Макросредства ассемблера.

Современные ассемблеры содержат в себе так называемые макросредства и по этой причине называются иногда макроассемблерами. Общая идея макросредств заключается в том, что включением в исходный текст программы предложений специального языка макросредств (макроязыка) мы в какой-то степени управляем процессом трансляции программы. Макроязык позволяет выполнять или не выполнять трансляцию отдельных участков программы в зависимости от некоторого нами же определяемого условия (условная трансляция); осуществлять размножение участка исходного текста программы, в том числе, с модификацией каждого повторения (блоки повторения); включать в программу написанные отдельно фрагменты с настройкой их текста в соответствии с заданными параметрами (макрокоманды). Объекты, создаваемые с помощью директив макроязыка, обычно называют макросами. Иногда, правда, термин макрос относят только к одному конкретному виду макросредств, именно, к макрокоманде. Использование макросов упрощает составление исходного текста программы и иногда делает этот текст более наглядным, хотя в отдельных случаях, как, например, в случае директив условной трансляции, наоборот, может привести к существенному усложнению исходного текста.
Как и во всяком языке программирования, в языке макросредств имеется много разного рода тонкостей, но в прикладном программировании зачастую используются лишь базовые возможности этого языка. Поэтому мы ограничимся здесь рассмотрением основных макросредств ассемблера.
Блоки повторения
Блоки повторения заставляют транслятор повторить заданный блок исходного текста указанное число раз. Повторяемый блок может состоять из директив описания данных (и тогда он включается в состав сегмента данных) или из команд процессора (и тогда он описывается в программном сегменте). Например, следующий фрагмент сегмента данных позволяет образовать массив, состоящий из кодов ASCII прописных русских букв:

sym='A' ;Начальное значение временной переменной

symbols: ;Имя массива для ссылок на него

rept 32 ;Повторять столько раз

db sym ;Повторяемая директива

sym=sym+l ;Изменение переменной

endm ;Конец блока повторения

Как видно из приведенного фрагмента, блок повторения начинается с директивы ассемблера rept (от repetition, повторение), а заканчивается директивой endm (end macro, конец макроса). Реально в сегменте данных выделяется 32 байт, заполненных числами от 81h до 9Fh, которые предполагается рассматривать, как последовательность русских букв. Того же результата можно было достигнуть с помощью следующего предложения:

symbols db "А", "Б", "В", "Г", и т.д. до буквы Я

или проще, хотя и менее наглядно:

symbols db 128,129,130,131, и т.д. до числа 159.

Макрос повторения несколько сокращает время, требуемое для описания в тексте программы требуемого массива, хотя, возможно, снижает наглядность этого описания.
При подключении к компьютеру измерительного или управляющего оборудования иногда возникает необходимость замедлить работу процессора при обращении к портам этого оборудования. Замедление осуществляется включением в текст программы одной или, если требуется, нескольких команд безусловного перехода на следующее предложение:

in AL,300h ;Первое обращение к оборудованию

jmp a ;Задержка на время

a: jmp b ;выполнения

b: jmp с ;трех команд jmp

c: in AL,301h ;Следующее обращение к оборудованию

Для того, чтобы не создавать много ненужных, в сущности, меток, такого рода предложения часто записывают следующим образом:

in AL, 300h ;Первое обращение к оборудованию

jmp $+2 ;Задержка на время

jmp $+2 ;выполнения

jmp $+2 ;трех команд jmp

in AL,301h ;Следующее обращение к оборудованию

Здесь используется обозначение счетчика текущего адреса S. При трансляции любой команды в счетчике текущего адреса содержится адрес этой команды (смещение ее первого байта). Команда короткого перехода занимает 2 байт, поэтом}' команда jmp $+2 осуществляет переход на команду, идущую следом.
Часто в подобных случаях ограничиваются одной командой jmp, которая создает необходимую задержку в доли микросекунды. В тех случаях, однако, когда устройство сопряжения с оборудованием работает заметно медленнее процессора, приходится включать между командами обращения к портам 5-6 команд jmp. Такой фрагмент можно оформить в виде блока повторения:

rept 6 jmp $+2 endm

Это, пожалуй, проще, чем писать 6 команд jmp.
Макросы повторения имеют несколько разновидностей, которые мы не будем здесь рассматривать.
Макрокоманды
Программы, написанные на языке ассемблера, часто содержат повторяющиеся участки текста с одинаковой структурой. Такой участок текста можно оформить в виде макроопределения, характеризующегося произвольным именем и необязательным списком формальных аргументов. После того, как такое определение сделано, появление в программе строки, содержащей имя макроопределения и список фактических аргументов (все это вместе называют макрокомандой), приводит к генерации всего требуемого текста, называемого макрорасширением. Варьируя фактические аргументы, можно, сохраняя неизменной структуру макрорасширения, изменить отдельные его элементы.
Макроопределение должно начинаться строкой с именем макроопределения и директивой macro, в поле аргументов которой указывается список формальных аргументов. Заканчивается макроопределение директивой endm.
Пусть в программе требуется неоднократно сохранять в стеке содержимое трех регистров, но в каждом конкретном случае номера регистров и их порядок отличаются. Оформим эти действия в виде макроопределения:

psh macroa,b,c

push a

push b

push с

endm

Появление в исходном тексте программы строки

psh АХ, ВХ, СХ

приведет к генерации следующего фрагмента текста:

push AX push BX push CX

Если же в исходном тексте имеется строка

psh DX, ES, ВР

то соответствующее макрорасширение будет иметь вид:

push DX

push ES

push BP

В качестве фактических аргументов могут выступать любые обозначения ассемблера, допустимые для данной команды. В частности, макровызов

psh mem, [BX], ES: [17h]

приведет к следующему макрорасширению:

push mem

push [BX]

push ES : [17h]

Если какие-то строки макроопределения должны быть помечены (например, с целью организации циклов), то обозначения меток следует объявить локальными с помощью оператора local. В этом случае ассемблер, генерируя макрорасширения, будет создавать собственные обозначения меток, не повторяющиеся при повторных вызовах одной и той же макрокоманды:

delay macro

local point

mov CX,200

point: loop point

endm

Макрос delay создает задержку фиксированной длительности. Если в текст программы включить две макрокоманды delay

…

delay

…

delay

то их макрорасширения, подставленные в текст программы, будут выглядеть следующим образом:

…

mov CX, 20000

??0000: loop ??0000

…
mov CX, 20000

??0000: loop ??0000

При повторных подстановках макроопределения транслятор заменяет обозначение метки point на различающиеся обозначения ??0000, ??0001 и т.д., обеспечивая тем самым правильное выполнение команд циклов и переходов.
Макрокоманды схожи с подпрограммами в том отношении, что в обоих случаях мы описываем некоторый программный фрагмент один раз, а обращаемся к нему многократно, возможно, с передачей различных параметров. Однако эти вычислительные средства различаются как по способу использования, так и по своим возможностям.
Подпрограммы позволяют сократить объем выполнимого файла за счет описания повторяющихся участков программы лишь однажды. При каждом вызове подпрограммы командой call происходит переход на один и тот же фрагмент программы, содержащий подпрограмму, а после выполнения подпрограммы - возврат назад в точку вызова. Текст подпрограммы полностью определяется на этапе ее написания, и изменения в ходе выполнения подпрограммы возможны только за счет передачи ей тех или иных конкретных значений.
Механизм использования макроса иной. Каждая макрокоманда, встретившаяся транслятору в тексте программы, заменяется им на полный текст макроопределения. Если макрокоманда содержит параметры, то в процессе этой замены происходит подстановка параметров в текст макроопределения. Образованное таким образом макрорасширение составляет часть текста программы, неотличимо от остальных предложений программы и не нуждается в каких-либо вызовах. В силу этих обстоятельств макрокоманды оказываются несколько эффективнее подпрограмм по скорости выполнения, особенно, если учесть время, требуемое для подготовки параметров перед вызовом подпрограммы (например, проталкивание их в стек). Вряд ли стоит, однако, проводить такое сравнение. Подпрограммы и макрокоманды имеют различные области применения.
Подпрограммы служат для сокращения объема программы, повышения ее наглядности и упрощения перестройки алгоритма выполнения всего программного комплекса путем изменения состава и порядка вызываемых подпрограмм. При этом активное использование подпрограмм может уменьшить размер всей программы в десятки раз.
Смысл использования макрокоманд совсем иной. Макрокоманды позволяют упростить процесс написания программы и, можно сказать, являются средством автоматизации программирования. При этом язык макрокоманд предоставляет большие возможности по изменению текста макрорасширения в зависимости от указываемых в макрокоманде параметров. Проиллюстрируем эти возможности на простом примере макрокоманды вывода на экран символа. Такой макрокомандой можно пользоваться в процессе отладки сложных программ, чтобы получать информацию о содержимом любых ячеек памяти. Пример оформлен в виде законченной программы, которая носит чисто демонстрационный характер.

