ID: 4495

Название работы: Массивы на языке ассемблера

Категория: Лекция

Предметная область: Информатика, кибернетика и программирование

Описание: Массивы на языке ассемблера Дадим формальное определение: массив - структурированный тип данных, состоящий из некоторого числа элементов одного типа. Для того чтобы разобраться в возможностях и особенностях обработки массивов в программах на ассембл...

Язык: Русский

Дата добавления: 2012-11-21

Размер файла: 35.65 KB

Работу скачали: 141 чел.

Массивы на языке ассемблера

Дадим формальное определение:

массив - структурированный тип данных, состоящий из некоторого числа элементов одного типа.

Для того чтобы разобраться в возможностях и особенностях обработки массивов в программах на ассемблере, нужно ответить на следующие вопросы:

1.  Как описать массив в программе?
2.  Как инициализировать массив, то есть как задать начальные значения его элементов?
3.  Как организовать доступ к элементам массива?
4.  Как организовать массивы с размерностью более одной?
5.  Как организовать выполнение типовых операций с массивами?

Описание и инициализация массива в программе

Специальных средств описания массивов в программах ассемблера, конечно, нет. При необходимости использовать массив в программе его нужно моделировать одним из следующих способов:

1.  Перечислением элементов массива в поле операндов одной из директив описания данных. При перечислении элементы разделяются запятыми. К примеру:

;массив из 5 элементов.Размер каждого элемента 4 байта: mas dd 1,2,3,4,5

1.  Используя оператор повторения dup. К примеру:

;массив из 5 нулевых элементов. ;Размер каждого элемента 2 байта: mas dw 5 dup (0)

Такой способ определения используется для резервирования памяти с целью размещения и инициализации элементов массива.

1.  Используя директивы label и rept. Пара этих директив может облегчить описание больших массивов в памяти и повысить наглядность такого описания. Директива rept относится к макросредствам языка ассемблера и вызывает повторение указанное число раз строк, заключенных между директивой и строкой endm. К примеру, определим массив байт в области памяти, обозначенной идентификатором mas_b. В данном случае директива label определяет символическое имя mas_b, аналогично тому, как это делают директивы резервирования и инициализации памяти. Достоинство директивы label в том, что она не резервирует память, а лишь определяет характеристики объекта. В данном случае объект — это ячейка памяти. Используя несколько директив label, записанных одна за другой, можно присвоить одной и той же области памяти разные имена и разный тип, что и сделано в следующем фрагменте:

... n=0 ... mas_b label byte mas_w label word rept 4 dw 0f1f0h endm

В результате в памяти будет создана последовательность из четырех слов f1f0. Эту последовательность можно трактовать как массив байт или слов в зависимости от того, какое имя области мы будем использовать в программе — mas_b или mas_w.

1.  Использование цикла для инициализации значениями области памяти, которую можно будет впоследствии трактовать как массив.
2.  Посмотрим на примере листинга 2, каким образом это делается.

Листинг 2 Инициализация массива в цикле ;prg_12_1.asm MASM MODEL small STACK 256 .data mes db 0ah,0dh,'Массив- ','$' mas db 10 dup (?) ;исходный массив i db 0 .code main: mov ax,@data mov ds,ax xor ax,ax ;обнуление ax mov cx,10 ;значение счетчика цикла в cx mov si,0 ;индекс начального элемента в cx go:    ;цикл инициализации mov bh,i ;i в bh mov mas[si],bh ;запись в массив i inc i  ;инкремент i inc si  ;продвижение к следующему элементу массива loop go ;повторить цикл ;вывод на экран получившегося массива  mov cx,10 mov si,0 mov ah,09h lea dx,mes int 21h show:  mov ah,02h ;функция вывода значения из al на экран mov dl,mas[si] add dl,30h ;преобразование числа в символ  int 21h inc si loop show exit: mov ax,4c00h ;стандартный выход int 21h end main  ;конец программы

Доступ к элементам массива

При работе с массивами необходимо четко представлять себе, что все элементы массива располагаются в памяти компьютера последовательно.

Само по себе такое расположение ничего не говорит о назначении и порядке использования этих элементов. И только лишь программист с помощью составленного им алгоритма обработки определяет, как нужно трактовать эту последовательность байт, составляющих массив. Так, одну и ту же область памяти можно трактовать как одномерный массив, и одновременно те же самые данные могут трактоваться как двухмерный массив. Все зависит только от алгоритма обработки этих данных в конкретной программе. Сами по себе данные не несут никакой информации о своем “смысловом”, или логическом, типе. Помните об этом принципиальном моменте.

