Ct215: Assembly Language Programming Ct215: Assembly Language Programming

Chapter 5: Procedures

ProceduresProcedures• Procedure Definition

• i.e., the code of the procedure routine• Associated with a label

• Procedure Call • Ideally, p (a1,…,an)• Very similar to a jump: JMP Labelp

• …except that means of passing the parameters to p must be decided•One idea: pass parameters in registers•Another idea: pass them on the “stack”

• If you want to know how your favorite programming language handle procedures, this is where you find out

Chapter OverviewChapter Overview

• Using predefined procedures• Linking to an External Library• The Book's Link Library

• Stack Operations• Defining and Using your own Procedures• Program Design Using Procedures

The Book's Link LibraryThe Book's Link Library

• Link Library Overview• Calling a Library Procedure• Linking to a Library• Library Procedures – Overview• Six Examples

Link Library OverviewLink Library Overview

• A file containing procedures that have been compiled into machine code• constructed from one or more OBJ files

• To build a library under Windows, . . .• start with one or more ASM source files• assemble each into an OBJ file• create an empty library file (extension .LIB)• add the OBJ file(s) to the library file, using

the Microsoft LIB utility

Take a quick look at Irvine32.asm – it contains a large number of useful procedures.

Calling a Library ProcedureCalling a Library Procedure

INCLUDE Irvine32.inc.code

mov eax,1234h ; input argumentcall WriteHex ; show hex numbercall Crlf ; end of line

การเรยก procedure จาก Library โดยการใชคำาสง CALL บาง procedures ตองการกำาหนดคาอนพตของ arguments ซงการทำางานคำาสงเทยม INCLUDE directive จะทำาสำาเนารปแบบของ procedure เพอแสดงใหเหน Procedures

ตวอยางการแสดงผลในการพมพคา "1234" ทจอภาพ :

ตวอยางการแสดงผลในการพมพคา "1234" ทจอภาพ :

INCLUDE Irvine32.inc ; เปนการประกาศในการใช Library

.code ; เปนคำาสงเทยมทบอกคาของ Code segment

mov eax,1234h ; input argumentcall WriteHex ; show hex numbercall Crlf ; end of line

•การทำางานในโปรแกรมจะมการเชอมเขากบ Irvine32.lib โดยใชคำาสงในการจาก linker ทอยภายใต batch file ขอ make32.bat.•Notice the two LIB files: Irvine32.lib, and kernel32.lib

Linking to a LibraryLinking to a Library• Your programs link to Irvine32.lib using the linker command

inside a batch file named make32.bat.• Notice the two LIB files: Irvine32.lib, and kernel32.lib

• the latter is part of the Microsoft Win32 Software Development Kit (SDK)

Library Procedures

Clrscr – โปรแกรมยอยนเปนการเคลยจอภาพทงจอภาพ บรรทด 0 คอลมน 0 จนถง บรรทด 24 คอลมน 79 .

Crlf – โปรแกรมยอยนเปนการทำางานถงการสนสดบรรทดและขนบรรทดใหม

Delay - โปรแกรมยอยนเปนการหนวงเวลาในการเอกซควสคำาสงทกำาหนดเปน n millisecond interval.

DumpMem - โปรแกรมยอยนเปนการพมพขอมลทอยในหนวยความจำาเปนกลมและแสดงผลในรปเลขฐานสบหก

DumpRegs – โปรแกรมยอยนเปนการแสดงผลลพธขอมลของรจสเตอร EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP, ESP, EFLAGS, and EIP registers เปนเลขฐานสบหกและแสดงคาของแฟลกทเกดขนดงน Carry, Sign, Zero, and Overflow flags.

GetCommandtail - โปรแกรมยอยนเปนการทำาสำาเนาคำาสงในโปรแกรมในรปของอะเรย

GetMseconds - Returns the number of milliseconds that have elapsed since midnight.

Gotoxy – โปรแกรมยอยนเปนกำาหนดตำาแหนงของเคอรเซอรบนจอภาพ.