;Пример 2-1. Использование макрокоманды
sym macroc ;Имя и формальный аргумент
push AX ;Сохраним используемые
push DX ;в макроопределении регистры
mov АН, 02h ;Функция DOS вывода символа
mov DL,c ;Заберем символ
int 21h ;Вызов DOS
pop DX ;Восстановим
pop AX ;регистры
endm ;Конец макроопределения
code segment
assume cs:code
main proc
sym 'w' ;Символ указан непосредственно
sym ES : 0 ;Вывод первого байта PSP
sym CS:msg ;Вывод первой буквы из msg
lea BX,msg-t-l ;Адрес второй буквы из msg
sym [BX] ;Вывод второй буквы
mov AX, 40h ;Настроим DS
mov DS,AX ;на начало памяти
sym DS:49h ;Вывод номера видеорежима
mov AX,4C00h ;Завершение программы
int 21h
main endp
msg db 'OK'
code ends

Тексты макроопределений обычно размещаются в самом начале программы, что дает возможность вызывать макрокоманды из любых точек программы. Содержательная часть макроса sym состоит в вызове функции 02h DOS, которая выводит на экран символ из регистра DL. Поскольку макрос использует регистры АХ и DX, они в начале макроса сохраняются в стеке, а перед его завершением восстанавливаются. В качестве параметра макрокоманды можно использовать любое обозначение ассемблера, которое может интерпретироваться, как адрес символа.
Сама программа умышленно построена несколько нестандартным образом. В ней имеется единственный сегмент с текстом программы, в конце которого помещена строка данных (слово 'ОК'). Такое расположение данных допустимо, однако для обращения к ним необходимо использовать замену сегмента (как это сделано в третьей строке программы), так как программный сегмент адресуется через регистр CS. Сегмент стека в программе отсутствует, что не очень хорошо, но для небольших программ допустимо. Фактически под стек будет использован самый низ сегмента команд, начиная с адреса FFFEh. Поскольку наша программа имеет размер, существенно меньше 64К, такое расположение стека не приведет ни к каким неприятностям (при большом размере программы стек мог бы начать затирать нижние строки программы).
В программе проиллюстрировано использование в качестве фактического аргумента макрокоманды различных конструкций языка: непосредственного обозначения символа (что, наверное, лишено смысла), прямого обращения к различным участкам памяти по абсолютным адресам через регистры ES и DS, адресации с использованием символического обозначения поля данных. На рис. 2.18 приведен вывод программы.

Рис. 2.18. Вывод программы 2.1.

Как уже отмечалось, при загрузке программы в память в регистры DS и ES заносится сегментный адрес префикса программы, поэтому адресация через ES позволяет прочитать содержимое PSP. Префикс содержит, главным образом, данные, необходимые системе для обслуживания текущей программы, но, кроме того, и несколько команд. В частности, префикс начинается с команды CD 20h, которая уже давно не используется, но в префиксе присутствует ради обеспечения совместимости со старыми версиями DOS. Первый байт этой команды, если его рассматривать, как код символа, соответствует элементу двойной горизонтальной рамки (длинный знак равенства).
Занеся в регистр DS число 40h, мы настроили его на начало области данных BIOS, которая начинается с абсолютного адреса 400h, занимает 256 байт и содержит разнообразные данные, используемые BIOS в процессе обслуживания аппаратуры компьютера. Так, например, по адресу 0 от начала этой области хранится базовый адрес первого последовательного порта; по адресу 8 - адрес первого параллельного порта, а по адресу 491i - код текущего видеорежима. При работе в DOS видеоадаптер обычно настраивается на режим 3 (80x25 символов, 16 цветов). Будучи выведен на экран, код 3 образует изображение червонного туза.
В тех случаях, когда макрокоманды составляются для конкретной программы, они включаются в текст программы так, как это было сделано в примере 2.1. Однако часто программист оформляет в виде макрокоманд стандартные процедуры общего назначения, например, программную задержку или вывод на экран строки текста. В этом случае тексты макроопределений целесообразно поместить в макробиблиотеку.
Макробиблиотека представляет собой файл с текстами макроопределений. Макроопределения записываются в этот файл точно в таком же виде, как и в текст программы. Ниже приведен текст файла макробиблиотеки с произвольным именем MYMACRO.MAC, содержащей две макрокоманды.

