汇编语言（九）——程序模块

子程序结构

CALL和RET指令

主程序（调用程序）执行调用指令CALL调用子程序，子程序（被调用程序）执行返回指令RET返回主程序中CALL指令的下条指令处。

1. CALL指令的功能：① 入栈返回地址；② 转移到目标地址。
2. RET指令的功能：① 弹出返回地址；② 转移到返回地址。
3. CALL和RET利用堆栈保存返回地址，保存到返回地址是CALL指令下一条指令的地址。
4. 调用和返回由段内near和段间far的区别，但CALL和RET指令助记符没有区别。

子程序调用指令CALL

CALL指令用于主程序中实现子程序的调用，分为段内调用（近调用near）和段间调用（远调用far），目标地址支持相对寻址、直接寻址或间接寻址（指令寻址）。
功能1：将下条指令的地址压入堆栈顶部；
功能2：转移到目标地址。
指令：call dest ; dest为目标地址。

call label              ; 调用标号指定的子程序
call reg32/reg16        ; 调用寄存器指定地址的子程序
call mem48/mem32/mem16  ; 调用存储单元指定的子程序

; 段内调用
        call label
next:   ...
; 相当于如下两条指令
        push next       ; 入栈返回地址： esp = esp - 4, ss:[esp] = eip 
        jmp label       ; 转移目标地址： eip = eip + 偏移量

子程序返回指令RET

RET指令在子程序结束时实现返回主程序，分为段内调用（近调用near）和段间调用（远调用far），目标地址支持相对寻址、直接寻址或间接寻址（指令寻址）。
功能1：从当前堆栈顶部弹出内容作为返回地址；
功能2：转移到返回地址。
指令：ret dest或ret ; dest为返回地址。

ret                     ; 无参数返回：出栈返回地址， esp
ret i16                 ; 有参数返回：出栈返回地址， esp = esp + i16

; 段内返回
        ret             ; 栈顶数据出栈到指令寄存器 eip
                        ; eip = ss:[eip], esp = esp + 4
                        ; 数据进入 eip ， 就作为下条要执行指令的地址 

子程序设计

编写方法与主程序一样，应有完整的注释。

1. ret指令返回主程序，call指令调用子程序；
2. 利用过程定义，获得子程序名和调用属性；
3. 压入和弹出操作要成对使用，保持堆栈平衡；
4. 子程序开始保护寄存器，返回前相应恢复；
5. 安排在代码段的主程序之外；
6. 子程序允许嵌套和递归。

过程定义伪指令

MASM利用过程定义伪指令获得子程序信息，根据存储模型等信息确定子程序的远近调用，并相应产生调用、返回指令。

; 过程名（ procName ）为符合语法的标识符
procName   proc   
        ...                 ; 过程体
procName   endp

子程序框架

过程定义 + 保护寄存器 + 堆栈平衡 + ret指令

; identifier 标识符
identifier  proc            ; 过程定义（子程序开始）
            push reg1       ; 保护寄存器
            push reg2
            ...             ; 子程序体
            pop reg2         恢复寄存器
            pop reg1
            ret             ; 子程序返回
identifier  endp            ; 过程（子程序）结束

参数传递

1. 入口参数或输入参数：主程序提供给子程序一些数据；
2. 出口参数或输出参数：子程序处理完数据返回给主程序的结果（返回值）。
3. 参数内容：① 数据本身（传递数值）；② 数据的存储地址（传递地址，传递引用）。
4. 参数传递方法：① 通用寄存器；② 共享变量；③ 堆栈。

寄存器参数传递

1. 最简单最常用的参数传递方法。
2. 把参数存放于约定的寄存器（少量数据直接传递数值；大量数据只能传递地址）。
3. 带有出口参数的寄存器不能保护和恢复。
4. 带有入口参数的寄存器可以保护、也可以不保护，但最好保持一致。

共享变量传递参数

1. 子程序和主程序使用同一个变量名存储数据，对应高级语言的全局变量。
2. 如果变量定义和使用不在同一个程序模块中，需要利用PUBLIC、EXTREN声明。
3. 共享变量传递参数时，子程序的通用性较差。
4. 共享变量传递参数适合在多个程序段间、尤其在不同的程序模块间传递数据。

堆栈传递参数

1. 主程序将入口参数压入堆栈，子程序从堆栈中取出参数。
2. 采用堆栈传递参数常是程式化的，子程序设置EBP等于当前ESP，利用EBP相对寻址访问堆栈中的参数。
3. 出口参数通常不使用堆栈传递。

程序模块

程序分段、子程序实现了程序的模块化，在开发大型应用程序时，常使用多个源程序文件、目标代码模块等组成完整的程序，形成多模块程序结构。
MASM支持的多模块方法：① 源文件包含；② 模块连接；③ 子程序库；④ 库文件包含。