Эти же соображения можно распространить и на индексы элементов массива. Ассемблер не подозревает об их существовании и ему абсолютно все равно, каковы их численные смысловые значения.

Для того чтобы локализовать определенный элемент массива, к его имени нужно добавить индекс. Так как мы моделируем массив, то должны позаботиться и о моделировании индекса. В языке ассемблера индексы массивов — это обычные адреса, но с ними работают особым образом. Другими словами, когда при программировании на ассемблере мы говорим об индексе, то скорее подразумеваем под этим не номер элемента в массиве, а некоторый адрес.

Давайте еще раз обратимся к описанию массива. К примеру, в программе статически определена последовательность данных:

mas dw 0,1,2,3,4,5

Пусть эта последовательность чисел трактуется как одномерный массив. Размерность каждого элемента определяется директивой dw, то есть она равна 2 байта. Чтобы получить доступ к третьему элементу, нужно к адресу массива прибавить 6. Нумерация элементов массива в ассемблере начинается с нуля.

То есть в нашем случае речь, фактически, идет о 4-м элементе массива — 3, но об этом знает только программист; микропроцессору в данном случае все равно — ему нужен только адрес.

В общем случае для получения адреса элемента в массиве необходимо начальный (базовый) адрес массива сложить с произведением индекса (номер элемента минус единица) этого элемента на размер элемента массива:

база + (индекс*размер элемента) 

Архитектура микропроцессора предоставляет достаточно удобные программно-аппаратные средства для работы с массивами. К ним относятся базовые и индексные регистры, позволяющие реализовать несколько режимов адресации данных. Используя данные режимы адресации, можно организовать эффективную работу с массивами в памяти. Вспомним эти режимы:

1.  индексная адресация со смещением — режим адресации, при котором эффективный адрес формируется из двух компонентов:
2.  постоянного (базового) — указанием прямого адреса массива в виде имени идентификатора, обозначающего начало массива;
3.  переменного (индексного) — указанием имени индексного регистра.
4.  К примеру:

mas dw 0,1,2,3,4,5 ... mov si,4 ;поместить 3-й элемент массива mas в регистр ax: mov ax,mas[si]

1.  базовая индексная адресация со смещением — режим адресации, при котором эффективный адрес формируется максимум из трех компонентов:
2.  постоянного (необязательный компонент), в качестве которой может выступать прямой адрес массива в виде имени идентификатора, обозначающего начало массива, или непосредственное значение;
3.  переменного (базового) — указанием имени базового регистра;
4.  переменного (индексного) — указанием имени индексного регистра.

Этот вид адресации удобно использовать при обработке двухмерных массивов. Пример использования этой адресации мы рассмотрим далее при изучении особенностей работы с двухмерными массивами.

Напомним, что в качестве базового регистра может использоваться любой из восьми регистров общего назначения. В качестве индексного регистра также можно использовать любой регистр общего назначения, за исключением esp/sp.

Микропроцессор позволяет масштабировать индекс. Это означает, что если указать после имени индексного регистра знак умножения “*” с последующей цифрой 2, 4 или 8, то содержимое индексного регистра будет умножаться на 2, 4 или 8, то есть масштабироваться.

Применение масштабирования облегчает работу с массивами, которые имеют размер элементов, равный 2, 4 или 8 байт, так как микропроцессор сам производит коррекцию индекса для получения адреса очередного элемента массива. Нам нужно лишь загрузить в индексный регистр значение требуемого индекса (считая от 0). Кстати сказать, возможность масштабирования появилась в микропроцессорах Intel, начиная с модели i486. По этой причине в рассматриваемом здесь примере программы стоит директива .486. Ее назначение, как и ранее использовавшейся директивы .386, в том, чтобы указать ассемблеру при формировании машинных команд на необходимость учета и использования дополнительных возможностей системы команд новых моделей микропроцессоров.

В качестве примера использования масштабирования рассмотрим листинг 3, в котором просматривается массив, состоящий из слов, и производится сравнение этих элементов с нулем. Выводится соответствующее сообщение.

