的標(biāo)識(shí)符是供其他模塊使用的變量或標(biāo)號(hào)。由于在產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)器代碼之前，匯編語(yǔ)言必須要知道所有標(biāo)識(shí)符的類型，以便確定指令的字節(jié)數(shù)(長(zhǎng)度)，故在EXTRN偽指令里的每一個(gè)標(biāo)識(shí)符都伴有類型符出現(xiàn)。 對(duì)于變量來(lái)說(shuō)，類型有

9、BYTE、WORD、DWORD等，對(duì)于標(biāo)號(hào)來(lái)說(shuō)類型則有NEAR或FAR。注意：標(biāo)識(shí)符可以是變量、符號(hào)常量、標(biāo)號(hào)和過程名。 例如：INC VAR1 語(yǔ)句，如果VAR1是外部變量，并且是一字變量，那么在含有這個(gè)語(yǔ)句的模塊中必須使用下列偽指令： EXTRN ,VAR1:WORD 而在定義VAR1的模塊中則一定要有下面的偽指令： PUBLIC ,VAR1 鏈接程序的主要任務(wù)之一，就是檢測(cè)并證實(shí)EXTRN語(yǔ)句里的每一個(gè)標(biāo)識(shí)符是否與PUBLIC語(yǔ)句的標(biāo)識(shí)符相匹配，如果不相匹配，鏈接程序就會(huì)給出出錯(cuò)信息。下面給出三個(gè)模塊，說(shuō)明鏈接程序是怎樣查找匹配，并指出其中錯(cuò)誤。 模塊1：EXTRN VAR2:WORD,

10、LAB2:FARPUBLIC VAR1,LAB1; DATA1 SEGMENT VAR1 DB 2 VAR3 DB ? VAR4 DW ?DATA1 ENDS; LAB1: 模塊2：EXTRN VAR1:BYTE,VAR4:WORDPUBLIC VAR2 鏈接錯(cuò)誤，原因是模塊1中PUBLIC ; 沒有申明匹配 DATA2 SEGMENT VAR2 DW 0 VAR3 DB 5 DUP(?)DATA2 ENDS ; 模塊3：EXTRN LAB1:FARPUBLIC LAB2,LAB3 ; 其他模塊未使用LAB2: 不需申明LAB3: 14.3 使用EXTRN和PUBLIC的范例 下面的例子中含有

11、兩個(gè)模塊：主模塊CALLMUL1和一個(gè)子模塊SUBMUL1。主模塊定義了堆棧段、數(shù)據(jù)段和指令段。數(shù)據(jù)段定義了兩個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)PRICE和QTY。指令段分別把PRICE和QTY裝入AX和BX寄存器，然后調(diào)用子模塊。主模塊內(nèi)的偽指令EXTRN指明了本模塊使用的外部模塊SUBMUL1。 子模塊內(nèi)有一條偽指令PUBLIC，它告訴鏈接程序SUMUL1是由其他模塊調(diào)用的，同時(shí)指明此處是鏈接的進(jìn)入點(diǎn)。子模塊的功能是把AX寄存器的內(nèi)容乘以BX寄存器的內(nèi)容，所得乘積放入DX:AX這一對(duì)寄存器內(nèi)。 子模塊內(nèi)沒有定義任何數(shù)據(jù)，所以它沒有數(shù)據(jù)段；也可以定義數(shù)據(jù)段，但只能在子模塊中使用。 在子模塊內(nèi)也沒有定義堆棧段，它與主模

12、塊共同使用一個(gè)堆棧。所以，在主模塊中定義的堆棧，子模塊也可以使用。鏈接程序要求至少有一個(gè)堆棧段，在主模塊內(nèi)定義的堆棧段就可以滿足要求。例14.1 EXTRN和PUBLIC應(yīng)用。 主模塊程序清單如下：; 主模塊：; EXTRN SUBMUL1:FAR; STACK SEGMENT PARA STACK STACK DW 64 DUP (?)STACK ENDS; DATASGSEGMENT PARA DATAQTY DW 0140HPRICE DW 2500HDATASGENDS; CODESG SEGMENT PARA CODEBEGIN PROC FAR ASSUME CS:CODESG,D

13、S:DATASG,SS:STACKPUSH DS SUB AX,AX PUSH AX MOVAX,DATASG MOV DS,AX MOV AX,PRICE MOV BX,QTY CALL SUBMUL1 RETBEGIN ENDPCODESG ENDS END BEGIN 子模塊程序清單如下：; ;子模塊：CODESG SEGMENT PARA CODESUBMUL1 PROC FAR ASSUME CS:CODESG PUBLIC SUBMUL1 MUL BX RETSUBMUL1 ENDPCODESG ENDS END SUBMUL1主模塊和子模塊分別匯編正確無(wú)誤后，參考上節(jié)內(nèi)容鏈接，產(chǎn)