Random32 – โปรแกรมยอยนเปนการจายคาของการสมขอมลเลขจำานวนเตมขนาด 32 บตระหวาง 0 to FFFFFFFFh.

Randomize - Seeds the random number generator.

RandomRange – โปรแกรมยอยนเปนการสมตามทกำาหนด .

ReadChar - โปรแกรมยอยนเปนการอานคาตวอกขระจากหนวยรบขอมลคอคยบอรด.

ReadHex – โปรแกรมยอยนเปนการอานจำานวนเตมเลขฐานสบหกขนาด 32 บตจากคยบอรดและสนสดการรบดวยคย Enter key.

ReadInt – โปรแกรมยอยนเปนการอานคาเลขจำานวนเตมฐานสบแบบคดเครองหมายจากคยบอรดและสนสกดวยคย Enter key.

ReadString – โปรแกรมยอยนเปนการอานคาสตรงจากคยบอรดและสนสดดวยคย Enter key.

SetTextColor – โปรแกรมยอยนเปนการกำาหนเคาสของ foreground และ background ในการกำาหนดคาสของ text บนจอภาพ.

WaitMsg – โปรแกรมยอยนเปนการแสดงขอความทปรากฏจนกวาจะกดคย Enter key

WriteBin – โปรแกรมยอยนเปนการพมพคาเลขจำานวนเตมขนาด 32 บตไมคดเครองหมายบนจอภาพในรปของ ASCII binary format.

WriteChar – โปรแกรมยอยนเปนการพพมตวอกขระทละตวบนจอภาพ .

WriteDec – โปรแกรมยอยนเปนการพมพคาเลขจำานวนตมขนาด 32 บตไมคดเครองหมายบนจอภาพในรปของ decimal format.

WriteHex - โปรแกรมยอยนเปนการพมพคาเลขจำานวนตมขนาด 32 บตไมคดเครองหมายบนจอภาพในรปของ hexadecimal format.

WriteInt - โปรแกรมยอยนเปนการพมพคาเลขจำานวนตมขนาด 32 บตคดเครองหมายบนจอภาพในรปของ decimal format.

WriteString – โปรแกรมยอยนเปนการพมพคาสตรงบนจอภาพ.

.codecall Clrscrmov eax,500call Delaycall DumpRegs

Example 1การเคลยจอภาพ (Clear the screen) และใหโปรแกรมหนวงเวลา 500 milliseconds และแสดงผลลพธในรจสเตอรลคาของแฟลก .

EAX=00000613 EBX=00000000 ECX=000000FF EDX=00000000ESI=00000000 EDI=00000100 EBP=0000091E ESP=000000F6EIP=00401026 EFL=00000286 CF=0 SF=1 ZF=0 OF=0

Sample output:

.datastr1 BYTE "Assembly language is easy!",0

.codemov edx,OFFSET str1call WriteStringcall Crlf

Example 2การแสดงผลลพธของคาสตรง และเลอนเคอรเซอรไปยงจดเรมตนของบรรทดแรกของจอภาพถดไป.

Example 2aExample 2a

.datastr1 BYTE "Assembly language is easy!",0Dh,0Ah,0

.codemov edx,OFFSET str1call WriteString

การแสดงผลลพธของคาสตรง และเลอนเคอรเซอรไปยงจดเรมตนของบรรทดใหมของจอภาพ (use embedded

Example 3Example 3

IntVal = 35.code

mov eax,IntValcall WriteBin ; display binarycall Crlfcall WriteDec ; display decimalcall Crlfcall WriteHex ; display hexadecimalcall Crlf

การแสดงผลลพธคาจำานวนเตมเลขฐานสองไมคดครองหมายเลชฐานสบและเลขฐานสบหกโดยแยกแตละบรรทด.

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 00113523

Sample output:

Example 4Example 4

.datafileName BYTE 80 DUP(0)

.codemov edx,OFFSET fileNamemov ecx,SIZEOF fileName – 1call ReadString

การพมพคาสตรงทปอนเขามาของผใช รจสเตอร EDX จะเปนตวชคาของสตรง และรจสเตอร ECX กำาหนดคาของตวอกขระสงสดทผใชจะปอนเขามา.

A null byte is automatically appended to the string.

Example 5Example 5

.codemov ecx,10 ; loop counter

L1:mov eax,100 ; ceiling valuecall RandomRange; generate random intcall WriteInt ; display signed intcall Crlf ; goto next display lineloop L1 ; repeat loop

เปนการแสดงผลแบบสมเลขชำานวนเตมทคดเครองหมายในชวง 0 – 99. เลขจำานวนเตมแตละคาใชการพมพดวยโปรแกรมยอยทเรยกวา WriteInt และขอมลทพมพเกบใน EAX และแสดผลทละบรรทด ..

Example 6Example 6

.datastr1 BYTE "Color output is easy!",0

.codemov eax,yellow + (blue * 16)call SetTextColormov edx,OFFSET str1call WriteStringcall Crlf

เปนการแสดงคาของแอตทรบวสของตวสตรงทมพนทสนำาเงนและตวอกขระสเหลอง

The background color is multiplied by 16 before being added to the foreground color.

Procedure Descriptions

CLRSCR

เปนการทำางานในการเคลยจอภาพ Call Clrscr

Crlf

เปนการทำางานของการสนสดบรรทดและขนบรรทดใหม (0Dh,0Ah) หรอเปนการเลอนเคอรเซอรไปยงบรรทดใหมของจอภาพ.    call Crlf

Delay

เปนการทำางานในการหนวงเวลาของโปรแกรมทกำาหนดคามาพรอมกบคำาสง เมอการเรยกโปรแกรมยอยนDelay procedure pauses the program for a specified time interval. When calling function, set EAX to desired interval, in milliseconds

Mov eax, 1000 ; 1 secondCall delay

DumpRegs

เปนการแสดงคาของรจสเตอรในปจจบนบนจอภาพ ซงการใชงานหลกจะเปนการใชงานของโปรแกรมดบก debugging. โปรแกรมยอย DumpRegs จะพมพผลลพธขอมลในรจสเตอร รวมถงคาในแฟลก แตการทำางานจะไมเปลยนแปลงคาในรจสเตอร

Example:call DumpRegsExample Output (CF=Carry Flag, SF=Sign Flag, ZF=Zero Flag and OF=Overflow Flag):EAX=00000005 EBX=7FFDF000 ECX=00000101 EDX=FFFFFFFFESI=00000000 EDI=00130178 EBP=0012FFF0 ESP=0012FFC4EIP=0040100A EFL=00000246 CF=0 SF=0 ZF=1 OF=0

Dumpmemโปรแกรมยอยนจะพมพผลลพธในรปเลขฐานสบหก

เปนกลมในชวงระหวางทกำาหนดโดยรจสเตอร ESI , และจำานวนคาทแสดงเกบในรจสเตอร ECX และขนาดของการพมพเกบใน EBX ( 1 = byte , 2 = word , 4 doubleword)

.dataarray dword 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0aH,0dH

main procmov esi,offset arraymov ecx,lengthof arraymov ebx,type arraycall dumpmem

Exit

การทำางานสวนนเปนแมคโคร ซงเปนสวนของการสนสดโปรแกรมและใหกบไปท operating system.

Example: main proc

…….    exit

main endpend

Gotoxy

เปนการกำาหนดตำาแหนงบรรทดและคอลมนของเคอเซอรบนจอภาพ คาของตำาแหนงจะสงผานไปยงรจสเตอร DH และ DL สามารถกำาหนดในชวง 0 to X-1 และจาก 0 to Y-1, ขณะท X คอคาของคอลมน และ Y คอคาของบรรทดบนจอภาพ เราจะกำาหนดคาบนจอภาพได 25 บรรทด และ 80 คอลมน .

Input Parameters:DH = rowDL = column 

Example:

mov dl,79 ;column mov dh,24 ;row call Gotoxy

ReadChar

เปนการอานคาตวอกขระทละตวจากคยบอรดและตวอกขระจะถกนำามาเกบไวในรจสเตอร AL แตตวอกขระจะไมปรากฏทจอภาพ  

Output: AL = ACSII code

Example:data

charIn BYTE ?.codecall ReadCharmov  charIn,alcmp charIn, 'A'je doMoveLeft

RandomRangeGenerates an unsigned pseudo-random 32-bit integer in the range of 0 through (n-1).

Input Parameters:EAX = n, the range

Output: EAX = random (0 to n-1)

Example:;Get a random number from 1 to 100

.dataranNum DWORD ?

.codemov eax,100 ;get random 0 to 99call RandomRange ;inc eax ;make range 1 to 100mov ranNum,eax ;save random

number

ReadIntReads a 32-bit signed decimal integer from standard input, stopping when the Enter key is pressed. All valid digits occurring before a non-numeric character are converted to the integer value. Leading spaces are ignored, and an optional leading + or - sign is permitted.  ReadInt will display an error message, set the Overflow flag, and reset EAX to zero if the value entered cannot be represented as a 32-bit signed integer.Input Parameters: NoneOutput: if OF=0, EAX = valid binary value, and SF=sign. If OF=1, EAX = 0 (invalid input)Example:

.dataintNum DWORD ?.codecall ReadIntmov intNum, eax

 

ReadHexReadhex procedure reads a 32 bit hexadecimal integer form standard input and reurns the value in EAX

.datahexval dword ?

.codecall readhexmov hexval,eax

ReadstringReadstring procedure reads a string form standard input. Stooping when the user process the Enter key.

The following statements call Readstring ,passing ECX and EDX

.databuffer byte 50 dup(0)bytecount dword ?

.codemov edx,offset buffer ; point to

buffermov ecx,(Sizeof buffer); specify max

characteracall readstring ;input the stringmov bytecount,eax ;number of characters

Example

Input a string from the user. EDX points to the string and ECX specifies the maximum number of characters the user is permitted to enter.

.datafileName BYTE 80 DUP(0)

.codemov edx,OFFSET fileNamemov ecx,SIZEOF fileName – 1call ReadString

WriteChar

Writes a single character to standard output.Input Parameters:AL = the character to write

Example:mov  al,'A'call WriteChar

WriteDec

Writes an unsigned 32-bit decimal number to standard output in decimal format with no leading zeros.

Input Parameters:EAX = unsigned number to writeOutput: noneExample: mov eax,123456 call WriteDec

Output: 123456

WriteInt

Writes a signed 32-bit decimal number to standard output in decimal format with a leading sign and no leading zeros. 

Input Parameters: EAX = signed number to writeOutput: NoneExample:    mov eax,216543    call WriteInt

Output as on console: +216543

Writehex

The write procedure writes a32 bit unsigned interger to standard output in 8 digit hexadecimal format.

Mov eax,7FFFHCall writehex ;display :00007FFF

Writebin

Wirtebin procedure writes an to stabdard output in ASCII binary format

Move ax,12345678HCall writebin

;display 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000

ExampleDisplay an unsigned integer in binary, decimal, and hexadecimal, each on a separate lineIntVal = 35

.codemov eax,IntValcall WriteBin ; display binarycall Crlfcall WriteDec ; display decimalcall Crlfcall WriteHex ; display hexadecimalcall Crlf

Sample output:0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 00113523

Example

Generate and display ten pseudorandom signed integers in the range 0 – 99. Pass each integer to WriteInt in EAX and display it on a separate line

.codemov ecx,10 ; loop counter

L1: mov eax,100 ; ceiling valuecall RandomRange ; generate random

intcall WriteInt ; display signed intcall Crlf ; goto next display lineloop L1 ; repeat loop

Stack OperationsStack Operations

• Runtime Stack• PUSH Operation• POP Operation• PUSH and POP Instructions• Using PUSH and POP• Example: Reversing a String• Related Instructions

Runtime StackRuntime Stack• Imagine a stack of plates . . .

• plates are only added to the top• plates are only removed from the top• LIFO structure

Runtime StackRuntime Stack• Managed by the CPU, using two registers

• SS (stack segment)• ESP (stack pointer) *

* SP in Real-address mode

PUSH OperationPUSH Operation (1 of 2) (1 of 2)

• A 32-bit push operation decrements the stack pointer by 4 and copies a value into the location pointed to by the stack pointer.

PUSH OperationPUSH Operation (2 of 2) (2 of 2)

• Same stack after pushing two more integers:

The stack grows downward. The area below ESP is always available (unless the stack has overflowed).

POP OperationPOP Operation• Copies value at stack[ESP] into a register or variable.• Adds n to ESP, where n is either 2 or 4.

• value of n depends on the attribute of the operand receiving the data

PUSH and POP InstructionsPUSH and POP Instructions

• PUSH syntax:• PUSH r/m16• PUSH r/m32• PUSH imm32

• POP syntax:• POP r/m16• POP r/m32

Using PUSH and POPUsing PUSH and POP

push esi ; push registerspush ecxpush ebx

mov esi,OFFSET dwordVal ; display some memorymov ecx,LENGTHOF dwordValmov ebx,TYPE dwordValcall DumpMem

pop ebx ; restore registerspop ecxpop esi

Save and restore registers when they contain important values. PUSH and POP instructions occur in the opposite order.

Example: Nested LoopExample: Nested Loop

mov ecx,100 ; set outer loop countL1: ; begin the outer loop

push ecx ; save outer loop count

mov ecx,20 ; set inner loop countL2: ; begin the inner loop

;;loop L2 ; repeat the inner loop

pop ecx ; restore outer loop countloop L1 ; repeat the outer loop

Remember the nested loop we created on page 129? It's easy to push the outer loop counter before entering the inner loop:

Example: Reversing a StringExample: Reversing a String

• Use a loop with indexed addressing• Push each character on the stack• Start at the beginning of the string, pop the stack in reverse order,

insert each character back into the string• Source code

• Q: Why must each character be put in EAX before it is pushed?

Because only word (16-bit) or doubleword (32-bit) values can be pushed on the stack.

Related InstructionsRelated Instructions

• PUSHFD and POPFD• push and pop the EFLAGS register

• PUSHAD pushes the 32-bit general-purpose registers on the stack • order: EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI

• POPAD pops the same registers off the stack in reverse order• PUSHA and POPA do the same for 16-bit registers

Defining and Using ProceduresDefining and Using Procedures

• Creating Procedures• Documenting Procedures• Example: SumOf Procedure• CALL and RET Instructions• Nested Procedure Calls• Local and Global Labels• Procedure Parameters• Flowchart Symbols• USES Operator

Creating ProceduresCreating Procedures

• Large problems can be divided into smaller tasks to make them more manageable

• A procedure is the ASM equivalent of a Java or C++ function

• Following is an assembly language procedure named sample:

sample PROC..ret

sample ENDP

Documenting ProceduresDocumenting Procedures

• A description of all tasks accomplished by the procedure.• Receives: A list of input parameters; state their usage and

requirements.• Returns: A description of values returned by the procedure.• Requires: Optional list of requirements called preconditions that

must be satisfied before the procedure is called.

Suggested documentation for each procedure:

If a procedure is called without its preconditions having been satisfied, the procedure's creator makes no promise that it will work.

Example: SumOf ProcedureExample: SumOf Procedure;-----------------------------------------------------SumOf PROC;; Calculates and returns the sum of three 32-bit integers.; Receives: EAX, EBX, ECX, the three integers. May be; signed or unsigned.; Returns: EAX = sum, and the status flags (Carry,; Overflow, etc.) are changed.; Requires: nothing;---------------------------------------------------------

add eax,ebxadd eax,ecxret

SumOf ENDP

CALL and RET InstructionsCALL and RET Instructions

• The CALL instruction calls a procedure • pushes offset of next instruction on the stack• copies the address of the called procedure into EIP

• The RET instruction returns from a procedure• pops top of stack into EIP

CALL-RET ExampleCALL-RET Example (1 of 2) (1 of 2)

main PROC00000020 call MySub00000025 mov eax,ebx..

main ENDP

MySub PROC00000040 mov eax,edx..ret

MySub ENDP

0000025 is the offset of the instruction immediately following the CALL instruction

00000040 is the offset of the first instruction inside MySub

CALL-RET ExampleCALL-RET Example (2 of 2) (2 of 2)

The CALL instruction pushes 00000025 onto the stack, and loads 00000040 into EIP

The RET instruction pops 00000025 from the stack into EIP

(stack shown before RET executes)

Nested Procedure CallsNested Procedure Calls

By the time Sub3 is called, the stack contains all three return addresses:

Local and Global LabelsLocal and Global Labels

main PROCjmp L2 ; error

L1:: ; global labelexit

main ENDP

sub2 PROCL2: ; local label

jmp L1 ; okret

sub2 ENDP

A local label is visible only to statements inside the same procedure. A global label is visible everywhere.

Procedure ParametersProcedure Parameters (1 of 3) (1 of 3)

• A good procedure might be usable in many different programs

• but not if it refers to specific variable names

• Parameters help to make procedures flexible because parameter values can change at runtime

Procedure ParametersProcedure Parameters (2 of 3) (2 of 3)

ArraySum PROCmov esi,0 ; array indexmov eax,0 ; set the sum to zeromov ecx,LENGTHOF myarray ; set number of elements

L1:add eax,myArray[esi] ; add each integer to sumadd esi,4 ; point to next integerloop L1 ; repeat for array size

mov theSum,eax ; store the sumret

ArraySum ENDP

The ArraySum procedure calculates the sum of an array. It makes two references to specific variable names:

What if you wanted to calculate the sum of two or three arrays within the same program?

Procedure ParametersProcedure Parameters (3 of 3) (3 of 3)

ArraySum PROC; Receives: ESI points to an array of doublewords, ; ECX = number of array elements.; Returns: EAX = sum;-----------------------------------------------------

mov eax,0 ; set the sum to zeroL1: add eax,[esi] ; add each integer to sum

add esi,4 ; point to next integerloop L1 ; repeat for array sizeret

ArraySum ENDP

This version of ArraySum returns the sum of any doubleword array whose address is in ESI. The sum is returned in EAX:

Flowchart SymbolsFlowchart Symbols

• The following symbols are the basic building blocks of flowcharts:

(Includes two symbols not listed on page 166 of the book.)

Flowchart for Flowchart for the ArraySum the ArraySum ProcedureProcedure

USES OperatorUSES Operator• Lists the registers that will be preserved

ArraySum PROC USES esi ecxmov eax,0 ; set the sum to zeroetc.

MASM generates the code shown in gold:

ArraySum PROCpush esipush ecx..pop ecxpop esiret

ArraySum ENDP

When not to push a registerWhen not to push a register

SumOf PROC ; sum of three integerspush eax ; 1add eax,ebx ; 2add eax,ecx ; 3pop eax ; 4ret

SumOf ENDP

The sum of the three registers is stored in EAX on line (3), but the POP instruction replaces it with the starting value of EAX on line (4):

Program Design Using ProceduresProgram Design Using Procedures

• Top-Down Design (functional decomposition) involves the following:• design your program before starting to code• break large tasks into smaller ones• use a hierarchical structure based on procedure calls• test individual procedures separately

Integer Summation ProgramInteger Summation Program (1 of 4) (1 of 4)

Main steps:

• Prompt user for multiple integers

• Calculate the sum of the array

• Display the sum

Description: Write a program that prompts the user for multiple 32-bit integers, stores them in an array, calculates the sum of the array, and displays the sum on the screen.

Procedure DesignProcedure Design (2 of 4) (2 of 4)

MainClrscr ; clear screenPromptForIntegers

WriteString ; display stringReadInt ; input integer

ArraySum ; sum the integersDisplaySum

WriteString ; display stringWriteInt ; display integer

Structure ChartStructure Chart (3 of 4) (3 of 4)

gray indicates library

procedure

Sample OutputSample Output (4 of 4) (4 of 4)

Enter a signed integer: 550

Enter a signed integer: -23

Enter a signed integer: -96

The sum of the integers is: +431