匯編語言的藝術-基本認識(一)

第一節 應用工具

一、對程式的認識

寫作程式不難，但要寫出好程式卻不容易。這就好像畫圖一樣，人人都能畫，而畫出來的圖卻可能有天壤之別。
想作一個好畫家，首先要有觀察及分析的能力，面對著雜亂的事物，先整理出頭緒，找到主題。再在畫布上勾出輪廓，這叫做「布局」。布局完畢，根據實際的環境，決定作圖的先後「順序」。順序是一種層次觀念，景物及色彩都有一定的層次，絕不可隨意所之，想到哪裡，畫到哪裡。
觀察考慮完畢，即開始准備，先將畫筆、調色板等工具放妥，把要表現的主要色彩也調好。最後是選擇適當的畫筆，蘸上色彩，按照所觀察的結果，塗在畫布上。
畫圖頗重風格，有些個人主義的藝術家，技巧並不精通，只因為時代潮流或歷史條件，創造了某種獨特的風格，就得以成名享利。一般的畫家則不然，不論是「工筆」抑或「寫意」畫，全靠其技巧及素養，始能求生存。至於藝術大師，則首重風格，再加上素養、技巧，方可揚名立萬，永垂不朽。
最糟糕的畫匠，既沒有觀察能力，更談不上技巧和風格，除了照著別人的作品抄襲、模仿外，創造不出有價值的作品。若程式師也如此，只能照著別人的意思，填填指令，不過是個程式匠罷了。
在觀察分析之下，把欲表現的內容整理成為具體的步驟，用電腦術語來說，是為「程式分析」，相當於畫畫中的「布局」。再下去，便是「流程」制作，或是作畫的順序。將各種程式的層次安排妥當，才能開始寫作程式，相當於開始作畫。
這些觀念牽涉甚廣，不是三言兩語可以說完。本書僅以組合語言寫作的訓練為目的。如果讀者能善用組合語言的各種技巧，又能充份認識所要完成的工作，至少可以滿足「工筆畫」的條件。對一個電腦程式而言，目前畫「工筆畫」的價值要比「寫意」為高。
下面，我們要以工筆畫的立場，來理解組合語言的應用。對油畫或水彩畫而言，色料相當於程式用的「資料」，調色盤就是運用資料的「暫存器」，畫筆等於「指令」，一切都准備妥當，所謂「作畫」就是「寫程式」。
程式是由一系列的定義和指令組織成的可執行的程序，需由一種檔案的形式(.asm)經過編譯程式 (masm.exe) 的處理，將原始檔轉變為目的檔(.obj)，然後再將一個或數個目的檔經過聯結（link.exe）成為執行檔(.exe)，或者再用 exe2bin. exe 制成記憶限在64kb以下的命令檔(.com)。
程式師應熟悉上述過程中的每一細節，方能順利完成程式寫作。
程式的寫作方式本無定則，完全看需求及應用而定。可是正如一幅畫，在布局時，程式師應該先有全部的觀念，然後逐步實行。為了提高效率，這些步驟，有必要加以歸類。結果就是所謂的模組。
模組的良窳，決定了程式寫作、修改及再應用的效能。在寫作時要求理念一貫，連續進行。修改應方便靈活，不致錯誤叢生。而應用上功能要完整，可以獨立調用。 
根據上述條件，程式的結構大致上可分為：
1,主程式：連貫性的處理過程，應該一次考慮清楚，細節暫 時放在一邊，先把大架構寫出來，以免顧首不顧尾。在空間足夠的情形下，大架構應該是一個完整的模組，且在整體的觀念下，統一處理。
這種做法，對程式偵錯及修改有很大的幫助。因為修改和調整最多、對功能影響最大的，必然是主程式。若主程式都在同一模組中，比較容易得到理想的效果。

2,副程式：副程式都是一些細節的處理，可以用‘CALL’的方式執行。原則上說來，細節的處理經常重覆發生在不同 的情況下，作為副程式相當有利。只是應該注意調用的手 續，為了效率，通常將需要處理的參數或資料，經由暫存器或者必要時用緩沖器載入。
既然是數個程式均可共用的副程式，而且此類程式為一獨立的過程，所以應該事先分別測試，保證無誤。
此外，各副程式的入口處，宜明白的交待暫存器的使用方式，且要能一目瞭然。

