模块化程序设计

1、第14章 模块化程序设计 14.1 段间调用 14.2 定义外部标识符伪指令 14.3 使用EXTRN和PUBLIC的范例 14.4 在指令段使用PUBLIC 14.5 在数据段使用PUBLIC 14.6 参数传送 14.7 C语言与汇编语言的链接 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0000HFFFFH。一条段内调用指令(CALL) 的目的码是3个字节长度，例如： E8 2000 (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

2、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，IP0020。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

3、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： 9A 0002 AF04 (04AF 0200) ；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，CS04AF；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，IP0200。 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： CS 04AF0 偏移地址： IP + 0200 物理地址： 04CF0 当离开子程序返回时，段间

4、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。 EXTRN SUBPROG:FARMAINPROG: CALL SUBPR

5、OG PUBLIC SUBPROGSUBPROG: 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(FAR Label)，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)： 0011 9A0000-E 子模块SUBPROG内含有一个PUBLIC伪指令，它告

6、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： LINK MAINPROG+SUBPROG Run File MAINPROG.EXE: List File NUL.MAP: CON Libraries .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

7、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

8、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

9、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：INC VAR1 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：EXTRN VAR2:WORD,

10、LAB2:FARPUBLIC VAR1,LAB1; DATA1 SEGMENT VAR1 DB 2 VAR3 DB ? VAR4 DW ?DATA1 ENDS; LAB1: 模块2：EXTRN VAR1:BYTE,VAR4:WORDPUBLIC VAR2 链接错误，原因是模块1中PUBLIC ; 没有申明匹配 DATA2 SEGMENT VAR2 DW 0 VAR3 DB 5 DUP(?)DATA2 ENDS ; 模块3：EXTRN LAB1: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

11、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

12、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14.1 EXTRN和PUBLIC应用。 主模块程序清单如下：; 主模块：; 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 子模块程序清单如下：; ;子模块：CODESG SEGMENT PARA CODESUBMUL1 PROC FAR ASSUME CS:CODESG PUBLIC SUBMUL1 MUL BX RETSUBMUL1 ENDPCODESG ENDS END SUBMUL1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

14、生一个EXE文件。C:masmLINK CALLMUL1+SUBMUL1Run File CALLMUL1.EXE:Enter(回车)List File NUL.MAP: EnterLibraries .LIB: Enter14.4 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:COD ESG SEGMENT PARA PUBLIC CODE 例14.2 在指令段使用PUBLIC。主模块程序清单如下：

15、; 主模块:; 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子模块程序清单如下：; ; 子模块：CODESG SEGMENT PARA PUBLIC CODESUBMUL PROC FAR ASSUME CS:CODESG PUBLIC SUBMUL MUL BX RETSUBMUL ENDPCODESG ENDS END SUBMUL 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

17、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:; 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 子模块程序清单如下：; ; 子模块： 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 ；声明主模块的QTY和PRICE为外部引用EXTRN QTY: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

20、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：; 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 子模块程序清单如下：; ;子模块： 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： 16 00 XX XX 40 01 00 25 00 00 XX XX 6 5 4 3 2 1(1) PUSH DS 将DS中的段地址压入堆栈。(2) PUSH AX 把偏移地址0压入堆栈。(3) PUSH PRICE 把2500压入堆栈。(4) PUSH QTY 把0140压入堆栈。(5) CALL 把CS寄

24、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： 00 00 16 00 XX XX 40 01 00 25 00 00 XX XX .SP: 72 74 76 78 7A 7C 7E 80 因为现在BP的内容是0072，所以PRICE在BP+8位置

25、，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。 (4) 把SP+2，SP从76增为78。 子程序返回指令带有参数即RET 4，指令中的4的作用是保证正确返回，将SP的值加4修正为7C。这是因为堆栈内的参数已不再需要，故予以舍弃。使用堆栈传送参数时应特别小心，SP的值弄错的话会产生预想不到的结果。14.7 C语言与汇编语言的链接 C语言与汇编语言的链接是指C语言与汇编语言的互相调用。通常只是指从C语言调用汇编语言程序。这是因为C语言不但编程容易，而且效率高。但是，汇编语言效率最高，特别是适合对硬件的直接控制