;Макрокоманда endpr завершения программы
endpr macro ;Макрокоманда без параметров
mov AX,4C00h
int 2 In
endm ;Конец макрокоманды
;Макрокоманда delay настраиваемой программной задержки
delay macro time ;Параметр - число шагов
locallabell,Iabel2 ;Локальные метки
push CX ;Сохраним внешний счетчик
mov CX,time ;Получим фактический параметр
Iabel2 : push CX ;Сохраним его в стеке
mov CX, 0 ;Пусть будет 64К шагов
labell: loop lanell ;Внутренний цикл
pop CX ;Извлечем внешний счетчик
loop Iabel2 ;Внешний цикл
pop CX ;Восстановим CX программы
endm ;Конец макрокоманды

Для того чтобы транслятору были доступны макрокоманды из файла MYMACRO.MAC, его следует на этапе трансляции подсоединить к исходному тексту программы директивой ассемблера include:

include my macro, mac

Все макрокоманды, включенные в этот файл, можно использовать в любом месте программы.
Директивы условной трансляции
Директивы условной трансляции (условного ассемблирования) позволяют иметь в исходном тексте программы различные варианты отдельных фрагментов программы, и путем задания определенных условий управлять процессом трансляции. Таким образом можно, например, включать или исключать из текста программы служебные, отладочные фрагменты или настраивать программу для выполнения на заданном процессоре.
Пусть, например, в процессе отладки сложной программы мы используем подпрограмму regs вывода на экран содержимого всех регистров процессора. Включая в разные места программы вызов этой подпрограммы, мы имеем возможность контролировать ход ее выполнения, в том числе и такие тонкие моменты, как, например, расположение программы в памяти или интенсивность использование стека. Для управления процессом трансляции предусмотрим константу debug (отладка), ненулевое значение которой будет требовать отладочного варианта трансляции, а нулевое - рабочего. Начало программы, а также участки с вызовом отладочной подпрограммы будут выглядеть следующим образом:

;debug=l ;Удалите символ ';'для отладочной трансляции

;debug=0 ;Удалите ';' для рабочей трансляции

... ;Текст программы

if debug ;Транслировать только если debug=l

call regs;Вызов отладочной подпрограммы

endif ;Конец блока условной трансляции

… ;Продолжение программы

if debug ;Следующее включение отладочного блока

call regs

endif

... ;Продолжение программы

Разумеется, можно отлаживать программу в отладочном варианте, а затем удалить все вызовы вспомогательной подпрограммы regs вручную и получить рабочий вариант, однако на практике обычно (или даже всегда) оказывается, что после эксплуатации программы в течение некоторого времени в ней обнаруживаются незамеченные ранее ошибки, что приводит к необходимости снова вставлять в нее отладочные строки. Часто эту процедуру приходится повторять многократно. Использование в программе директив условной трансляции сокращают процедуру преобразования программы из отладочного варианта в рабочий или наоборот до операции стирания одного символа ";" в начале программы и устраняют вероятность случайного внесения в программу новых ошибок в процессе удаления или вставки отладочных строк.
Рассмотрим еще один пример применения директив условной трансляции. Как уже отмечалось, современные процессоры предоставляют программисту значительное количество дополнительных команд, которые можно использовать в программах реального режима, но только, разумеется, если компьютер оснащен соответствующим процессором. Нетрудно составить универсальную программу', которую можно выполнять как на современных процессорах (в более эффективном режиме), так и на более старых (с некоторой потерей эффективности), если включить в нее директивы условной трансляции этих дополнительных команд. К таким командам, в частности, относятся команды сохранения в стеке всех регистров общего назначения pusha и восстановления всех регистров рора. Приведем пример условной трансляции этих команд, в котором используется конструкция макроязыка if... else... endif:

i386=l
if i386
.386
endif
code segment use16
assume CS:code
main proc
…
if i386
push ;Сохранение всех регистров одной командой
else
push AX
push CX
push DX
push BX
push BP
push SI
push DI
endif
. . . ;Использование регистров после
;сохранения их значений
if 1386
рора ;Восстановление всех регистров одной командой
else
pop DI
pop SI
pop BP
pop BX
pop DX
pop CX
pop AX
endif

назад - Вперёд