При соблюдении указанных требований в программе можно использовать команды, предназначенные для работы со стеком. Основными из них являются следующие.
Запись слова в стек: PUSH op
Здесь op обозначает любой 16-битовый регистр (в том числе и сегментный) или адрес слова памяти. По этой команде значение регистра SP уменьшается на 2 (вычитание происходит по модулю 2^16), после чего указанное операндом слово записывается в cтек по адресу SS:SP.
Чтение слова из стека: POP op
Слово, считанное из вершины стека, присваивается операнду op (регистру, в том числе сегментному, но не CS, или слову памяти), после чего значение SP увеличивается на 2.
Переход с возвратом: CALL op
Эта команда записывает адрес следующей за ней команды в стек и затем делает переход по адресу, определяемому операндом op. Она используется для переходов на подпрограммы с запоминанием в стеке адреса возврата.
Имеются следующие разновидности этой команды (они аналогичны вари-
антам команды безусловного перехода JMP):
- внутрисегментный относительный длинный переход (op - непосредственный операнд размером в слово, а в MASM - это метка из текущего сегмента команд или имя близкой процедуры (см. ниже)); в этом случае в стек заносится только текущее значение счетчика команд IP, т.е. смещение следующей команды;
- внутрисегментный абсолютный косвенный переход (op - адрес слова памяти, в которой находится адрес (смещение) той команды, на которую и будет сделан переход); и здесь в стек записывается только смещение адреса возврата;
- межсегментный абсолютный прямой переход (op - непосредственный операнд вида seg:ofs, а в MASM - это FAR PTR <метка> или имя дальней процедуры (см. ниже)); здесь в стек заносится текущие значение регистров CS и IP (первым в стек записывается содержимое CS), т.е. абсолютный адрес возврата, после чего меняются регистры CS и IP;
- межсегментный абсолютный косвенный переход (op - адрес двойного слова, в котором находится пара seg:ofs, задающая абсолютный адрес перехода); и здесь в стеке спасается содержимое регистров CS и IP.
Переход (возврат) по адресу из стека: RET op
Из стека считывается адрес и по нему производится переход. Если указан операнд (а это должно быть неотрицательное число), то после чтения адреса стек еще очищается на это число байтов (к SP добавляется это число). Команда используется для возврата из подпрограммы по адресу, записанному в стек по команде CALL при вызове подпрограммы, и одновременной очистки стека от параметров, которые основная программа занесла
в стек перед обращением к подпрограмме.
Команда RET имеет две разновидности (хотя в MASM они записываются и одинаково): в одном случае из стека считывается только одно слово смещение адреса возврата, а во втором - из стека считывается пара seg: ofs, указывающая абсолютный адрес возврата. Как ассемблер определяет, какой из этих двух случаев имеет место, объяснено ниже.
В ПК стек в основном используется для организации подпрограмм и прерываний. Подпрограммы рассматриваются ниже, а прерывания - в главе 3. Однако, даже если программе не нужен стек, она все равно должна отвести под него место. Дело в том, что стеком будет неявно пользоваться операционная система при обработке прерываний, которые возникают (например, при нажатии клавиш на клавиатуре) в то время, когда выполняется программа. Для нужд ОС рекомендуется выделять в стеке 64 байта.
Подпрограммы
Типичная схема огранизации подпрограмм, обычно используемая трансляторами с языков высокого уровня для реализации процедур и функций (в частности, рекурсивных), следующая.
При обращении к подпрограмме в стек заносятся параметры для нее и адрес возрата, после чего делается переход на ее начало:
PUSH param1;запись 1-го параметра в стек
...
PUSH paramk;запись последнего (k-го) параметра в стек
CALL subr;переход в возратом на подпрограмму
(Замечание: если необходимо вычислить параметр или если его размер отличен от слова, тогда для записи параметра в стек нужно, конечно, несколько команд, а не одна.) Состояние стека после выполнения этих команд обращения к подпрограмме показано на рис. a
| | |--------------|
| | | лок.величины |<-SP
| | -2| (m байтов) |
| | |--------------|
| | 0| BP стар |<-BP
|адрес возврата|<-SP +2|адрес возврата|
| 1-й параметр | +4| 1-й параметр |
|... | |... |
| k-й параметр | | k-й параметр |
|//////////////| |//////////////|
|//////////////|<-BP |//////////////|
рис. а рис. б
Первыми командами подпрограммы обычно являются следующие:
PUSH BP;спасти в стеке старое значение BP
MOV SP,BP;установить BP на вершину стека
SUB SP,m;отвести в стеке место (m байтов) под локальные
;величины подпрограммы (состояние стека в этот;момент показано на рис. б)
Поясним эти "входные" команды. В подпрограмме для обращения к ячейкам стека, занятых параметрами, используется (как базовый) регистр BP: если в BP занести адрес вершины стека, то для доступа к этим ячейкам следует использовать адресные выражения вида i[BP] или, что то же самое, [BP+i]. (Отметим, что применять здесь регистры-модификаторы BX, SI и DI нельзя, т.к. формируемые по ним исполнительные адреса будут сегментироваться по умолчанию по регистру DS, а в данном случае нужно сегментирование по SS.) Однако данная подпрограмма может быть вызвана из другой, также использующей регистр BP, поэтому прежде, чем установить BP на вершину стека, надо спасти в стеке старое значение этого регистра, что и делает первая из "входных" команд. Вторая же команда устанавливает BP на вершину стека. Если предположить, что каждый параметр и адрес возврата занимают по слову памяти, тогда доступ к первому параметру обеспечивается адресным выражением [BP+4], ко второму - выражением [BP+6] и т.д. (см. рис. б).
Подпрограмме может потребоваться место для ее локальных величин.
Такое место обычно отводится в стеке (а для рекурсивных подпрограмм только в стеке) "над" ячейкой, занимаемой старым значением BP. Если под эти величины нужно m байтов, то такой "захват" места можно реализовать простым уменьшением значения регистра SP на m, что и делает 3-я "входная" команда. Доступ к локальным величинам обеспечивается адресными выражениями вида [BP-i]. Если подпрограмме не нужно место под локальные величины, тогда третью из "входных" команд следует опустить.
Выход из подпрограммы реализуется следующими командами:
MOV SP,BP;очистить стек от локальных величин
POP BP;восстановить старое значение BP
RET 2*k;возврат из подпрограммы и очистка стека от
;параметров (считаем, что они занимают 2*k байтов) Первая из этих "выходных" команд заносит в регистр SP адрес той ячейки стека, где хранится старое значение регистра BP, т.е. происходит очистка стека от локальных величин (если их не было, то данную команду надо опустить). Вторая команда восстанавливает в BP это старое значение, одновременно удаляя его из стека. В этот момент состояние стека будет таким же, как и перед входом в подпрограмму (см. рис а). Третья команда считывает из стека адрес возврата (в результате чего SP "опускается" на 2 байта), затем добавляет к SP число, которое должно равняться числу байтов, занимаемых всеми параметрами подпрограммы, и затем осуществляет переход по адресу возврата. В этот момент состояние стека будет таким же, каким оно было перед обращением к подпрограмме.
Здесь описана универсальная схема организации работы подпрограмм.
В кокретных же случаях можно использовать более простые схемы. Например, параметры можно передавать не через стек, а через регистры, место под локальные величины можно отводить не в стеке, а в сегменте данных и т.п.