Рис. 1. Основные типы данных микропроцессора

Рис. 2. Основные логические типы данных микропроцессора

Отметим, что “Зн” на рис. 2 означает знаковый бит.

После всего сказанного было бы логичным возникновение у читателя вопроса: как описать эти простые типы данных ассемблера, а затем и воспользоваться ими в программе? Ведь любая программа предназначена для обработки некоторой информации, поэтому вопрос о том, как описать данные с использованием средств языка обычно встает одним из первых.

TASM предоставляет очень широкий набор средств описания и обработки данных, который вполне сравним с аналогичными средствами некоторых языков высокого уровня.

Для описания простых типов данных в программе используются специальные директивы резервирования и инициализации данных, которые, по сути, являются указаниями транслятору на выделение определенного объема памяти. Если проводить аналогию с языками высокого уровня, то директивы резервирования и инициализации данных являются определениями переменных.
Машинного эквивалента этим директивам нет; просто транслятор, обрабатывая каждую такую директиву, выделяет необходимое количество байт памяти и при необходимости инициализирует эту область некоторым значением.

Директивы резервирования и инициализации данных простых типов имеют формат, показанный на рис. 3.

Рис. 3. Директивы описания данных простых типов

На рис. 3 использованы следующие обозначения:

• ? показывает, что содержимое поля не определено, то есть при задании директивы с таким значением выражения содержимое выделенного участка физической памяти изменяться не будет. Фактически, создается неинициализированная переменная;
• значение инициализации — значение элемента данных, которое будет занесено в память после загрузки программы. Фактически, создается инициализированная переменная, в качестве которой могут выступать константы, строки символов, константные и адресные выражения в зависимости от типа данных. Подробная информация приведена в приложении 1;
• выражение — итеративная конструкция с синтаксисом, описанным на рис. 5.17. Эта конструкция позволяет повторить последовательное занесение в физическую память выражения в скобках n раз.
• имя — некоторое символическое имя метки или ячейки памяти в сегменте данных, используемое в программе.

На рис. 3 представлены следующие поддерживаемые TASM директивы резервирования и инициализации данных:

