C语言和汇编语言的相互调用

浅谈C程序中调用汇编模块的方法

C语言是目前非常流行的一种编程语言，除具有高级语言使用方便灵活、数据处理能力强、 编程简单等优点外，还可实现汇编语言的大部分功能，如可直接对硬件进行 *** 作、生成的 目标代码质量较高且执行的速度较快等。所以在工程上对硬件处理速度要求不很高的情况下， 基本可以用C代替汇编语言，编写接口电路的控制软件。但C也不能完全取代汇编语言，如在一些对速度要求很高的实时控制系统中，以及对硬件的特殊控制方面，C有时也不能完全很好胜任，还需要汇编语言来编写。因为汇编语言目标代码更精练，对硬件直接控制能力更强和执伍闭行速度更快，但汇编语言编程烦难、表达能力差也显而易见。比较好的解决办法是C与汇编语言混合编程，即用C编写软件的调度程序、用户界面以及速度要求不高的控制部分，而用汇编语言对速度敏感部分提供最高缺橘袭速度的处理模块，供C调用。这种方法提供了最佳的软件设计方案，做到了兼顾速度效率高和灵活方便。由于本人的毕业设计需要C程序中调用汇编模块的方法来提高ARM定点指令的执行速度，故对这方面进行了学习。学习心得如下：

对于C和汇编语言的接口主要有两个问题需要解决。

一、调用者与被调用者的参数传递

这种数据传递通过堆栈完成，在执行调用时从调用程序参数表中的最后一个参数开始 ，自动依次压入堆栈；将所有参数压入堆栈后，再自动将被调用程序执行结束后的返回地址 （断点）压入堆栈，以使被调程序结束后能返回主调程序的正确位置而继续执行。例如一调用名为add汇编程序模块的主函数：main( ){...... add(dest,op1,op2,flages)；......}。在此例中对主函数进行反汇编，主函数在调用add函数前自动组织的堆栈。

.

.

.

lea 0xfffffffe8(%ebp),%eax #flages数组的首地址入栈

push %eax

pushl 0xfffffff8(%ebp)#OP2入栈

pushl 0xfffffffc(%ebp)#OP1 入栈

pushl 0xfffffff0(%ebp)#dest地址入栈

call 0x80483f0 <add> #调用add函数

.

.

执行完add调用语句后，栈内数据结果如图一所示。

进入汇编子程序后，为了能正确获取主调程序并存入堆栈中的数据，被调的汇编子程序先后要做如下一些工作：

1、 保存esp的副本

进入汇编子程序后，子程序中免不了要有压栈和出栈的 *** 作，故ESP时刻在变化。为了能用 ESP访问堆栈中的参数，安全办法是一进入子程序后，先为ESP制副本，以后对传递参数的访问 都用副本进行。一般可用EBP保存ESP，如：

push %ebp

mov %ebp，%esp

2、保留数据空间

如果汇编子程序中需要一些局部数据，可以简单地减小ESP的值，以便在栈空间中保留出一段存贮区，用于存放局部数据，该区域须在子程序结束后恢复。如下语句可以保留一个局部数据区：

push %ebp

mov %ebp ,%esp

subl space,%esp；设space=4

movl $0x0,%ebp

movl $0x0,-2(%ebp)

如上语句段中，space是局部数据的总字节数。在以后的应用中，由于ESP是变化的，而 EBP是 固定的，用负偏移量可以存取局部变量。上例利用EBP及偏移量，将两个字的局部数 据初始化为0。

3、保留寄存器值

如果在被调子程序中用到ESI、EDI等其它寄存器，伏兄则应先把它们压入堆栈，以保留寄存器原值 。例如，下例就是将ESI和EDI寄存器的值压栈:

pushl %ebp

movl %ebp ,%esp

subl $space ,%esp,

pushl %esi

pushl %edi

4、获取传递参数

作完了1～3步的 *** 作后，结合上面C程序传送参数这一例子，现在栈结构如图二所示。

由此可见，EBP保留了ESP在参数传递完并将EBP压栈后的一个副本，利用EBP可以很方便地访问各参数。现假设各参数都是2字节的整数值，在小模式编译方式共占用2个字节。如果要将传递的参数op1、op2取出，并分别赋给ebx、ecx寄存器，可由下列语句完成这一功能：

movl 0x8(%ebp),%eax

movl 0xc(%ebp),%ecx

5、子程序返回值

当子程序的执行结果需要返回时，根据返回值的字长，C按如下约定接收返回值：1字节在AL 寄存器中；2字节在EAX寄存器中；4字节则高位部分在EDX中、低位部分在EAX寄存器中。C可从这些寄存器中取出返回值。