Листинг 3. Просмотр массива слов с использованием масштабирования ;prg_12_2.asm MASM MODEL small STACK 256 .data ;начало сегмента данных ;тексты сообщений: mes1 db 'не равен 0!$',0ah,0dh mes2 db 'равен 0!$',0ah,0dh mes3 db 0ah,0dh,'Элемент $' mas dw 2,7,0,0,1,9,3,6,0,8 ;исходный массив .code .486  ;это обязательно main: mov ax,@data mov ds,ax ;связка ds с сегментом данных  xor ax,ax ;обнуление ax prepare:  mov cx,10 ;значение счетчика цикла в cx  mov esi,0 ;индекс в esi compare:  mov dx,mas[esi*2] ;первый элемент массива в dx cmp dx,0 ;сравнение dx c 0 je equal ;переход, если равно not_equal:  ;не равно mov ah,09h ;вывод сообщения на экран lea dx,mes3 int 21h mov ah,02h ;вывод номера элемента массива на экран  mov dx,si add dl,30h int 21h mov ah,09h lea dx,mes1  int 21h inc esi  ;на следующий элемент dec cx  ;условие для выхода из цикла jcxz exit ;cx=0? Если да — на выход jmp compare ;нет — повторить цикл equal:   ;равно 0 mov ah,09h ;вывод сообщения mes3 на экран  lea dx,mes3 int 21h mov ah,02h mov dx,si add dl,30h  int 21h mov ah,09h ;вывод сообщения mes2 на экран lea dx,mes2 int 21h inc esi  ;на следующий элемент dec cx  ;все элементы обработаны?  jcxz exit jmp compare exit:  mov ax,4c00h ;стандартный выход int 21h end main ;конец программы

Еще несколько слов о соглашениях:

1.  Если для описания адреса используется только один регистр, то речь идет о базовой адресации и этот регистр рассматривается как базовый:

;переслать байт из области данных, адрес которой находится в регистре ebx: mov al,[ebx]

1.  Если для задания адреса в команде используется прямая адресация (в виде идентификатора) в сочетании с одним регистром, то речь идет об индексной адресации. Регистр считается индексным, и поэтому можно использовать масштабирование для получения адреса нужного элемента массива:

add eax,mas[ebx*4] ;сложить содержимое eax с двойным словом в памяти ;по адресу mas + (ebx)*4

1.  Если для описания адреса используются два регистра, то речь идет о базово-индексной адресации. Левый регистр рассматривается как базовый, а правый — как индексный. В общем случае это не принципиально, но если мы используем масштабирование с одним из регистров, то он всегда является индексным. Но лучше придерживаться определенных соглашений.
2.  Помните, что применение регистров ebp/bp и esp/sp по умолчанию подразумевает, что сегментная составляющая адреса находится в регистре ss.

Заметим, что базово-индексную адресацию не возбраняется сочетать с прямой адресацией или указанием непосредственного значения. Адрес тогда будет формироваться как сумма всех компонентов.

К примеру:

mov ax,mas[ebx][ecx*2] ;адрес операнда равен [mas+(ebx)+(ecx)*2] ... sub dx,[ebx+8][ecx*4] ;адрес операнда равен [(ebx)+8+(ecx)*4]

Но имейте в виду, что масштабирование эффективно лишь тогда, когда размерность элементов массива равна 2, 4 или 8 байт. Если же размерность элементов другая, то организовывать обращение к элементам массива нужно обычным способом, как описано ранее.

Рассмотрим пример работы с массивом из пяти трехбайтовых элементов (листинг 4). Младший байт в каждом из этих элементов представляет собой некий счетчик, а старшие два байта — что-то еще, для нас не имеющее никакого значения. Необходимо последовательно обработать элементы данного массива, увеличив значения счетчиков на единицу.

Листинг 4. Обработка массива элементов с нечетной длиной ;prg_11_3.asm MASM MODEL small ;модель памяти STACK 256 ;размер стека .data   ;начало сегмента данных N=5    ;количество элементов массива mas db 5 dup (3 dup (0)) .code   ;сегмент кода main:   ;точка входа в программу mov ax,@data mov ds,ax xor ax,ax ;обнуление ax mov si,0 ;0 в si  mov cx,N ;N в cx go:  mov dl,mas[si] ;первый байт поля в dl inc dl   ;увеличение dl на 1 (по условию) mov mas[si],dl ;заслать обратно в массив add si,3 ;сдвиг на следующий элемент массива loop go ;повтор цикла mov si,0 ;подготовка к выводу на экран mov cx,N show:   ;вывод на экран содержимого ;первых байт полей mov dl,mas[si]  add dl,30h mov ah,02h int 21h loop show exit:  mov ax,4c00h ;стандартный выход int 21h end main   ;конец программы