Задание. Разработать подпрограмму, которая считывает последовательно десятичные цифры со стандартного ввода, до тех пор, пока не встретится символ, отличных от цифры. Читаемая таким образом последовательность десятичных цифр должна преобразовываться в соответствующее двоичное значение, возвращаемое подпрограммой в регистре EAX в качестве результата.
Использовать подготовленную таким образом подпрограмму для ввода двух десятичных чисел, задаваемых со стандартного ввода, выполнить сложение этих чисел в основной части программы и затем, переписав основную преобразующую последовательность команд программы из лекции 3 в виде подпрограммы, обращением к последней подпрограмме вывести полученную сумму.
Контрольные вопросы.
1.Что вы думаете о возможности использования 16-ти битного делимого в процедуре перехода от двоичного кода числа к его последовательности выводимых цифр, разместив при этом исходный делитель в регистрах DX и AX, где они явно помещаются и с учетом, что основание десятичной системы счисления также хорошо помещается в 16-битный регистр.
2.Как изменить программу преобразования от двоичного кода к последовательности выводимых цифр, если требуется выводить в шестнадцатеричной системе.
3.Объясните, как измениться разработанная вами подпрограмма преобразования от последовательности вводимых цифр во внутреннее двоичное представление, если ставится требование использовать для ввода представление числа в шестнадцатеричной системе счисления.
Лабораторная работа №4
Содержание работы. Изучение способов адресации для динамического доступа к различным ячейкам памяти в фиксированном участке программы.
Предварительные сведения.
Разработка досрочно сложных программ практически невозможна без использования отладчиков. К сожалению, современные широко распространенные отладчики ориентированы на отладку программ, написанных на языках высокого уровня, и, в первую очередь, на языке Си. Такая ситуация обусловлена тем, что использование ассемблера остается к настоящему времени уделом профессионалов и даже стандартный интерфейс доступа к программным функциям современной операционной системы (API ОС) задается теперь исключительно на языке Си.
Тем ни менее, имеющиеся отладчики могут использоваться и для отладки ассемблерных программ, хотя множество наиболее мощных средств этих отладчиков нацелены на более высокоуровневые языки.
В ОС Linux стандартным отладчиком, являющимся, как и вся ОС Linux, свободно распространяемым продуктом, является отладчик с программным именем gdb (GNU debugger). Согласно документации, это так называемый символический
16
отладчик. Его возможности очень многообразны, но в данном изложении будут рассмотрены лишь простейшие из них и те, без которых трудно обойтись даже в простейшей отладке.
Запустить программу для отладки с помощью gdb чрезвычайно просто: следует в командной строки консоли набрать вызов отладчика в виде
gdb имя_исполняемой_программы
Если в разработке не указывалась соответствующими опция, что должна быть вставлена отладочная информация, то непосредственно после вызова отладчика для программы появится сообщение
(no debugging symbol found) . . .
и будет выведено приглашение (prompt) для команд отладчика в виде (gdb)
Заметим, что текущие версии NASM не позволяют формировать отладочную информацию в процессе трансляции, а стандартный ассемблер Unix'а с именем as не удобен для начального изучения предмета. Поэтому мы ограничимся изучением использования отладчика gdb при отсутствии отладочной информации от транслятора. В то же время оказывается, что минимальная и достаточная информация для отладчика поступает от соответствующего исходного файла. В частности, оказываются доступными обычные (не обязательно глобальные) метки и именованные области данных, а поэтому, фактически и имена подпрограмм. (А больше никакой символьной информации программисту и не надо.) Заметим, что отсутствие отладочной информации от транслятора делает очень неудобной отладку программ, написанных на языке высоко уровня, так как в этом случае отладчик может предоставить отладочную информацию на уровне ассемблера, а нам больше "ничего и не надо". Поэтому в нашем случае замечание об отсутствии отладочной информации не может быть предметом неудовольствия.