6、退出汇编子程序

结束汇编子程序的步骤如下：

1） 若ESS、EDS、ESI或EDI已被压栈，则需按保存它们的相反顺序d出它们。

2） 若在过程开始时分配了局部数据空间，则以指令 mov %esp和%ebp 恢复%esp。

3） 以指令pop %ebp 恢复%ebp ，该步是必须的。或者可以用leave语句来恢复%ebp 。它相当于movl %ebp, %esppopl %ebp

4） 最后以ret结束汇编程序。

二、 说明和建立调用者与被调用者间的连系

为了建立调用与被调用模块间的连接关系，被调用的汇编程序应用global，说明其可被外部模块调用；而调用程序则应预先说明要引用的外部模块名。下面通过我的例子进行说明，该例是C调用add0的汇编子程序。程序清单如下：

/* add.c */

#include <stdio.h>

extern void add(int *dest,int op1,int op2,short int*flages)

/*声明调用外部的汇编函数*/

int main(void){

int op1,op2,result

int *dest=&result

short int flages[4]={0,0,0,0}

printf("please enter two soure operater:")

scanf("%x%x",&op1,&op2)

add(dest,op1,op2,flages)/*调用add0函数*/

printf("The result of ADD is :%x\n flages N(negative) Z(zero) C(carry) V(overflow:%d,%d,%d,%d\n",*dest,flages[3],flages[2],flages[1],flages[0])

return 0

}

#add.s

.text

.align 2

.global add

.type add,function

#定义add为外部可调用的函数

add:

push %ebp#ebp寄存器内容压栈，保存add函数的上级调用函数的栈基地址

mov %esp,%ebp #esp值赋给ebp，设置add函数的栈基地址

mov 0x8(%ebp),%edx

mov 0x10(%ebp),%eax

add 0xc(%ebp),%eax

mov %eax,(%edx)

mov 0x14(%ebp),%eax

jo OF

C:

jc CF

S:

js SF

jz ZF

jmp out

OF:

movw $0x1,(%eax)

jmp C

CF:

movw $0x1,0x2(%eax)

jmp S

SF:

movw $0x1,0x6(%eax)

movw $0x0,0x4(%eax)

jmp out

ZF:

movw $0x1,0x4(%eax)

movw $0x0,0x6(%eax)

out:

leave #将ebp值赋给esp，pop先前栈内的上级函数栈的基地址给#ebp，恢复原栈基址

ret #add函数返回，回到上级的调用函数

其中.text 标志一个代码段的开始，这是AT&T的段格式；global add\n

type add,function说明add是公用的，可以由外部其它单独编译模块调用。

将C源程序以文件名add.c存盘，汇编语言源程序以add.s 存盘通过MAKE进行编译和连接连接代码如下：

all: myadd

myadd: adds.o addc.o

gcc –o myadd adds.o adc.o

adds.o: add.s

as –o adds.o add.s

addc.o: add.c

gcc –g –o addc.o add.c

由上可见，在C中调用汇编模块很方便。所以我们在实际软件开发中，可以采用混合编程的技术，从而尽可能利用各语言的优势。既满足实际问题的需要，又简化设计过程，达到事半功倍的效果。

c语言可以嵌套汇编：

按照TC2.0的帮助系统所以说的,在TC2.0下是可以用汇编的,方法是使用asm关键字:其格式是:

asm opcode <operands><newline>,如同别的注释一样,<>之间的表示可选的例如:

main()

{

char *c="hello,world/n/r$"

asm mov ah,9asm mov dx,casm int 33

printf("You sucessed!/n")

}

或者是:

main()

{

char *c="hello,world/n/r$"

asm mov ah,9

asm mov dx,c

asm int 33

printf("You sucessed!")

}

两种格式其实是一种.如果你用的是第一种的样式,记住:

每一句汇编语句都要以asm开头,如果一行内有多个句子,

那么千万不要忘记在两个句子之间的这个semicolon(分号),

但是最后一句汇编后面(如果后面没有其它的语句)的分备凯号可有可无,象第一个例子中的

asm int 33后面的分号就可以不要,因为它的后面没有其它

的语句了.但如果是这样:

asm mov ah,9asm mov dx,casm int 33printf("You sucessed!")