3,子程式：子程式與副程式有一點不同，就是具備完整的機能。所謂完整的機能，指該段程式可以獨立執行、有固定的功能。在應用時，兩者沒有分別，然而在寫作時，子程式的考慮要慎重些。

4,資料檔：資料檔也可以視為一種靜態的程式，雖然不是執行用的，但卻是執行時不可或缺的素材。資料檔的設計應該注意空間的利用，等長度的資料結構最具效率，最好保證資料起點為雙數，以節省16位元匯流排的執行速度。
在應用緩沖器時，切忌隨意設置，往往程式師們設了一緩沖器，等後來發現沒有必要，再想刪掉就麻煩大了。所以事先應安排妥當，以便於隨時查找和調整。安排的方式視使用的情形而定，有的以模組歸類；也可以用字母排序為依據；再不然就加上詳細注釋說明功能及使用的程式標號。

5,應用表：在本書第四章第六節將介紹應用表的功能和應用方式，此類表一次設計完成以後，很少需要再修改，為了工作效率，獨立成為一個檔案，自有其必要性。

此外，各種程式的命名最好能有代表性，以便於應用；程式不能太大，否則編輯耗時費事；分檔時，則要注意標號宣告及各段安排的問題。在磁盤中，應該專辟一個子目錄，不要把各種不相干的程式，都混合在一起。
第二章三、四節中已規定了格式的標准，此處僅再補充一點。即各緩沖器的定義與使用時的長度應相等，否則在編譯或聯結時，容易發生錯誤。聯結時，有時並無足夠的錯誤訊息，供程式師得知錯誤產生的原委。最難理解的錯誤，往往與緩沖器的定義有關，即定義的類型與使用的類型不一致。另外一個情況是段值的改變，其補救方法為在應用時，臨時加一「前置定義」。
所謂「前置定義」是指當暫存器為一字元時，其前應加寫BYTE PTR，否則用 WORD PTR 以確定其值，即可保證安全。
如：MOV BYTE PTR BBSDOT1,AL
此外，每當段值有所改變時，都加寫一條：
ASSUME CS:XXX,DS:YYY,ES:ZZZ 
這種用法，完全是給匯編程式「看」的，程式本身並沒有增加任何指令。
其他規定，請參閱各相關手冊。

二、對資料的認識

在畫布上，所有色彩都是由紅、藍、黃三原色及白色調制而成，瞭解色彩的變化是畫家的基本素養。在電腦中，所有的資料則都由二進位數據組成，要寫程式，必須對二進位的特性先有深刻的認識。
絕大部份的程式師，都不知道二進位數據的妙用，充其量能夠很快地換算二進位與十進位的數值。再不然，由二進位值領會到圖形的點陣排列，如此而已。

二進位就是開關的觀念，把一連串的開關聯在一起，其所能發生的作用，完全在於每一個開關、以及各開關組合應用的功能。
說得明確一點，先要將各種需要設計的功能分析清楚，找出其共通的因素，如果這些因素能用「開」及「關」兩個簡單的狀態代表，則可以用二進位制加以控制。在理論上，一開一關只有兩種作用，而兩組開關就有222 種作用，最理想的設計 是將開關的排列組合數用到極限。
舉例而言，電腦上應用的彩色，就是最理想的設計之一。在電腦中，最基本的應用單位為「字元」(Byte)，每一字元有８個「位元」(Bit),相當於８個「開關」。為了要最精簡地應用多種彩色，只以三原色與輝度組合，八個開關就能產生 256種不同的彩色。茲將各開關所代表的彩色分列如下：
開關一 (bit １)：正藍色
開關二 (bit ２)：正綠色
開關三 (bit ３)：正紅色
開關四 (bit ４)：灰色 (高輝度)
開關五 (bit ５)：黑色 (低輝度)
開關六 (bit ６)：淺藍色
開關七 (bit ７)：淺紅色
開關八 (bit ８)：淺青色
★上述 (bit n) 是從 n=1 開始計算。