• db — резервирование памяти для данных размером 1 байт.
  Директивой db можно задавать следующие значения:
  • выражение или константу, принимающую значение из диапазона:
    • для чисел со знаком –128...+127;
    • для чисел без знака 0...255;
  • 8-битовое относительное выражение, использующее операции HIGH и LOW;
  • символьную строку из одного или более символов. Строка заключается в кавычки. В этом случае определяется столько байт, сколько символов в строке.
• dw — резервирование памяти для данных размером 2 байта.
  Директивой dw можно задавать следующие значения:
  • выражение или константу, принимающую значение из диапазона:
    • для чисел со знаком –32 768...32 767;
    • для чисел без знака 0...65 535;
  • выражение, занимающее 16 или менее бит, в качестве которого может выступать смещение в 16-битовом сегменте или адрес сегмента;
  • 1- или 2-байтовую строку, заключенная в кавычки.
• dd — резервирование памяти для данных размером 4 байта.
  Директивой dd можно задавать следующие значения:
  • выражение или константу, принимающую значение из диапазона:
    • для i8086:
      • для чисел со знаком –32 768...+32 767;
      • для чисел без знака 0...65 535;
    • для i386 и выше:
      • для чисел со знаком –2 147 483 648...+2 147 483 647;
      • для чисел без знака 0...4 294 967 295;
  • относительное или адресное выражение, состоящее из 16-битового адреса сегмента и 16-битового смещения;
  • строку длиной до 4 символов, заключенную в кавычки.
• df — резервирование памяти для данных размером 6 байт;
• dp — резервирование памяти для данных размером 6 байт.
  Директивами df и dp можно задавать следующие значения:
  • выражение или константу, принимающую значение из диапазона:
    • для i8086:
      • для чисел со знаком –32 768...+32 767;
      • для чисел без знака 0...65 535;
    • для i386 и выше:
      • для чисел со знаком –2 147 483 648...+2 147 483 647;
      • для чисел без знака 0...4 294 967 295;
  • относительное или адресное выражение, состоящее из 32 или менее бит (для i80386) или 16 или менее бит (для младших моделей микропроцессоров Intel);
  • адресное выражение, состоящее из 16-битового сегмента и 32-битового смещения;
  • константу со знаком из диапазона –2⁴⁷...2^47–1;
  • константу без знака из диапазона 0...2^48-1;
  • строку длиной до 6 байт, заключенную в кавычки.
• dq — резервирование памяти для данных размером 8 байт.
  Директивой dq можно задавать следующие значения:
  • выражение или константу, принимающую значение из диапазона:
    • для МП i8086:
      • для чисел со знаком –32 768...+32 767;
      • для чисел без знака 0...65 535;
    • для МП i386 и выше:
      • для чисел со знаком –2 147 483 648...+2 147 483 647;
      • для чисел без знака 0...4 294 967 295;
  • относительное или адресное выражение, состоящее из 32 или менее бит (для i80386) или 16 или менее бит (для младших моделей микропроцессоров Intel);
  • константу со знаком из диапазона –2⁶³...2^63–1;
  • константу без знака из диапазона 0...2^64–1;
  • строку длиной до 8 байт, заключенную в кавычки.
• dt — резервирование памяти для данных размером 10 байт.
  Директивой dt можно задавать следующие значения:
  • выражение или константу, принимающую значение из диапазона:
    • для МП i8086:
      • для чисел со знаком –32 768...+32 767;
      • для чисел без знака 0...65 535;
    • для МП i386 и выше:
      • для чисел со знаком –2 147 483 648...+2 147 483 647;
      • для чисел без знака 0...4 294 967 295;
  • относительное или адресное выражение, состоящее из 32 или менее бит (для i80386) или 16 или менее бит (для младших моделей);
  • адресное выражение, состоящее из 16-битового сегмента и 32-битового смещения;
  • константу со знаком из диапазона –2⁷⁹...2^79-1;
  • константу без знака из диапазона 0...2^80-1;
  • строку длиной до 10 байт, заключенную в кавычки;
  • упакованную десятичную константу в диапазоне 0...99 999 999 999 999 999 999.

Очень важно уяснить себе порядок размещения данных в памяти. Он напрямую связан с логикой работы микропроцессора с данными. Микропроцессоры Intel требуют следования данных в памяти по принципу: младший байт по младшему адресу.

Для иллюстрации данного принципа рассмотрим листинг 1, в котором определим сегмент данных. В этом сегменте данных приведено несколько директив описания простых типов данных.

Листинг 1. Пример использования директив резервирования и инициализации данных masm model small .stack 100h .data message db 'Запустите эту программу в отладчике’,’$' perem_1 db 0ffh perem_2 dw 3a7fh perem_3 dd 0f54d567ah mas db 10 dup (' ') pole_1 db 5 dup (?) adr dw perem_3 adr_full dd perem_3 fin db 'Конец сегмента данных программы $' .code start: mov ax,@data mov ds,ax mov ah,09h mov dx,offset message int 21h mov ax,4c00h int 21h end start

Теперь наша цель — посмотреть, как выглядит сегмент данных программы листинга 1 в памяти компьютера. Это даст нам возможность обсудить практическую реализацию обозначенного нами принципа размещения данных. Для этого запустим отладчик TD.EXE, входящий в комплект поставки TASM. Результат показан на рис. 4.