那么asm int 33后面的分号便还是留下好,以免出现编译错误!

在这一点上颇象C语言.

还有一种格式是

asm{ assembly language statement},这种格式应该被普遍的欢迎.

它们的例子如下(其中的语句排列格式与上面两种相同):

asm{

mov ax,var1

add ax,var2

......

}

但是要注意这种格式TC2.0是不支持的!

只有后来的TC++3.0及后来的IDE支持!

工具的使用:

一旦你的C源文件里包括了这些好东西,则必须用TCC.EXE的COMMAND-LINE来编译,具肢滚如体的命令参数TCC.EXE已经提供,这里不复阐述了.最简单的是:TCC C源文件名(使用这个方法,TCC会自动调用TASM.EXE和TLINK.EXE,并且能够使TLINK.EXE正确的找到需要的.obj和.lib文件,如果你单步编译的话,可能会碰到很多的问题,主要是TLINK.EXE它自己并不会去找.obj和.lib文件,你自己可以建一个.bat文件,如果要指定.lib文件的目录的话可以用/L参数,在文章的后面有一个例子).但大家要注意了,看一下你的TC目录下面到底是否有TASM.EXE文件,并在TURBOC.CFG(这个文件包括TCC.EXE运行期参数,这里面所有参数在运很期都将被自动TCC.EXE使用,例如:-IH:/TC/INCLUDE/

-LH:/TC/LIB/)文件中设置好一些参数,并确认TASM.EXE的版本号要2.0以上,以及是否能够向下兼容.但是在大多数的情况下TC的目录是没有TASM.EXE的,或是版本不正常.

如果你有TASM.EXE文件并且TURBOC.CFG文件也已经写好了,但是还要注意一个

问题:运行TCC.EXE时要在独立的DOS SHELL下面(不要害怕,这不是一个新东西,我的意思

是,不在诸如TC下的DOS SHELL下面运行,我曾经败在这个问题下,当我发现时直想揍电脑

一顿,还好没有,不然就没有这篇文件了.)

还有一句重要的话:TC2.0支持大部分8086指令(当然用法有一些约定,不过现在我并不打算

进行详细说明,因为那是一件很繁杂的事,以后有时间或许会写出来----如果大家需要的话).

如果说上面我所说的那些约定很繁杂的话,那么下面的方法该是多么简单啊!

让我们使用Borland为TC2.0内建的变量来进行伪汇编.

或许你还不知道在TC2.0中还有一些内建的pseudo寄存器(可以看作是register 型的变量,但是它们比register型的变量好用的多)

_AX,_AH,_AL,

_BX,_BH,_BL,

_CX,_CH,_CL,

_DX,_DH,_DL,

_DI,_SI,_SP,

_CS,_DS,_ES,_SS

注意这些寄存器的size,_AX,_BX,_CX,_DX,_CS,_DS,_ES,_SS,_SI,_DI,_SP等都是16位的寄存器相当于C语言的unsigned int类型,其余的都是8位的寄存器(相当于unsigned char)(TC怎么可能支持32位的寄存历启呢,所以EAX等是不能用的,FS,GS和IP寄存器都是无效的),还有就是在传递参数的时候千万不要忘记使用强制类型转换.

中断调用指令是:__int__(interrupt_#)(注意int的前辍和后辍都是两个underscores)

For example:

#include<dos.h>

unsigned int _stklen=0x200

unsigned int _heaplen=0

main()

{

_DX=(unsigned int)"Hello,world./r/n$"

_AX=0x900

__int__(0x21)

}

dos.h它是包含__int__()内建中断调用语句的头文件,因此是不可

缺少的._stklen和_heaplen是定义运行期堆栈和堆大小的两个内部

引用变量(这是个我自己想的名词,意指如果这两个变量在源文件中

显式的声明了,那么编译程序会自会引用来构造编译时期的信息以产生

用户希望的目标文件,如果不显式的声明则编译程序自动确定).

这两个变量也有一些约定,如果_stklen不显式声明,_heaplen赋值为零

都表示栈和堆都是defult的.

最后在TC2.0中还有一个没有说明的标志位寄存器flags,它也是内建

pseudo寄存器是:_FLAGS,是一个16位寄存器.这些内建的寄存器都可以进行

运算,但是要注意它们所代表的类型(必要时进行类型转换)

看起来这是不是一种好的办法啊(而且使用这种方法只要用个一个dos.h头文件就好,

不需要用TCC编译,可以直接在TC20的IDE下编译).

