深入了解C语言
C语言生成的代码在执行效率上比其它高级语言都高.现在让我们来看看C语言生成的代码具体是什么样子的.当你看完本文对于C语言的了解一定会更深一步了.
本文通过一个个实际案例程序来讲解C语言.
研究案例一
工具: Turboc C v2.0,Debug,MASM v5.0,NASM
实例C程序:
/* example1.c */
char ch;
int e_main()
{
e_putchar(ch);
}
目标内容:C语言调用函数的方法与细节
我们使用的C编译器是16位的Turboc C v2.0,它生成的是16位的代码,比较简单,方便我们来研究.同时我们也需要用到DOS下的DEBUG来进行反汇编.由于我们很多案例中的程序并不是完整的C程序,所以Turboc下的Tlink并不能为我们生成目标程序,所以我将使用MASM中的link.exe,同时里面的exe2bin.com也可以为我们把exe文件转换成bin文件.
这个程序没有main函数,我们用e_main来代替main函数.这样我们能避开C语言对main函数进行一系列处理的代码.同样,我们也用e_putchar()来代替我们平常使用的putchar().这里"e"的意思就是"example".
没有了main函数,我们的C程序就没有了入口,所以在开始编译这段C代码之前,我还得写几行简单的汇编代码,通过它来作为我们程序的入口.
; C程序的入口 start.asm
[BITS 16]
[global start]
[extern _e_main]
start:
call _e_main
按照C语言的习惯,所以C总的名词都要自动在前面加一个"_"下划线.所以,我们在C中的e_main函数,如果要在汇编中调用,就变成了_e_main函数.这段汇编代码只有一句:call _e_main,就是调用我们在C中的e_main函数
这段代码我将用nasm来进行编译.生成start.obj
nasmw -f obj -o start.obj start.asm
下面我们用Turboc C来编译这段C代码:
TCC -mt -oexample1.obj -c example1.c
link start.obj example1.obj,example1.exe,,,
exe2bin example1.exe
这样,我们就得到了这段C代码编译出来的机器代码文件(example1.bin)了.
下面我们用DEBUG这个老DOS的工具来对example1.bin进行反汇编.
DEBUG
-n example1.bin
-l 0
-u 0
xxxx:0000 CALL 0003
xxxx:0003 MOV AX,000B
xxxx:0006 PUSH AX
xxxx:0007 CALL 0020
xxxx:000A POP CX
这里看到蓝色的代码就是我们整个C程序的所生成的代码了.
最开始的第一句CALL 0003是我们用nasm编译的start.asm所生成的代码.
我们主要目标是研究蓝色的C语言的代码,第一句start.asm所生成的代码太简单,就是调用e_main函数.而我们的e_main函数就是蓝色代码部分.
从C源程序中我们看到,我们在e_main做的就是一件事情:调用e_putchar(ch);其中ch是传给出e_putchar的参数.
MOV AX,000B
000B就是我们的全局变量ch所在内存的地址.C语言会把所有的全局变量在另一块内存区.C代码先把ch的地址传给AX,然后通过
PUSH AX
把AX的值,也就是ch的地址压入堆栈.然后再
CALL 0020
而0020就是e_putchar代码的地址.通过这跳语句,计算机就跳到e_putchar的代码部分去执行了.我在这里并不给出e_putchar的代码,因为我们这个案例只是研究C语言中如何传递参数给其它函数的,并不管e_putchar如何取参数.下在一个案例中,我们将研究函数如何取参数.
在这里我得把CALL指令解释清楚,因为在下个研究函数如何取参数的部分中大家可能会迷惑.CALL XXXX 指令简单地或就是
PUSH IP
JMP XXXX
它首先把当前的执行地址IP压入堆栈,然后跳转到要CALL的地址去.CALL和RET指令是配套的.RET指令等同于
POP IP
也就是回复CALL前的执行地址IP.
正因为这样,所以你一旦使用了CALL指令,你的堆栈指针SP就会自动减2.
POP CX
是每个函数调用完毕后都有的必备操作.在这里它不起任何作用.可能唯一的作用就是与CALL 0020前的PUSH AX像对应.这样堆栈指针SP才能回原.
好了,简单的第一个案例研究结束了.虽然就这4跳指令,但是我们已经可以看出C语言传递参数方法了.总结起来就是
通过"MOV AX,参数地址"把参数的地址传到AX,然后"PUSH AX"把参数的地址压入堆栈.最后"CALL 函数地址"转向执行要调用的函数.最后调用完后,"POP CX",恢复堆栈指针SP.
研究案例二
工具: Turboc C v2.0,Debug,MASM v5.0,NASM,TASM
实例C程序:
/* example1.c */
char ch;
extern void e_putchar(char c);
int e_main()
{
ch=0x44;
e_putchar(ch);
}
实例汇编程序:
; eio.asm
_TEXT segment byte public 'CODE'
DGROUP group _TEXT
assume cs:_TEXT,ds:DGROUP,ss:DGROUP
public _k_putchar
_k_putchar proc near
push bp
mov bp,sp
mov ah,0eh
mov bx,7h
mov al,byte ptr [bp+4]
int 10h
pop bp
ret
_k_putchar endp
目标内容:C语言中函数使用参数的方法
这一节我们将使用TASM用汇编来写个标准的C函数.这一节的内容大家可能在很多汇编的书籍上都看到过.讲的是C语言和汇编语言的连接方法.可能你会奇怪,我们这里已经有了MASM,NASM两个汇编编译器了,为什么还要使用TASM另外一个汇编编译器.我不知道MASM是否可以和我们的Turboc C配合,但是TASM是肯定可以和Turboc C完全配合的.毕竟它们都是Borland公司的产品,而且Turboc C中用-S生成的汇编代码是完全按照TASM中的语法而定的.这足以见Turboc C和TASM之间"亲密的"关系了.
这个案例中我们主要并不研究C代码了.而是研究那个用汇编写的C函数.
push bp
mov bp,sp
mov ah,0eh
mov bx,7h
mov al,byte ptr [bp+4]
int 10h
pop bp
ret
其中byte ptr[bp+4]就是我们传给e_putchar()的参数值.
前一个案例中我们一直知道了C语言是把参数的地址压入堆栈的方式传给函数.所以在标准的C函数中,都是通过取堆栈里的值来读参数.
标准的C函数前两行都是
push bp
mov bp,sp
首先保存BP的值,然后把当前的堆栈指针传递给BP,我们访问传递给该函数的参数就是通过BP.而第一个参数值就放在BP+4的地址中,第二个参数值就放在BP+6,...,这样依此对应每个参数的地址.BP就是CALL调用前的IP的值.因为CALL执行的时候,系统会自动把当前的IP压入堆栈.关于这个前面一个案例中已经给出介绍.
别看这个C函数是用汇编语言写的,它可是个完完整整的C函数.
好了,让我们编译出来看看.
TASM eio.asm eio.obj
TCC -mt -oexample1.obj -c example1.c
link start.obj eio.obj example1.obj,example1.exe,,,
exe2bin example1.exe
好了,该是我们总结的时候了.
C语言中函数访问参数的方法就是先通过"PUSH BP"保存BP,"MOV BP,SP"把当前的堆栈指针传递给BP.第一个参数的地址就在BP+4,第二个参数的地址就在BP+6,...比如"MOV AX,WORD PTR[BP+4]"就可以把第一个参数值传给AX 寄存器.而需要留意的是C/C++传递参数的顺序是和其它语言相反的.C语言是把参数的地址从右到左压入堆栈,所以越后面的参数,在堆栈中的地址越靠前.
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