Рис. 4. Окно дампа памяти для программы листинга 1

Обсудим рис. 4. На нем вы видите данные вашего сегмента в двух представлениях: шестнадцатеричном и символьном. Видно, что со смещением 0000 расположены символы, входящие в строку message. Она занимает 34 байта. После нее следует байт, имеющий в сегменте данных символическое имя perem_1, содержимое этого байта offh.
Теперь обратите внимание на то, как размещены в памяти байты, входящие в слово, обозначенное символическим именем perem_2. Сначала следует байт со значением 7fh, а затем со значением 3ah. Как видите, в памяти действительно сначала расположен младший байт значения, а затем старший.
Теперь посмотрите и самостоятельно проанализируйте размещение байтов для поля, обозначенного символическим именем perem_3.
Оставшуюся часть сегмента данных вы можете теперь проанализировать самостоятельно.
Остановимся лишь на двух специфических особенностях использования директив резервирования и инициализации памяти. Речь идет о случае использования в поле операндов директив dw и dd символического имени из поля имя этой или другой директивы резервирования и инициализации памяти. В нашем примере сегмента данных это директивы с именами adr и adr_full.
Когда транслятор встречает директивы описания памяти с подобными операндами, то он формирует в памяти значения адресов тех переменных, чьи имена были указаны в качестве операндов. В зависимости от директивы, применяемой для получения такого адреса, формируется либо полный адрес (директива dd) в виде двух байтов сегментного адреса и двух байтов смещения, либо только смещение (директива dw). Найдите в дампе на рис. 4 поля, соответствующие именам adr и adr_full, и проанализируйте их содержимое.

Любой переменной, объявленной с помощью директив описания простых типов данных, ассемблер присваивает три атрибута:

1. Сегмент (seg) — адрес начала сегмента, содержащего переменную;
2. Смещение (offset) в байтах от начала сегмента с переменной;
3. Тип (type) — определяет количество памяти, выделяемой переменной в соответствии с директивой объявления переменной.

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:

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

2. 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.
3. 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.

4. Использование цикла для инициализации значениями области памяти, которую можно будет впоследствии трактовать как массив.
   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:

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

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

• 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]

• 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

• 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.
  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.

С представлением одномерных массивов в программе на ассемблере и организацией их обработки все достаточно просто. А как быть если программа должна обрабатывать двухмерный массив? Все проблемы возникают по-прежнему из-за того, что специальных средств для описания такого типа данных в ассемблере нет. Двухмерный массив нужно моделировать. На описании самих данных это почти никак не отражается — память под массив выделяется с помощью директив резервирования и инициализации памяти.

Непосредственно моделирование обработки массива производится в сегменте кода, где программист, описывая алгоритм обработки ассемблеру, определяет, что некоторую область памяти необходимо трактовать как двухмерный массив.
При этом вы вольны в выборе того, как понимать расположение элементов двухмерного массива в памяти: по строкам или по столбцам.

Если последовательность однотипных элементов в памяти трактуется как двухмерный массив, расположенный по строкам, то адрес элемента (i, j) вычисляется по формуле

(база + количество_элементов_в_строке * размер_элемента * i+j)

Здесь i = 0...n–1 указывает номер строки, а j = 0...m–1 указывает номер столбца.

Например, пусть имеется массив чисел (размером в 1 байт) mas(i, j) с размерностью 4 на 4
(i= 0...3, j = 0...3):

	23	04	05	67
	05	06	07	99
	67	08	09	23
	87	09	00	08

В памяти элементы этого массива будут расположены в следующей последовательности:

23 04 05 67 05 06 07 99 67 08 09 23 87 09 00 08

Если мы хотим трактовать эту последовательность как двухмерный массив, приведенный выше, и извлечь, например, элемент
mas(2, 3) = 23, то проведя нехитрый подсчет, убедимся в правильности наших рассуждений:

Эффективный адрес mas(2, 3) = mas + 4 * 1 * 2 + 3 = mas + 11

Посмотрите на представление массива в памяти и убедитесь, что по этому смещению действительно находится нужный элемент массива.

Организовать адресацию двухмерного массива логично, используя рассмотренную нами ранее базово-индексную адресацию. При этом возможны два основных варианта выбора компонентов для формирования эффективного адреса:

• сочетание прямого адреса, как базового компонента адреса, и двух индексных регистров для хранения индексов:

  mov ax,mas[ebx][esi]

• сочетание двух индексных регистров, один из которых является и базовым и индексным одновременно, а другой — только индексным:

  mov ax,[ebx][esi]

В программе это будет выглядеть примерно так:

;Фрагмент программы выборки элемента ;массива mas(2,3) и его обнуления .data mas db 23,4,5,67,5,6,7,99,67,8,9,23,87,9,0,8 i=2 j=3 .code ... mov si,4*1*i mov di,j mov al,mas[si][di] ;в al элемент mas(2,3) ...