源文件包含和模块连接

源文件包含

大型源程序可以合理的分方在若干个文本文件中。

1. 各种常量定义、声明语句等组织在包含文件(*.inc)；

2. 常用的或有价值的宏定义存放在宏定义文件(*.mac)；

3. 常用的子程序形成汇编语言源文件(*.asm)；

4. 任何文本文件；

5. 使用源文件包含伪指令INCLUDE将指定文件内容插入主题源程序文件（指令形式：include 文件名）。

    ; 文件名： eg.0508.asm 主程序
            include io32.inc        ; 包含 I/O 库声明
            include eg0508.inc      ; 包含数据段
            .code                   ; 代码段，主程序
            ... 
            exit 0                  ; 主程序结束
            include eg0508s.asm     ; 包含子程序代码
            end start
   

模块连接

将子程序单独编写成为一个源程序文件，子程序源文件汇编形成目标模块obj文件，连接时输入子程序目标模块文件名。

1. 使用共用伪指令PUBLIC和外部伪指令EXTERN声明；
   定义标识符的模块使用指令：public 标识符 [, 标识符 …]
   调用标识符的模块使用指令：extern 标识符 : 类型 [, 标识符 : 类型 …]

2. 子程序在代码段，与主程序文件采用相同的存储模型；

3. 没有开始执行和结束执行点，但有汇编结束语句；

4. 处理好子程序与主程序之间的参数传递问题。

    ; 文件名： eg.0508es.asm 子程序
            public rdhd, dphd, write            ; 子程序共用
            extern temp: dword                  ; 外部变量
    rdhd    proc                                ; 十六进制输入子程序
            ... 
            end                                 ; 汇编结束
    ; 文件名： eg.0508e.asm 主程序
            ...
    temp    dword ?                             ; 共享变量定义
    extern  rdhd: near, dphd: near, write:near  ; 外部子程序
    public  temp                                ; 变量共用
            .code                               ; 代码段，主程序
            ... 
            end start
   
    ; 操作过程
    ML /c /coff eg0508e.asm
    ML /c /coff eg0508es.asm
    LINK32 /subsystem:console eg0508e.obj eg0508es.obj
   

子程序库和库文件包含

子程序库

子程序库是子程序模块的几何，便于统一管理子程序。

1. 编写存入库文件的子程序（遵循更加严格的子程序模块要求，遵循一致的规则）。

2. 子程序文件编写完成、汇编形成目标模块obj文件；

3. 利用库管理工具程序把子程序模块加入到子程序库。

4. 在连接主程序时提供子程序库文件名。

    ; 操作过程
    ML /c /coff eg0508e.asm
    ML /c /coff eg0508es.asm
    LIB32 /OUT:eg0508.lib eg0508es.obj
    LINK32 /subsystem:console eg0508e.obj eg0508.lib
   

库文件包含

要使用已存入库文件的子程序，在主程序源文件中用库文件包含伪指令INCLUDELIB声明。
指令：includelib 文件名 ; 使用库文件中的子程序。

1. 将子程序源文件汇编、模块文件加入子程序库；

    ; 操作过程
    ML /c /coff eg0508es.asm
    LIB32 /OUT:eg0508.lib eg0508es.obj
   

2. 源文件中用库文件包含伪指令INCLUDELIB声明；

3. 正常对主程序汇编、连接，无需在连接时输入库文件名。使编写主程序、子程序更加独立，子程序使用更方便。

    ; 操作过程
    MAKE32 eg0508e
   

宏汇编

1. 宏(Macro)是具有宏名的一段汇编语句序列，需要先使用MACRO$/$ENDM伪指令进行定义，然后再程序中使用宏名（带参数）进行宏调用。

   ; 宏定义
   macroName   macro [parameter]       ; 形参 parameter
               ...                     ; 宏定义体
               endm
   

2. 源程序进行汇编时，宏名被汇编程序用宏定义的代码序列替代，实现宏展开，这个过程就是宏汇编。

    ; 宏定义
    WriteString macro msg
                push eax                ; 保护寄存器
                lea eax, msg            ; msg 参数的偏移地址送给 eax
                call dispmsg
                pop eax
                endm
    ; 宏调用（宏指令）
                WriteString msg
    ; 宏展开
                push eax
                lea eax, msg
                call dispmsg
                pop eax
   

3. 宏需要先定义后使用，不需要在任何段中，常书写与源程序开始位置，常用的宏定义可以单独写成一个宏定义文件。

4. 宏定义中修改了寄存器内容，最好进行保护和恢复。

5. 宏定义的参数灵活，允许嵌套和递归调用。

6. 宏调用不需要控制的转移和返回，宏调用将相应的语句序列复制到宏指令的位置，宏展开被嵌入源程序成为一体。

宏与子程序-简化程序

宏是源程序级的简化，宏调用不需要返回，不减小目标程序，执行速度没有改变；子程序是源程序以及目标程序级的简化，子程序调用在执行时有CALL指令转向，RET指令返回，形成的目标代码较短，执行速度减慢。

宏与子程序-参数传递

宏通过形参、实参结合实现参数传递，使用软件方法，传递出错多为语法错误，易于发现。子程序利用寄存器、存储单元或堆栈等实现，运用硬件本#### 宏与子程序-选用原则
当程序较短或要求较快执行时，选用宏，宏常依附于源程序，适合全局性预处理；当程序段较长或为减小目标代码时，选用子程序，子程序更具有独立性，可以分别编写。

参考

中国大学MOOC汇编语言程序设计