Отладчику gdb присуще одно специфическое свойство, кажущееся неудобным для тех, кто привык к отладке простейших программ под MS-DOS. Именно, оказывается практически невозможным остановиться перед первой исполняемой командой программы, а можно только на любой другой. Такое поведение - косвенный результат строгой ориентации отладчика на структуры программ, построенных компиляторами с языков высокого уровня. Такая структура обязательно строится как структура систематически использующая кадры (фреймы) подпрограмм, где все подпрограммы, начиная с программной функции main, создаются по этим соглашениям.
При работе отладчика gdb и его использовании широчайшим образом применяется понятие текущего кадра, вложенных кадров вызова и переключения между кадрами для доступа к локальным данных процедуры любого более высокого уровня вызова. Расширенные возможности, вытекающие из этого подхода, влекут необходимость вхождения для отладки хотя бы в какой-то кадр и, поэтому начального выполнения хотя бы одной команды. При отладке любых программ, отличных от ассемблерных, указанное ограничение никак не заметно программисту. Это объясняется тем, что все программы языков высоко уровня используют процедуру начального вызова главной подпрограммы разрабатываемой программы. Так для программы с языка Си используется (часто незаметно для малоквали-
17
фицированного программиста) вспомогательная программа запуска главной подпрограммы main.
Поэтому отладчик gdb можно использовать для ассемблерных программ только с их второй команды. Отсюда следует два практических варианта: либо на веру принять правильность предполагаемых действия первой команды (тем более, что ее результат с помощью отладчика нетрудно увидеть), либо (для наиболее сомневающихся) вставить в качестве первой команды какую-то вспомогательную, от которой не зависят дальнейшие результаты (например, команду CLD). Можно для успокоения просто считать, что приостановиться можно только после первой команды, действия которой мы можем наблюдать.
Собственно отладка начинается с выдачи отладчику команды run (выполнить). Но студенту не следует торопиться и сразу же ее использовать. Если задать команду run сразу после вызова отладчика, то все выполнения будет происходить в автоматическом режиме (без отображения и приостановок отладчиком) и результат окажется во многих случаях таким же, как и при запуске той же программы без отладчика.
Мощнейшие средства, которые предоставляет отладчик - это задаваемые приостановки в автоматическом выполнении и пошаговое выполнение. Обычно разработчик использует и то, и другое. Заметим дополнительно, что нельзя задавать пошаговое выполнение, пока не выдана команда run.
Команда отладчика "установка точки приостанова" задается именем breakpoint, которое можно сокращать до двух начальных символов. Эта команда может использоваться в одной из двух следующих основных форм
br имя_метки_в_программе
или
br *адрес
Проще всего для наших целей воспользоваться этой командой для начальной приостановки автоматического выполнения, если в исходной программе на ассемблере поставить метку у второй ее команды и эту метку использовать в команде приостановки, выдаваемой программистом сразу после команды запуска отладчика с отлаживаемой программой.
Для удобства демонстрировать конкретные средства отладки возьмем в качестве примера программу, исходный текст которой приведен в листинге 2.
GLOBAL _start
SECTION .text
_start: |
mov eax, 1000h |
|
beg: |
mov esi,10 ; base of position digit system |
|
mov ecx, 0 ; reset digit counter |
||
pov: |
mov edx, 0 ; null into left part of devident |
|
div esi |
; divide for next digit = rest |
|
add dl, '0' |
|
|
push dx |
|
|
inc ecx |
; step into counter |
|
cmp eax, 0 |
|
|
jne pov |
|
|
18
mov [cnt], ecx mov ebx, numtxt
izv: |
pop dx |
mov byte [ebx],dl ; digit into array for text value |
|
inc ebx |
|
loop izv ; izv,ecx call outa
mov eax, 1 ; N function = exit int 80h ;
outa: mov eax,4 ; N function=write mov ebx,1 ; N handle=1 (stdout) mov ecx, numtxt ; address of text mov edx,[cnt] ; number of byte int 80h
ret SECTION .data
numtxt times 10 db 0 cnt dd 0
Листинг 2. Пример программы для отладки
Для нашего примера пусть исполняемый файл формата ELF, который получается из программы с листинга 1, называется primer.exe. Тогда начало использования отладчика дают следующие строки, вводимые с консоли и выводимые на нее.
gdb primer.exe
(no debugging symbol found) . . .
(gdb) br beg
Breakpoint 1 at 0x8048085 (gdb) run
Starting program /home/student/primer.exe Breakpoint 1, 0x8048085 in beg ()
(gdb)
Здесь отладчик выводит всю изображенную информацию, кроме находящейся в строках, которые начинаются с приглашения (gdb). Текст в строках после этого приглашения всегда вводиться пользователем (и завершается нажатием клавиши Enter). В данном примере предполагается, что программа primer.exe была помещена в базовом каталоге пользователя student. В общем случае после слов "Starting program" идет полное имя исполняемого файла, запущенного "под отладчиком".
Далее следует решить, какой вариант отображения команд желает использовать пользователь. Дело в том, что по умолчанию отображаются команды в форме универсального ассемблера ATT, которая для пользователей, привыкших к соглашениям Intel и Microsoft, может показаться непривычной. Краткая информация об этой форме записи команд в указанном ассемблере приведена в приложении 2. Здесь же следует обратить внимание, в этом ассемблере все операнды получатели записываются справа, а операнды исходной информации - слева (обратно поряд-
19
ку, принятому в Intel). Кроме того, обозначения всех регистров предваряются служебным символом %, а константы - служебным символом $.
Если пользователю кажется неудобной такая форма обозначения команд, то перейти к более привычной он может с помощью вспомогательной команды
set disassembly-flavor intel
Обратный переход осуществляется командой set disassembly-flavor intel
Заметим, что даже в режиме отображения Intel обозначениям регистров при выводе обязательно предшествуют служебные символы %.
Теперь (как и в любой последующий момент) мы можем воспользоваться командой disassemble, которую проще сокращать до пяти первых букв. Эта команда без аргументов выдает ассемблерную запись команд текущего кадра.
Для ассемблерных программ при отсутствии более детальной информации отладчик считает кадром последовательность команд от одной метки до другой. Поэтому задание команды disas отладчику в нашем примере (после приостановки на первой точке приостановки) даст следующий вывод.
0x8048085 <beg>: mov %esi,0xa 0x804808a <beg+5>: mov %ecx,0x0 (gdb)
Для ассемблерных программ эту команду удобней всего использовать с двумя аргументами, задающими начало и конец отображаемой области команд. Причем эти аргументы можно задавать именами меток в программе. Например, задав отладчику команду в виде
disas _start izv
мы получим в качестве отображаемого на экране следующий текст рассматриваемого примера, приведенный на рис. 1.
Dump of assembler code from 0x8048080 to 0x80480ac:
0x8048080 |
<_start>: |
mov |
%eax,0x1000 |
0x8048085 |
<beg>: |
mov |
%esi,0xa |
0x804808a |
<beg+5>: |
mov |
%ecx,0x0 |
0x804808f<pov>: |
mov %edx,0x0 |
|
|
0x8048094 |
<pov+5>: |
div |
%eax,%esi |
0x8048096 |
<pov+7>: |
add |
%dl,0x30 |
0x8048099 |
<pov+10>: |
push %edx |
|
0x804809b |
<pov+12>: |
inc |
%ecx |
0x804809c |
<pov+13>: |
cmp |
%eax,0x0 |
0x80480a1 |
<pov+18>: |
jne |
0x804808f <pov> |
0x80480a3 |
<pov+20>: |
mov |
%ds: 0x80490de, %ecx |
0x80480a9 |
<pov+26>: |
mov |
%ebx,0x80490d4 |
End of assembler dump. (gdb)
Рис. 1. Содержимое экрана, отображаемое отладчиком gdb
20