В качестве законченного примера рассмотрим программу поиска элемента в двухмерном массиве чисел (листинг 5). Элементы массива заданы статически.

Листинг 5. Поиск элемента в двухмерном массиве ;prg_11_4.asm MASM MODEL small STACK 256 .data ;матрица размером 2x5 — если ее не инициализировать, ;то для наглядности она может быть описана так: ;array dw 2 DUP (5 DUP (?)) ;но мы ее инициализируем: array dw 1,2,3,4,5,6,7,3,9,0 ;логически это будет выглядеть так: ;array= {1 2} ; {3 4} ; {5 6} ; {7 3} ; {9 0} elem dw 3 ;элемент для поиска failed db 0ah,0dh,'Нет такого элемента в массиве!','$' success db 0ah,0dh,'Такой элемент в массиве присутствует ','$' foundtime db ? ;количество найденных элементов fnd db ' раз(а)',0ah,0dh,'$' .code main: mov ax,@data mov ds,ax xor ax,ax mov si,0 ;si=столбцы в матрице mov bx,0 ;bx=строки в матрице mov cx,5 ;число для внешнего цикла (по строкам) external: ;внешний цикл по строкам mov ax,array[bx][si] ;в ax первый элемент матрицы push cx ;сохранение в стеке счётчика внешнего цикла mov cx,2 ;число для внутреннего цикла (по столбцам) mov si,0 iternal: ;внутренний цикл по строкам inc si ;передвижение на следующий элемент в строке ;сравниваем содержимое текущего элемента в ax с искомым элементом: cmp ax,elem ;если текущий совпал с искомым, то переход на here для обработки, ;иначе цикл продолжения поиска je here ;иначе — цикл по строке cx=2 раз loop iternal here: jcxz move_next ;просмотрели строку? inc foundtime ;иначе увеличиваем счётчик совпавших move_next: ;продвижение в матрице pop cx ;восстанавливаем CX из стека (5) add bx,1 ;передвигаемся на следующую строку loop external ;цикл (внешний) cmp foundtime,0h ;сравнение числа совпавших с 0 ja eql ;если больше 0, то переход not_equal: ;нет элементов, совпавших с искомым mov ah,09h ;вывод сообщения на экран mov dx,offset failed int 21h jmp exit ;на выход eql: ;есть элементы, совпавшие с искомым mov ah,09h ;вывод сообщений на экран mov dx,offset success int 21h mov ah,02h mov dl,foundtime add dl,30h int 21h mov ah,09h mov dx,offset fnd int 21h exit: ;выход mov ax,4c00h ;стандартное завершение программы int 21h end main ;конец программы

Для демонстрации основных приемов работы с массивами лучше всего подходят программы поиска или сортировки.

Рассмотрим одну такую программу, выполняющую сортировку массива по возрастанию (листинг 6).

