簡(jiǎn)單聊聊什么是段

這是 x86 匯編連載系列第六篇文章，前五篇文章見(jiàn)文末。

一個(gè)小細(xì)節(jié)

從開(kāi)始到現(xiàn)在我們接觸到了兩種匯編指令的編寫(xiě)方式，一種是在 dosbox 上的 debug 模式下通過(guò) debug -a 的方式來(lái)編寫(xiě)，如下圖所示：

這種方式能讓你在 dosbox 中直接編寫(xiě)匯編代碼，簡(jiǎn)單直接，不需要寫(xiě)偽指令，方便快捷。

還有一種方式需要我們?cè)?dosbox 外部編寫(xiě)匯編源文件，源文件中的代碼經(jīng)由 MASM 匯編編譯、LINK 指令鏈接后一種，如下圖所示：

乍一看這兩種方式編寫(xiě)的匯編源代碼應(yīng)該都能正確的執(zhí)行，于是我們分別用兩種不同的方式寫(xiě)下了

這幾條指令。這三條指令很簡(jiǎn)單，我們的目的很明確，我們想把內(nèi)存地址為 ds:[1], ds[2], ds[3] 的數(shù)據(jù)分別送入 al,bl,cl 寄存器。下面我們執(zhí)行一下：

使用 debug 方式的截圖如下:

如圖所示，在使用 debug 方式中，"[ ]" 內(nèi)的指令會(huì)被直接當(dāng)做內(nèi)存地址進(jìn)行 mov。

使用 masm 編譯器方式的截圖如下:

如圖所示，當(dāng)我們使用 MASM 進(jìn)行編譯和鏈接后，[ ] 號(hào)中的 1 會(huì)被直接編譯為數(shù)值 01，而不是 [1] 這個(gè)內(nèi)存地址。這個(gè)是編譯規(guī)定，大家要記住這個(gè)細(xì)節(jié)。

也就是說(shuō)，誠(chéng)如 [idata] 這種形式，debug 和 masm 匯編器對(duì)其有不同的解釋?zhuān)琩ebug 認(rèn)為 [1] 中的就是一個(gè)內(nèi)存地址，而 masm 認(rèn)為 [1] 就是一個(gè) idata 立即數(shù)。

話又說(shuō)回來(lái)了，如果我們想在匯編源文件中表示內(nèi)存地址，該怎么辦呢？

這就需要借助一個(gè)寄存器了 --- bx。

比如下面這段匯編代碼

首先將 ds 寄存器設(shè)置為 2000 ，也就是 ds = 2000h，然后把 0 放入 bx 中，最后的 mov al,[bx] 就會(huì)默認(rèn)從內(nèi)存地址ds:[0] 處提取數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)。

這樣當(dāng)然是可以的，不過(guò)仍然比較繁瑣，我們不想要每次 mov 內(nèi)存數(shù)據(jù)還要經(jīng)過(guò) bx 中轉(zhuǎn)，我們想要像 debug 那樣直接 mov ，該怎么做呢？其實(shí)也比較簡(jiǎn)單，直接顯示指出段寄存器:[內(nèi)存偏移]即可。

看下面這段匯編代碼：

如果你想要通過(guò) MASM 的方式來(lái)取得 ds:[0] 處內(nèi)存地址的話，就需要顯示指定段寄存器，如果沒(méi)有顯示指定的話，默認(rèn)按照 01 數(shù)值來(lái)處理。

所以我們可以總結(jié)一下上面所探討的內(nèi)容（基于 MASM 匯編編譯器下）

mov al,[0] ：將數(shù)值 0 送入 al 寄存器中，(al) = 0。

mov al,ds:[0]：(al) = ((ds) * 16 + 0) , 將內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)送入 al 中，段地址為 ds。

mov al,[bx]：(al) = ((ds) * 16 + bx) , 將內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)送入 al 中，段地址為 ds。

mov al,ds:[bx] ：和 mov al,[bx] 含義相同

還可以更為精簡(jiǎn)的總結(jié)一點(diǎn)：

MASM 匯編編譯器會(huì)將 [idata] 編譯為 idata，若想訪問(wèn)內(nèi)存地址，則必須顯示指定段地址或者使用 bx 進(jìn)行中轉(zhuǎn)。

上面這些內(nèi)容在本人其他文章中已經(jīng)涉及到了，不過(guò)講的不太細(xì)致，這篇文章算是細(xì)致的講了下。

段前綴

上面的內(nèi)容多次提到了一個(gè)名詞就是 段，段所表示的其實(shí)也是一段內(nèi)存空間，不過(guò)這種劃分的方式是由 CPU 來(lái)決定的，內(nèi)存并不會(huì)分為多個(gè)段。段的劃分是主要為了 CPU 能夠更方便的尋址，要想尋找段內(nèi)的每個(gè)地址和數(shù)據(jù)，都需要有兩個(gè)概念：段基址和段內(nèi)偏移。

在匯編語(yǔ)言中，一般通過(guò) [bx] 來(lái)給出偏移地址，它的段基礎(chǔ)在 ds 中，ds 是默認(rèn)的段寄存器。

不過(guò)，只有一個(gè) ds 段顯然是無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜程序的尋址方式的，所以還可能會(huì)有多個(gè)段，如下所示：

上面列舉了四種不同的段寄存器和尋址方式。

第一條指令把段基址為 ds，偏移地址為 bx 的內(nèi)存地址的內(nèi)容送入 ax ，長(zhǎng)度為 2 個(gè)字節(jié)單元，也就是一個(gè)字，16 位。

第二條指令把段基址為 cs，偏移地址為 bx 的內(nèi)存地址的內(nèi)容送入 ax ，長(zhǎng)度為 2 個(gè)字節(jié)單元，一個(gè)字，16 位。

第三條指令把段基址為 ss，偏移地址為 bx 的內(nèi)存地址的內(nèi)容送入 ax ，長(zhǎng)度為 2 個(gè)字節(jié)單元，一個(gè)字，16 位。

第四條指令把段基址為 es，偏移地址為 bx 的內(nèi)存地址的內(nèi)容送入 ax ，長(zhǎng)度為 2 個(gè)字節(jié)單元，一個(gè)字，16 位。

由于 ds、cs、ss、es 都是顯示指出的，所以 ds、cs、ss、es 又被稱(chēng)為段前綴。

一段安全的存儲(chǔ)空間

我們寫(xiě)出的程序經(jīng)過(guò)編譯連接后，會(huì)由操作系統(tǒng)分配內(nèi)存空間，我們并不知道哪些內(nèi)存空間是有用的，哪些內(nèi)存空間是保留的，哪些內(nèi)存空間是可以使用的，由于有些內(nèi)存空間存儲(chǔ)著重要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)或代碼，所以我們最好不要隨意的向內(nèi)存空間寫(xiě)入數(shù)據(jù)，這是很危險(xiǎn)的，比如下面這幾條指令：

之前為了方便，我們沒(méi)有判斷 1000:[0] 這個(gè)內(nèi)存空間有沒(méi)有存放重要代碼或數(shù)據(jù)就將數(shù)據(jù)寫(xiě)入其中，這種做法是錯(cuò)誤的，如果 1000:[0] 處剛好存放著文件系統(tǒng)的起始代碼，那么 mov ds:[0],al 就會(huì)將其改寫(xiě)，引發(fā)系統(tǒng)崩潰。

再看一段程序：

我們編寫(xiě)好代碼后，進(jìn)行編譯鏈接，debug 這段代碼：

當(dāng)我們執(zhí)行完 mov ds:[26h],ax 后，說(shuō)什么也執(zhí)行不下去了。

并不是我不想執(zhí)行了，而是系統(tǒng)不讓我執(zhí)行了，因?yàn)橄到y(tǒng)死機(jī)了。。。。。。大家可以試試。

所以，在不清楚這段內(nèi)存空間是干什么的時(shí)候，最不好要隨意向內(nèi)存空間寫(xiě)入數(shù)據(jù)。由于內(nèi)存空間是由操作系統(tǒng)直接分配的，所以要想向一段內(nèi)存空間寫(xiě)入數(shù)據(jù)的話，要使用操作系統(tǒng)給我們分配的內(nèi)存空間。

那么話又說(shuō)回來(lái)了，操作系統(tǒng)給我們分配了哪些空間可以安全的寫(xiě)入數(shù)據(jù)呢？

在一般的 PC 機(jī)，DOS 方式下，DOS 和其他合法程序一般都不會(huì)使用0:200 ~ 0:2ff(00200h ~ 002ffh)這段 256 個(gè)字節(jié)的空間，可以認(rèn)為這段內(nèi)存區(qū)域是安全的。

不過(guò)為了謹(jǐn)慎起見(jiàn)，我們寫(xiě)入的時(shí)候，最好使用 debug -d 來(lái)看一下這段內(nèi)存區(qū)域有沒(méi)有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

段前綴的使用

考慮一個(gè)問(wèn)題，如何將內(nèi)存 ffff:0 ~ ffff:b 單元中的數(shù)據(jù)復(fù)制到 0:200 ~ 0:20b 單元中？

需要考慮以下幾點(diǎn)：

0:200 ~ 0:20b 其實(shí)就是 200:0 ~ 200:b ，這就是對(duì)同一段內(nèi)存空間的兩種不同的描述。

上面是兩段不同的內(nèi)存空間，所以需要兩個(gè)段基址，通過(guò)一個(gè)寄存器 dl 來(lái)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，把 ffff:0 ~ ffff:b 地址空間的數(shù)據(jù)復(fù)制到 dl 中，然后把 dl 中的數(shù)據(jù)再?gòu)?fù)制到 0:200 ~ 0:20b 中。

一共復(fù)制 (b - 0) + 1 = 12 次。

開(kāi)碼！

從上面代碼可以看到，我們顯示使用了兩種段前綴 ds 和 es ，這就是一個(gè)段前綴的使用案例。

我們分別將 0ffffh 和 200h 賦給了 ds 和 es 寄存器，然后設(shè)置 cx 循環(huán)次數(shù)為 12 次，s 是一個(gè)偽指令，表示循環(huán)的開(kāi)始處，每個(gè)循環(huán)中都會(huì)把 0ffff:[bx] 中的數(shù)據(jù)賦值給 dl ，因?yàn)檫@是一個(gè)內(nèi)存地址，所以使用 8 位寄存器就可以接收，然后將 dl 中的數(shù)據(jù)賦值給 200:[bx] 處，再執(zhí)行循環(huán)。

審核編輯 ：李倩