14、生一個(gè)EXE文件。C:masmLINK CALLMUL1+SUBMUL1Run File CALLMUL1.EXE:Enter(回車)List File NUL.MAP: EnterLibraries .LIB: Enter14.4 在指令段使用PUBLIC 在主模塊的指令段和子模塊的指令段使用PUBLIC偽指令，鏈接程序會(huì)把兩個(gè)邏輯指令區(qū)段結(jié)合成一個(gè)實(shí)際的指令段。在例14.1的主模塊和子模塊中各有一處修改，均是在指令段的SEGMENT偽指令內(nèi)使用PUBLIC，用法如下:COD ESG SEGMENT PARA PUBLIC CODE 例14.2 在指令段使用PUBLIC。主模塊程序清單如下：

15、; 主模塊:; EXTRN SUBMUL:FAR; STACK SEGMENT PARA STACK STACK DW 64 DUP (?)STACK ENDS; DATASGSEGMENT PARA DATAQTY DW 0140HPRICE DW 2500HDATASG ENDS; CODESG SEGMENT PARA PUBLIC CODEBEGIN PROC FAR ASSUME CS:CODESG,DS:DATASG,SS:STACK PUSH DS SUB AX,AX PUSH AX MOV AX,DATASG MOV DS,AX MOV AX,PRICE MOV BX,QTY

16、CALL SUBMUL RETBEGIN ENDPCODESG ENDS END BEGIN子模塊程序清單如下：; ; 子模塊：CODESG SEGMENT PARA PUBLIC CODESUBMUL PROC FAR ASSUME CS:CODESG PUBLIC SUBMUL MUL BX RETSUBMUL ENDPCODESG ENDS END SUBMUL 當(dāng)兩個(gè)段使用同一個(gè)名稱(CODESG)、同樣的類型(CODE)以及同樣段的組合類型(PUBLIC)時(shí)，鏈接程序會(huì)把這樣的兩個(gè)邏輯段組合成一個(gè)實(shí)際的物理指令區(qū)。通過匯編時(shí)產(chǎn)生的LST文件中的符號(hào)表，可以了解到一個(gè)指令段的情況；也可

17、利用DEBUG程序觀察到一個(gè)指令段的情況。14.5 在數(shù)據(jù)段使用PUBLIC 你可能會(huì)有這樣的需求，在一個(gè)模塊內(nèi)要處理另外一個(gè)模塊的數(shù)據(jù)。例如前面的例題中，主模塊仍然定義數(shù)據(jù)PRICE和QTY；但是由子模塊使用它們，把它們的值放入AX和BX。程序修改如下： 例14.3 在數(shù)據(jù)段使用PUBLIC。主模塊程序清單如下：; 主模塊:; EXTRN SUBMUL:FARPUBLIC QTY,PRICE; STACK SEGMENT PARA STACK STACK DW 64 DUP (?)STACK ENDS; DATASGSEGMENT PARA PUBLIC DATAQTY DW 0140HPR

18、ICE DW 2500HDATASGENDS; CODESG SEGMENT PARA PUBLIC CODEBEGIN PROC FAR ASSUME CS:CODESG,DS:DATASG,SS:STACK PUSH DS SUB AX,AX PUSH AX MOV AX,DATASG MOV DS,AX CALL SUBMUL RETBEGIN ENDPCODESG ENDS END BEGIN 子模塊程序清單如下：; ; 子模塊： EXTRN QTY:WORD,PRICE:WORD; CODESG SEGMENT PARA PUBLIC CODESUBMUL PROC FAR ASSU

19、ME CS:CODESG PUBLIC SUBMUL MOV AX,PRICE MOV BX,QTY MUL BX RETSUBMUL ENDPCODESG ENDS END SUBMULPUBLIC QTY,PRICE ；聲明主模塊的QTY和PRICE為外部引用EXTRN QTY:WORD,PRICE:WORD；聲明QTY 和PRICE是外部標(biāo)識(shí)符 子模塊中使用了主模塊的變量，所以兩個(gè)模塊中都應(yīng)進(jìn)行聲明：14.6 參 數(shù) 傳 送 主模塊調(diào)用子模塊，通常也稱為主程序調(diào)用子程序，主程序經(jīng)常要傳送一些參數(shù)給子程序，子程序運(yùn)行完成后一般都要返回一些信息給主程序。這種主程序和子程序間的信息傳送稱為參數(shù)

20、傳送或過程間的數(shù)據(jù)通信。參數(shù)傳送的方法有三種：(1) 利用寄存器傳遞參數(shù)：適用參數(shù)較少時(shí)；(2) 利用存儲(chǔ)器傳遞參數(shù)：適用參數(shù)較多時(shí)；(3) 利用堆棧傳遞參數(shù)：適用嵌套、遞歸情況。數(shù)據(jù)傳送根據(jù)范圍可分為以下幾種：(1) 同一個(gè)模塊內(nèi)的段內(nèi)參數(shù)傳送。(2) 同一個(gè)模塊內(nèi)的段間參數(shù)傳送。(3) 不同模塊間的參數(shù)傳送。(4) 不同語(yǔ)言間的參數(shù)傳送 例14.4 利用堆棧傳送參數(shù)。 主模塊程序清單如下：; 主模塊：; EXTRN SUBMUL:FAR ; 0000STACK SEGMENT PARA STACK STACK 0000 0040 DW 64 DUP (?) ? 0080STACK ENDS

21、 ; 0000DATASGSEGMENT PARA DATA 0000 0140QTY DW 0140H 0002 2500PRICE DW 2500H 0004DATASG ENDS ; 0000CODESG SEGMENT PARA PUBLIC CODE 0000BEGIN PROC FAR ASSUME CS:CODESG,DS:DATASG,SS:STACK 0000 1EPUSH DS 0001 2B C0 SUB AX,AX 0003 50 PUSH AX 0004 B8 - RMOV AX,DATASG 0007 8E D8 MOV DS,AX 0009 FF 36 0002

22、R PUSH PRICE 000D FF 36 0000 R PUSH QTY 0011 9A 0000 E CALL SUBMUL 0016 CBRET 0017BEGIN ENDP 0017CODESG ENDS END BEGIN 子模塊程序清單如下：; ;子模塊： 0000CODESG SEGMENT PARA PUBLIC CODE 0000SUBMUL PROC FAR ASSUME CS:CODESG PUBLIC SUBMUL 0000 55PUSH BP 0001 8B ECMOV BP,SP 0003 8B 46 08MOV AX,BP+8 0006 8B 5E 06MOV

23、 BX,BP+6 0009 F7 E3MUL BX 000B 5DPOP BP 000C CA 0004RET 4 000FSUBMUL ENDP 000FCODESG ENDS END 主模塊程序在調(diào)用子模塊程序SUBMUL之前，把 PRICE和 QTY都?jí)喝攵褩！?堆棧的變化如下： 16 00 XX XX 40 01 00 25 00 00 XX XX 6 5 4 3 2 1(1) PUSH DS 將DS中的段地址壓入堆棧。(2) PUSH AX 把偏移地址0壓入堆棧。(3) PUSH PRICE 把2500壓入堆棧。(4) PUSH QTY 把0140壓入堆棧。(5) CALL 把CS寄

24、存器的內(nèi)容壓入堆棧。(6) IP 指令指針寄存器的內(nèi)容0016 也被壓入堆棧。 被調(diào)用的子模塊程序SUBMUL要用BP來(lái)取得堆棧內(nèi)的參數(shù)。它的第一個(gè)操作是把BP的內(nèi)容壓入到堆棧保存起來(lái)。本例中BP的內(nèi)容正好是0，然后把SP的內(nèi)容送入BP。因?yàn)锽P可以作為尋址寄存器，而SP則不行。此操作使BP的值為0072，因?yàn)镾P的初值應(yīng)是堆棧的大小十六進(jìn)制80，每次壓入堆棧一個(gè)字SP減2。堆棧指針的變化應(yīng)是： 00 00 16 00 XX XX 40 01 00 25 00 00 XX XX .SP: 72 74 76 78 7A 7C 7E 80 因?yàn)楝F(xiàn)在BP的內(nèi)容是0072，所以PRICE在BP+8位置

25、，而QTY在BP+6位置。下面兩條指令把這些值分別搬入AX和BX，然后作乘法。要從子模塊程序回到調(diào)用程序時(shí)，先恢復(fù)BP的值0000并將SP加2，從72變成74。 最后一條指令RET，是一條子程序返回指令，它執(zhí)行下列操作： (1) 彈出當(dāng)前堆棧頂端的字1600送入IP。 (2) 把SP+2，SP從74增為76。 (3) 取出目前堆棧頂端的字(XXXX)，存入CS。 (4) 把SP+2，SP從76增為78。 子程序返回指令帶有參數(shù)即RET 4，指令中的4的作用是保證正確返回，將SP的值加4修正為7C。這是因?yàn)槎褩?nèi)的參數(shù)已不再需要，故予以舍棄。使用堆棧傳送參數(shù)時(shí)應(yīng)特別小心，SP的值弄錯(cuò)的話會(huì)產(chǎn)生預(yù)想不到的結(jié)果。14.7 C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的鏈接 C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的鏈接是指C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的互相調(diào)用。通常只是指從C語(yǔ)言調(diào)用匯編語(yǔ)言程序。這是因?yàn)镃語(yǔ)言不但編程容易，而且效率高。但是，匯編語(yǔ)言效率最高，特別是適合對(duì)硬件的直接控制