Листинг 6. Сортировка массива <1> ;prg_12_5.asm <2> MASM <3> MODEL small <4> STACK 256 <5> .data <6> mes1 db 0ah,0dh,'Исходный массив — $',0ah,0dh <7> ;некоторые сообщения <8> mes2 db 0ah,0dh,'Отсортированный массив — $',0ah,0dh <9> n equ 9 ;количество элементов в массиве, считая с 0 <10> mas dw 2,7,4,0,1,9,3,6,5,8 ;исходный массив <11> tmp dw 0 ;переменные для работы с массивом <12> i dw 0 <13> j dw 0 <14> .code <15> main: <16> mov ax,@data <17> mov ds,ax <18> xor ax,ax <19> ;вывод на экран исходного массива <20> mov ah,09h <21> lea dx,mes1 <22> int 21h ;вывод сообщения mes1 <23> mov cx,10 <24> mov si,0 <25> show_primary: ;вывод значения элементов <26> ;исходного массива на экран <27> mov dx,mas[si] <28> add dl,30h <29> mov ah,02h <30> int 21h <31> add si,2 <32> loop show_primary <33> <34> ;строки 40-85 программы эквивалентны следующему коду на языке С: <35> ;for (i=0;i<9;i++) <36> ; for (j=9;j>i;j--) <37> ; if (mas[i]>mas[j]) <38> ; {tmp=mas[i]; <39> ; mas[i]=mas[j]; <40> ; mas[j]=tmp;} <41> mov i,0 ;инициализация i <42> ;внутренний цикл по j <43> internal: <44> mov j,9 ;инициализация j <45> jmp cycl_j ;переход на тело цикла <46> exchange: <47> mov bx,i ;bx=i <48> shl bx,1 <49> mov ax,mas[bx] ;ax=mas[i] <50> mov bx,j ;bx=j <51> shl bx,1 <52> cmp ax,mas[bx] ;mas[i] ? mas[j] — сравнение элементов <53> jle lesser ;если mas[i] меньше, то обмен не нужен и ;переход на продвижение далее по массиву <54> ;иначе tmp=mas[i], mas[i]=mas[j], mas[j]=tmp: <55> ;tmp=mas[i] <56> mov bx,i ;bx=i <57> shl bx,1 ;умножаем на 2, так как элементы — слова <58> mov tmp,ax ;tmp=mas[i] <59> <60> ;mas[i]=mas[j] <61> mov bx,j ;bx=j <62> shl bx,1 ;умножаем на 2, так как элементы — слова <63> mov ax,mas[bx] ;ax=mas[j] <64> mov bx,i ;bx=i <65> shl bx,1 ;умножаем на 2, так как элементы — слова <66> mov mas[bx],ax ;mas[i]=mas[j] <67> <68> ;mas[j]=tmp <69> mov bx,j ;bx=j <70> shl bx,1 ;умножаем на 2, так как элементы — слова <71> mov ax,tmp ;ax=tmp <72> mov mas[bx],ax ;mas[j]=tmp <73> lesser: ;продвижение далее по массиву во внутреннем цикле <74> dec j ;j-- <75>;тело цикла по j <76> cycl_j: <77> mov ax,j ;ax=j <78> cmp ax,i ;сравнить j ? i <79> jg exchange ;если j>i, то переход на обмен <80> ;иначе на внешний цикл по i <81> inc i ;i++ <82> cmp i,n ;сравнить i ? n — прошли до конца массива <83> jl internal ;если i <85> ;вывод отсортированного массива <86> mov ah,09h <87> lea dx,mes2 <88> int 21h <89> prepare: <90> mov cx,10 <91> mov si,0 <92> show: ;вывод значения элемента на экран <93> mov dx,mas[si] <94> add dl,30h <95> mov ah,02h <96> int 21h <97> add si,2 <98> loop show <99> exit: <100> mov ax,4c00h ;стандартный выход <101> int 21h <102> end main ;конец программы

Описание шаблона структуры имеет следующий синтаксис:

имя_структуры STRUC <описание полей> имя_структуры ENDS

Здесь <описание полей> представляет собой последовательность директив описания данных db, dw, dd, dq и dt.
Их операнды определяют размер полей и, при необходимости, начальные значения. Этими значениями будут, возможно, инициализироваться соответствующие поля при определении структуры.

Как мы уже отметили при описании шаблона, память не выделяется, так как это всего лишь информация для транслятора.

Местоположение шаблона в программе может быть поизвольным, но, следуя логике работы однопроходного транслятора, он должен быть расположен до того места, где определяется переменная с типом данной структуры. То есть при описании в сегменте данных переменной с типом некоторой структуры ее шаблон необходимо поместить в начале сегмента данных либо перед ним.

Для использования описанной с помощью шаблона структуры в программе необходимо определить переменную с типом данной структуры. Для этого используется следующая синтаксическая конструкция:

[имя переменной] имя_структуры <[список значений]>

Здесь:

• имя переменной — идентификатор переменной данного структурного типа.
  Задание имени переменной необязательно. Если его не указать, будет просто выделена область памяти размером в сумму длин всех элементов структуры.
• список значений — заключенный в угловые скобки список начальных значений элементов структуры, разделенных запятыми.
  Его задание также необязательно.
  Если список указан не полностью, то все поля структуры для данной переменной инициализируются значениями из шаблона, если таковые заданы.
  Допускается инициализация отдельных полей, но в этом случае пропущенные поля должны отделяться запятыми. Пропущенные поля будут инициализированы значениями из шаблона структуры. Если при определении новой переменной с типом данной структуры мы согласны со всеми значениями полей в ее шаблоне (то есть заданными по умолчанию), то нужно просто написать угловые скобки.
  К примеру: victor worker <>.