TC2.0中也提供了一些简单好用的函数来实现对DOS功能的调用如:

int86(...),int86x(...)(但是这些方法实际仍然要调用函数,所以不如使用

伪寄存器,又因为要牵涉到union REGS结构的内存分配所以系统的开销是增大了,

而使用伪寄存器是最简洁的),端口通信函数如:inportb(...),inport(...),

outportb(...),outport(...),指针转换函数:FP_OFF,FP_SEG,MK_FP,这些函数在

帮助系统中都有,有用时大家可以查阅.

tlinkbat.bat的例子:

rem The lib environment variable is the directory of the .obj and .lib file

set lib=h:/tc/lib/

rem 这下面的句子中的c0s(C 零S)是一个.OBJ文件,是一个C程序的STARTUP文件

tlink %lib%c0s %1,%1,%1,/L%lib%emu.lib %lib%maths.lib %lib%cs.lib

set lib=

(使用时可将以rem开头的句子删除)

___________________________________________________

一些约定:

我们先说一下在TC20下写汇编(内联汇编--自己起的名字,大家可以想叫什么叫什么)时的编译器的编译原则:

1.所有在main()函数外的的汇编语言的语句都作为数据声明语句处理,也即在编译器编译时会将它放在数据段中,如:

asm string1 db "Hello",,,'world!',0ah,0xd,"$"

main()

{

asm mov dx,offset string1

asm mov ah,9

asm int 33

asm mov dx,offset string2

asm int 33

}

asm string2 db "the string can be declared after the main() function!$"

象这些样子在main()外面的汇编语言的数据定义语句(事实上不管是什么汇编语句,

只要是在main()之外,包括这个句子:asm mov ax,0x4c00),在编译后都放在数据段中,而C语言的数据声明语句仍按C的规则!

2.所有在main()函内的汇编语言的语句在编译后都放在代码段中,包括这个句子:

asm string2 db "the string can be declared after the main() function!$"

3.不要在以asm 开头的语句中使用C语言的关键字,这会导致编译阶段的错误

那么,根据这三条大家会得到什么样的结论呢?(先闭上眼想一想,你可能会由此变的

很赞赏自己,是的你应该这样相信自己是对的!)

让我们一起看一下这个结论:

1.根据编译原则1得到:不可以在main()外面写汇编命令语句(不要笑,正是与C语言相同才值得注意!),在任何地方都不要进行任何的段定义和宏定义(这是因为编译后的形式决定的,也即:在TC20下所有的汇编格式的语句只能是,直接性的数据定义和语句指令)!

2根据编译原则2得到:不可以在main()之内使用汇编的语句进行数据定义(同样不要笑,

大多数人在第一次在TC20下写汇编都会有这样的错误的)

3.如同类强制类型这样的事是不可以在以asm开头的汇编语句中使用的

好了,天即朗,气瞬清!这样一说,一个大体的框架就出来了!只要遵守这个原则写,就可避免很多莫名其妙的错误出现!

通俗的说:

汇编语句的数据定义放在main()外面,指令放在main()里面.

如果你没有更好的文档,那么记住我的这些话!

一些细节的问题:

在以asm开头的内联汇编语句中是不支持C的转义字符的,但是用C语言声明一个字符数组(含有转义字符的),然后用int 33 ah=9这功能时输出这个字符串时,其中的转义字符是有效的(这主要是因为编译后其内部表示形式不同造成的,自己想想会有答案的).

内联汇编支持C的一些如数值表示,字符串声明格式等,

如:一个十六进制的数据可以用两种方式表示:0xa 和0ah,字符串可以是这样:

"Hello,world!$"(如同C)也可以这样'Hello,world!$'(用汇编自己的方式).

象C一样你同样要注意赋值的类型,而且要比C更严格(汇编从来不自己动手做

如同类型转换啊这样事),所以一切的事完全要你自己做好!而且你不要企图以C的形式

做这件事,如这样的格式 asm mov dx,(unsigned)a(a是一个这样的东西,

char a[ ]="hello,world!"),而且这样句子也会导致错误:asm mov dx,word ptr a(逻辑错误),不过这不是在编译时的错误,而是运行期的错误(具体的原因自己想一想,象word label这样的东西的运算作用和会导致的后果),你可以这样用一个句子做"中间人"如int i=(unsigned)aasm mov dx,i(也千万不要用asm mov dx,(unsigned)a 这样的句子.但是,告诉大家一个好消息,你可以用指针指向一个字符串,然后你会惊讶你竟然可以这样:

char *p="hello,world"asm mov dx,p,然后用int 33 ah=9的功能输出这个字符串而不会有错误(这也表现出指针的特点,它是一个二字节的(TC20下)变量,含有的是一个地址,这与其指向的变量的类型是毫无关系的).

内汇汇编语句不支持->这个运算符.还有标号的问题,在最后的例子中你会年看到一些特别之处!

上面所说的只是很细小并微少的一些事(也是很常遇到的),尚有很多的细节要说,但由于本人时间有限不能一一列举,如C的结构在内联汇编的应用等大家可以按照其运行机理去想想一下用法另外,由于这只是一件学习的事,所以还是大家自己学(找一下有关文档,当然现在已经没有什么比较完整的了),情况会好的多,我在对内联汇编的学习过程中领会到了不少的东西,例如编译原理方面的知识,以及如何做会使代码更高效,占空间最少等的方法.最后向大家推荐一种方法,在利用TCC的-S开关可以生成C源文件的汇编代码

(或许很多的人都用过)是很好的学习材料!祝大家学有所成!

Cstarter

02-11-17

/* 由于个人的时间和能力有限,难免有错误和不详细的地方,请大家见谅!

My Email:wxe85@sina.com Cstarter1985@hotmail.com QQ:170594633 */

一些例子:

下面这个例子是对沈美明 温冬婵的

<<IBM-PC 汇编语言程序设计>>清华版第十一章程序的改写

可直接在命令行上键入 tcc filename 就可以,当然你要有TASM.EXE

/*

asm mus_frep dw 330,294,262,294,3 dup(330)

asm dw 3 dup(294),330,392,392

asm dw 330,294,262,294,4 dup(330)

asm dw 294,294,330,294,262,-1

asm mus_time dw 6 dup(25),50

asm dw 2 dup (25,25,50)

asm dw 12 dup(25),100

*/

asm mus_frep dw 330,392,330,294,330,392,330,294,330

asm dw 330,392,330,294,262,294,330,392,294

asm dw 262,262,220,196,196,220,262,294,330,262

asm dw -1

asm mus_time dw 3 dup (50),25,25,50,25,25,100

asm dw 2 dup (50,50,25,25),100

asm dw 3 dup (50,25,25),100

main()

{

asm jmp start

/*设置发声的频率,这一段在沈美明 温冬婵的

<<IBM-PC 汇编语言程序设计>>清华版第十一章有详细的说明 */

sound:

asm mov al,0b6h

asm out 43h,al

asm mov dx,12h

asm mov ax,533h*896

asm div di

asm out 42h, al

asm mov al,ah

/* 这个延时是用来防止两次IO *** 作的最后一次 *** 作的错误,

因为CPU比总线的速度快很多,所以 要延时等待第一次 *** 作完成后再进行第二次 *** 作*/

asm mov cx,1000

delay:

asm loop delay

asm out 42h,al

asm in al,61h

asm mov ah,al

asm or al,3

asm out 61h,al

/* 使用中断15H功能86H延时CX:DX=微秒数*/

asm mov ax,2710h

asm mul bx

asm mov cx,dx

asm mov dx,ax

asm mov ah,86h

asm int 15h /*可用__int__(0x15)代替*/

asm mov al,ah

asm out 61h,al

asm jmp add_count

/*------------------*/

start:

asm mov si,offset mus_frep

asm lea bp,mus_time

frep:

asm mov di,[si]

asm cmp di,-1

asm je end_mus

asm mov bx,[bp]

asm jmp sound

add_count: /*标号不能用汇编语言写*/

asm add si,2

asm add bp,2

asm jmp frep

end_mus:

}

对于上面的程序大家可用伪寄存器的方法写一个,要容易的多!

/*一个发声程序!(引自<<PC技术内幕>>电力版--这个版不好,不如清华版的)*/

#include"dos.h"

main()

{

static union REGS ourregs

outportb(0x43,0xb6)

outportb(0x42,0xee)

outportb(0x42,0)

outportb(0x61,(inportb(0x61)|0x03))

ourregs.h.ah=0x86

ourregs.x.cx=0x001e

ourregs.x.dx=0x8480

int86(0x15,&ourregs,&ourregs)

outportb(0x61,(inportb(0x61)&0xfc))

}

---