應該注意的一點，是電腦的基本單位在於八個開關，不用足就是浪費。如果８個不夠，再增加便有16個。所以，因事制宜，在設計的時候，唯有用８的倍數才劃算。
但是，宇宙中的事物，不見得剛好是八的倍數。如果設計的人沒有這種認識，不能把所處理的資料，以８為限制條件去劃分，就無法利用這種有利的條件，當然，也就得不到最理想的結果。
所以，要想程式具有最高的效率，首先要把資料整理成為八的倍數值結構。把資料整理為最有效的結構方式，稱為「資料結構」，關於這一點，在後面將有較詳細的例證。
每個字元有 256種排列組合，即相當於 256個十進位的數字。為了方便人的理解，通常將字元寫成十六進位形式，並在其數字後加一‘Ｈ’，以別於十進位數字。
茲將十進制與十六進制對應表列於下面:
二進位值 八進位值 十進位值 十六進位值
0 0 0 0H
1 1 1 1H
*10 2 2 2H
11 3 3 3H
*100 4 4 4H
101 5 5 5H
110 6 6 6H
111 7 7 7H
*1000 *10 8 8H
1001 11 9 9H
1010 12 *10 0AH
1011 13 11 0BH
1100 14 12 0CH
1101 15 13 0DH
1110 16 14 0EH
1111 17 15 0FH
*10000 *20 16 *10H
★ 凡前有 *者表示進位。
★★二進位數後應加‘Ｂ’，八進位後應加‘Ｏ’。
由上可知，十六進制仍沿用十進位數字，只是到了10時，已無現成數字可用，只好借用英文字母。在程式中，匯編程式為了分辨ASCII 字符與十六進制數值，通常規定凡十六進位數值以英文字母開始者，在其字母前加一‘０’。

三、對暫存器的認識

暫存器 (Register) 相當於調色皿，資料相當於色料。把色料放進調色皿裡，為的是要得到預定的效果，暫存器對於資料亦然。
調色皿有大有小，深度有深有淺，其目的是針對不同的情況，以作有效的處理。暫存器也是一樣，應用得好，程式會很精簡，容易修改、閱讀。否則，想到哪一個就用哪一個，沒有原則，沒有章法，這種程式委實不敢恭維。
暫存器的重要性，在於處理方便靈活、速度快，占用空間小。不幸8088 CPU的暫存器很少，用起來總是捉襟見肘，辛苦異常。正因為此，暫存器的善用與否，成為程式效能高低的關鍵技術。
有些程式師不願意精打細算，經常設定一些「緩沖器」，利用緩沖器可以任意定名、便於記憶的優點，竟把珍貴的暫存器，當作各緩沖器間、搬運資料的交通工具，只見資料不停的搬進搬出。雖然程式師省了點事，但運行速度白白浪費了，空間也被糟蹋了。寫這樣的組合程式，遠不如去用高階語言。
當然，緩沖器是有必要的，但也只限於「必要」的情況，而且，在程式規劃時，就要考慮各種應用的條件，把緩沖器內的值取出後，一次處理完畢。如果不能一次解決或是經常要用到的資料，則設法放在暫存器中。
實際上，任何程式不可能在一個過程中，同時需要很多特殊的資料。好的程式師能把復雜的工作處理得有條不紊，功力不夠的，往往把簡單的事情弄得令人難以理解。8088的暫存器的確是不夠用，但是卻不至於少到要以緩沖器取代的地步。
工作的好壞、成敗，與人的組織能力有絕對的關系，限於篇幅，我們不能多談。可是，利用暫存器的特性，來處理繁雜的資料，倒也是訓練組織力的方法之一。
首先，我們應該把暫存器視為工具，瞭解工具的功能、性質，然後要能銘記於心，純熟地加以運用。
根據個人的理解，暫存器概分六類：
1,分段用
程式段 CODE SEGMENT ：CS
資料段 DATA SEGMENT ：DS
堆棧段 STACK SEGMENT ：SS
特設段 EXTRA SEGMENT ：ES
2,堆棧用:
堆棧值 STACK POINTER ：SP
棧用器 BASE POINTER ：BP
3,記憶轉換用:
源存器 SOURCE INDEX ：SI
終存器 DESTINATION INDEX ：DI
4,一般用:
累積器 ACCUMULATOR ：AX
兼用器 BASE ：BX
計數器 COUNTER ：CX
資料器 DATA ：DX
5,標志用：旗號值 STATUS ：FLAG
6,指示用：執行值 INSTRUCTION POINTER ：IP
為了便於記憶，我們給暫存器定中文名，其定義為：
凡分段用者率稱「段」，做為各段起始位置指示用，其計值方式為：系統中的絕對地址＝（本值×16）＋各段定址值
如：資料段為 1600H，乘16即為16000H。

如源存器為 1234H，則此源存器在系統中由０算起的地址為：17234H。
應注意者，各種以「器」定名的暫存器，皆有限用的段，切勿混用。
凡定名為「值」者，皆為不能用來供程式寫作的暫存器。如堆棧值（SP）系指示堆棧所在位置；旗號值（FLAG）表示旗號標志的情況；執行值（IP）則代表程式當前所執行的地址。這些暫存器值並非不能改變，但對技巧尚不夠純熟者，最好保持原值，不要妄動。
經常使用的「器」有兩種，一以16位元為單位，如棧用器、源存器及終存器; 另一種則具有兩個分別稱「高位」及「低位」、各有８位元，可單獨使用，也可合並為16位元的暫存器AX,BX,CX,DX。
暫存器通常作為容器用，但有些多用為記憶區之定址，以便將其中貯存的資料取出應用。前者稱為容器功能，可以作計算、邏輯處理等。後者稱為定址功能，系供處理各「器」所定位址的資料用。由於8088 CPU的定址方式，受限於當初不成熟的設計理念，偏偏 IBM獨具慧眼，選中了它，所謂城門失火，殃及池魚，讀者不得不多花點功夫，小心應付。
棧用器（BP）屬於堆棧段的記憶位置，系提供給高階語言結構使用，對組合語言來說，功能不大，但若善於運用，也不無價值。
源存器（SI）固定指向資料段，將源存器中的資料取出，所指的是取出資料段中的資料。設若
DS=2000H SI=1234H，則
SI中的1234H 系指系統中 2000H×16加上位址值 1234H。
不過，使用者不必去計算，只要知道是由資料段起，位址為1234H 即可。
終存器（DI）較為復雜，通常它是指向資料段，可是有幾個指令涉及大量資料轉移，需要由源存器搬到終存器。由於受限於分段的設計，為了便於段間應用，所以特別規定：在這種情況下終存器系指向特設段（ES）。也就是說，只能由資料段移向特設段。程式師可以先設定各段的段暫存器，再作轉移。若要在同一段中作資料轉移，則應使資料段＝特設段。
一般用的暫存器，都可以分成兩個８位元、各命名為高、低位暫存器，如：
累積器：AX 高位 AH ，低位 AL
兼用器：BX 高位 BH ，低位 BL
計數器：CX 高位 CH ，低位 CL
資料器：DX 高位 DH ，低位 DL
其中累積器的功能最強，可以做乘、除計算，AH尚有貯存旗號的特殊指令。尤其是從記憶區中取值或將值放進記憶區內時，效率最高，如 LODS ， STOSW等。
由於其功能高，運用靈活，所以宜於打雜，千萬不要賦與固定的使命。
兼用器則有一種重要的特性，它是一般用暫存器中，唯一能自記憶區中讀取資料者（XLAT指令除外），所以作為「資料及定址轉換」 (後文將專門介紹此一功能) 方便異常。
計數器常用作「回路」或次數的記錄，也有專用的指令，除非不得已，或者計數用得不多，最好保留備用。
資料器功能最少，最好固定其用途，選擇經常需要應用的資料，置放其中，以便發揮時間空間的最高效率。