Идея введения структурного типа в любой язык программирования состоит в объединении разнотипных переменных в один объект.
В языке должны быть средства доступа к этим переменным внутри конкретного экземпляра структуры. Для того чтобы сослаться в команде на поле некоторой структуры, используется специальный оператор — символ "." (точка). Он используется в следующей синтаксической конструкции:

адресное_выражение.имя_поля_структуры

Здесь:

• адресное_выражение — идентификатор переменной некоторого структурного типа или выражение в скобках в соответствии с указанными ниже синтаксическими правилами (рис. 1);
• имя_поля_структуры — имя поля из шаблона структуры.
  Это, на самом деле, тоже адрес, а точнее, смещение поля от начала структуры.

Таким образом оператор "." (точка) вычисляет выражение

(адресное_выражение) + (имя_поля_структуры)

Рис. 5. Синтаксис адресного выражения в операторе обращения к полю структуры

Мне кажется, что ремесло программиста рано или поздно делает человека похожим на хорошую домохозяйку. Он, подобно ей, постоянно находится в поиске, где бы чего-нибудь сэкономить, урезать и из минимума продуктов сделать прекрасный обед. И если это удается, то и моральное удовлетворение получается ничуть не меньше, а может и больше, чем от прекрасного обеда у домохозяйки. Степень этого удовлетворения, как мне кажется, зависит от степени любви к своей профессии.
С другой стороны, успехи в разработке программного и аппаратного обеспечения несколько расслабляют программиста, и довольно часто наблюдается ситуация, похожая на известную пословицу про муху и слона, - для решения некоторой мелкой задачи привлекаются тяжеловесные средства, эффективность которых, в общем случае, значима только при реализации сравнительно больших проектов.

Наличие в языке следующих двух типов данных, наверное, объясняется стремлением “хозяйки” максимально эффективно использовать рабочую площадь стола (оперативной памяти) при приготовлении еды или для размещения продуктов (данных программы).

Объединения

Представим ситуацию, когда мы используем некоторую область памяти для размещения некоторого объекта программы (переменной, массива или структуры). Вдруг после некоторого этапа работы у нас отпала надобность в использовании этих данных. Обычно память останется занятой до конца работы программы. Конечно, в принципе, ее можно было бы использовать для хранения других переменных, но при этом без принятия специальных мер нельзя изменить тип и имя. Неплохо было бы иметь возможность переопределить эту область памяти для объекта с другим типом и именем. Язык ассемблера предоставляет такую возможность в виде специального типа данных, называемого объединением.

Объединение — тип данных, позволяющий трактовать одну и ту же область памяти как имеющую разные типы и имена.

Описание объединений в программе напоминает описание структур, то есть сначала описывается шаблон, в котором с помощью директив описания данных перечисляются имена и типы полей:

имя_объединения UNION <описание полей> имя_объединения ENDS

Отличие объединений от структур состоит, в частности, в том, что при определении переменной типа объединения память выделяется в соответствии с размером максимального элемента.
Обращение к элементам объединения происходит по их именам, но при этом нужно, конечно, помнить о том, что все поля в объединении накладываются друг на друга.
Одновременная работа с элементами объединения исключена. В качестве элементов объединения можно использовать и структуры.

Листинг 7, который мы сейчас рассмотрим, примечателен тем, что кроме демонстрации использования собственно типа данных “объединение” в нем показывается возможность взаимного вложения структур и объединений.
Постарайтесь внимательно отнестись к анализу этой программы. Основная идея здесь в том, что указатель на память, формируемый программой, может быть представлен в виде:

• 16-битного смещения;
• 32-битного смещения;
• пары из 16-битного смещения и 16-битной сегментной составляющей адреса;
• в виде пары из 32-битного смещения и 16-битного селектора.

Какие из этих указателей можно применять в конкретной ситуации, зависит от режима адресации (use16 или use32) и режима работы микропроцессора.
Так вот, описанный в листинге 7 шаблон объединения позволяет нам облегчить формирование и использование указателей различных типов.

Листинг 7 Пример использования объединения masm model small stack 256 .586P pnt struc ;структура pnt, содержащая вложенное объединение union ;описание вложенного в структуру объединения offs_16 dw ? offs_32 dd ? ends ;конец описания объединения segm dw ? ends ;конец описания структуры .data point union ;определение объединения, содержащего вложенную структуру off_16 dw ? off_32 dd ? point_16 pnt <> point_32 pnt <> point ends tst db "Строка для тестирования" adr_data point <> ;определение экземпляра объединения .code main: mov ax,@data mov ds,ax mov ax,seg tst ;записать адрес сегмента строки tst в поле структуры adr_data mov adr_data.point_16.segm,ax ;когда понадобится, можно извлечь значение из этого поля обратно, к примеру, в регистр bx: mov bx,adr_data.point_16.segm ;формируем смещение в поле структуры adr_data mov ax,offset tst ;смещение строки в ax mov adr_data.point_16.offs_16,ax ;аналогично, когда понадобится, можно извлечь значение из этого поля: mov bx,adr_data.point_16.offs_16 exit: mov ax,4c00h int 21h end main

Наша “хозяйка-программист” становится все более экономной. Она уже хочет работать с продуктами на молекулярном уровне, без любых отходов и напрасных трат.
Подумаем, зачем тратить под некоторый программный индикатор со значением “включено-выключено” целых восемь разрядов, если вполне хватает одного? А если таких индикаторов несколько, то расход оперативной памяти может стать весьма ощутимым.
Когда мы знакомились с логическими командами, то говорили, что их можно применять для решения подобной проблемы. Но это не совсем эффективно, так как велика вероятность ошибок, особенно при составлении битовых масок.

Описание шаблона записи имеет следующий синтаксис (рис. 6):

имя_записи RECORD <описание элементов>

Здесь:
<описание элементов> представляет собой последовательность описаний отдельных элементов записи согласно синтаксической диаграмме (см. рис. 6):

Рис. 6. Синтаксис описания шаблона записи

Для использования шаблона записи в программе необходимо определить переменную с типом данной записи, для чего применяется следующая синтаксическая конструкция (рис. 7):

Рис. 7. Синтаксис описания экземпляра записи

Анализируя эту синтаксическую диаграмму, можно сделать вывод, что инициализация элементов записи осуществляется достаточно гибко. Рассмотрим несколько вариантов инициализации.

Если инициализировать поля не требуется, то достаточно указать ? при определении экземпляра записи:

... iotest record i1:1,i2:2=11,i3:1,i4:2=11,i5:2=00 ... flag iotest ?

Если вы составите и исследуете в отладчике тестовый пример с данным определением записи, то увидите, что все поля переменной типа запись flag обнуляются. Это происходит несмотря на то, что в определении записи заданы начальные значения полей.

Если требуется частичная инициализация элементов, то они заключаются в угловые (< и >) или фигурные ({ и }) скобки.
Различие здесь в том, что в угловых скобках элементы должны быть заданы в том же порядке, что и в определении записи. Если значение некоторого элемента совпадает с начальным, то его можно не указывать, но обязательно обозначить его запятой. Для последних элементов идущие подряд запятые можно опустить.
К примеру, согласиться со значениями по умолчанию можно так:

iotest record i1:1,i2:2=11,i3:1,i4:2=11,i5:2=00 ... flag iotest <> ;согласились со значением по умолчанию

Изменить значение поля i2 можно так:

iotest record i1:1,i2:2=11,i3:1,i4:2=11,i5:2=00 ... flag iotest <,10,> ; переопределили i2

Как организовать работу с отдельными элементами записи? Обычные механизмы адресации здесь бессильны, так как они работают на уровне ячеек памяти, то есть байтов, а не отдельных битов. Здесь программисту нужно приложить некоторые усилия.
Прежде всего для понимания проблемы нужно усвоить несколько моментов: