汇编语言与C语言混合编程教学初探

程和生，程和侠，刘路路

(1.合肥师范学院 计算机学院, 安徽 合肥 230601；2.安庆师范大学 计算机与信息学院, 安徽 安庆 246011)



汇编语言与C语言混合编程教学初探

程和生1，程和侠2，刘路路1

(1.合肥师范学院 计算机学院, 安徽 合肥 230601；2.安庆师范大学 计算机与信息学院, 安徽 安庆 246011)

汇编语言和C语言结合教学方式，可提高学生对汇编语言学习的兴趣，还可体会到汇编语言直接控制底层的便利和运行效率高。根据教学实践，列举具体实例，涉及具体的编译器对C语言和汇编语言的规定。汇编语言与C语言中的变量和函数彼此之间相互调用方法。实际的教学实践证明受到良好的效果。

汇编语言是一种初级计算机语言,不同中央处理器具有对应配套的汇编指令集合。汇编语言开发应用程序，管理难度大，开发成本高。随着计算机技术的发展，计算机语言也跟随改进，从与硬件相关的机器语言和汇编语言，发展到面向对象的高级语言。计算机高级语言更加的接近人们的思维方式，更加容易实现功能[1,2]。汇编语言似乎失去了存在的意义，“汇编语言”课程教学存在了质疑。

随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统在有限的硬件资源，要求达到理想的处理速度，此时汇编语言与高级语言混合编程的方式是一个比较好的选择[3]。汇编语言具有代码生成效率高，运行速度快，方便直接控制底层资源、占用存储空间小等优点，但是与具体的硬件相关，移植性差[4]。C语言是过程性语言典型代表，具有通俗易懂，移植性良好等特点[5]。

本文以ARM为平台，针对汇编语言教学中涉及到混合编程情况，介绍C语言和汇编语言混合编程的基本使用方法。

C语言与汇编混合编程，一般分两种情况：

(1) 汇编代码比较短，在C语言代码中嵌入汇编代码，实现混合编程。

(2)汇编语言比较长，以汇编文件的形式，根据ATPCS协议，实现C语言调用和访问。

本文第一部分介绍编译器对汇编语言和C语言之间是如何切换，了解混合编程的内部实现，方便后续内容的理解。第二部分介绍汇编语言与C语言如何相互调用变量并给出实例。第三部分介绍汇编语言与C语言如何实现互相调用函数并给出实例。

1 编译器对混合编程规定

每个处理器都有相关编译规定，ARM平台采用是ATPCS(ARM/ThumbProcedureCallStandard)。规定了汇编语言和C语言等之间的调用和切换。规定如下。

(1) 参数传递

少于等于4个参数，使用寄存器R0,R1,R2,R3传递；多出参数使用堆栈传递。实际使用中尽量使用不多于4个参数。返回参数是1个32位整数，通过R0返回；返回参数是1个64位整数，通过R0和R1返回；浮点数通过F0寄存器返回。

(2) 堆栈规则

对堆栈规则采用小端制方式，栈顶是高地址，每插入一个元素，地址自动减小；出栈操作时，地址自动增加。

(3) 使用寄存器规则

寄存器的使用严格按照ATPCS的要求调用，具体的限制如表1所示。

表1 编译器对寄存器的规定

2 汇编语言与C语言互调变量

2.1 汇编语言访问C语言变量

高级机器语言中声明的全局变量，汇编程序可通过地址间接访问。具体访问方法和步骤如下，以C语言全局变量Val为例：

(1) 在C程序中声明全局变量Val；

(2) 使用IMPORT/EXTERN汇编伪指令，引用此变量Val；

(3) 汇编语言的LDR伪指令获取变量Val实际地址；

(4) 对不同的数据类型，采用匹配STR指令获取变量Val数值。

如下列举教学实例，实现上述汇编语言调用C语言定义的变量Val并实现变量Val自身加1和保存:

AREAExample4,CODE,READONLY

EXPORTAddNext

IMPORTVal@声明在C语言中定义的变量Val

AddNext

LDRR1, =Val@装载变量地址

LDRR0, [R1] @从地址中读取数据到R0

ADDR0,R0, #1 @加1操作

STRR0, [R1] @保存变量值

MOVPC,LR@程序返回

END

2.2 C语言访问汇编程序数据

在汇编程序中声明的数据可以被C程序所访问。具体访问方法/步骤如下：

(1) 在汇编程序中用EXPORT/GLOBAL伪指令声明该符号为全局标号，可以被其他文件应用。

(2)C程序中定义相应数据类型的指针变量。

(3) 对该指针变量赋值为汇编程序中的全局标号，利用该指针访问汇编程序中的数据。

假设在汇编程序中定义了一块内存区域，并保存一串字符，汇编代码如下：

EXPORTMessage@声明全局标号

MessageDCB"HELLO$" @定义了5个有效字符，$为结束符

externchar*Message;

intMessageLength()

{

intLength= 0;

char*pMessage; //定义字符指针变量

pMessage=Message; //指针指向Message内存块的首地址

/*while循环，统计字符串的长度*/

while(*pMessage!= '$') //$为字符串的结束符

{

Length++;

pMessage++;

}

return(Length); //返回字符串的长度

}

以上代码主要功能是，C语言中统计汇编中字符串Message含的字符个数。

3 汇编语言与C语言的函数相互调用

函数的交叉调用必须遵循ATPCS规则，其规定汇编程序调用C语言定义函数需要满足下列3个条件：

(1) 代码格式采用ATPCS规则。

(2) 堆栈的使用要遵守相应的ATPCS规则。

(3) 在汇编编译器中使用]atpcs选项。

3.1 C程序调用汇编程序

汇编程序格式遵循ATPCS规则，满足参数传递正确性，以函数fun为例，具体步骤如下：

(1) 使用EXPORT伪指令声明汇编中子程序fun，此时其具有外部调用属性；

(2)C语言中extern关键字声明汇编定义函数fun，C程序才可调用函数fun。

#include

externvoidstrcopy(char*d,constchar*s);

intmain(void)

{

constchar*srcstr= "Firstource"; //定义字符串常量

chardststr[] = "Secondstring]destination"; //定义字符串变量

printf("Beforecopying： ");

printf("src=%s,dst=%s ",srcstr,dststr);

strcopy(dststr,srcstr); //调用汇编子程序R0=dststr,R1=srcstr

printf("Aftercopying： ");

printf("src=%s,dst=%s ",srcstr,dststr); //显示复制后的结果

return(0);

}

strcopy实现代码如下：

AREAExample,CODE,READONLY@声明代码段Example

EXPORTstrcopy@声明strcopy，以便外部函数调用

strcopy@R0为目标字符串的地址,R1为源字符串的地址

LDRBR2, [R1], #1 @读取字节数据，源地址加1

STRBR2, [R0], #1

CMPR2, #0 @判断字符是否复制完毕

BNEstrcopy@没有复制完，继续循环复制

MOVPC,LR

以上代码功能，实现在C程序中调用汇编程中定义的strcopy函数。

3.2 汇编程序调用C程序

汇编程序设置要遵循APTCS规则。汇编程序调用C程序的方法如下：

(1) 伪指令IMPORT声明C程序函数；

(2)C代码中，入口参数正确，采用BL指令调用。

列举实例如下，功能是在汇编程序调用C程序中的求和函数sum：

intsum(inta,intb,intc,intd,inte)

{

return(a+b+c+d+e); //返回5个变量的和

}

AREAExample,CODE,READONLY

IMPORTsum@声明外部标号sum，即C函数sum()

EXPORTCALLSUM

CALLSUM

STMFDSP!, {LR} @LR寄存器入栈

MOVR0, #1 @设置sum函数入口参数，R0为参数a

MOVR1, #2 @R1为参数b

MOVR2, #3 @R2为参数c

MOVR3, #5 @参数e=5，保存到堆栈中

STRR3, {SP, #]4}!

MOVR3, #4 @R3为参数d,d=4

BLsum@调用sum函数

ADDSP,SP, #4 @调整堆栈指针

LDMFDSP, {PC} @程序返回

END

4 总结

在汇编语言的教学受到质疑情况下，将C语言与汇编语言结合教学可以有效的提高系统的运行效率，也可以让学生更好的掌握软件控制硬件的方法。论文主要阐述了汇编语言与C语言彼此之间的变量和函数的互相调用。通过近几年的教学情况反馈，具有一定的成效，以后的工作中进一步探索，结合相关知识，让学生更容易地掌握和吸收。

[1] 郑利平, 周国祥, 张冬艳,等. 结合高级语言的汇编语言教学方法研究[J]. 合肥工业大学学报:社会科学版, 2008, 22(5):101]105.

[2] 王有远, 戴红星. 汇编语言与C语言的接口技术[J]. 智能计算机与应用, 2000(1):31]32.

[3] 张永, 黄建字, 刘治生.C语言与汇编语言混合编程的研究与实现[J]. 计算机与数字工程, 2006, 34(5):120]122.

[4] 刁红军, 杨季文. 汇编语言实验教学与实践[J]. 计算机教育, 2015(15).

[5] 曹烨. 浅谈C语言与汇编语言混合编程的实现[J]. 科技信息:科学教研, 2008(17).

2016-06-25

合肥师范学院青年基金项目(2015QN12)资助

程和生(1985-), 男, 合肥师范学院计算机学院硕士研究生，教师, 主要研究方向: 信号与信息处理。

G

B

1674-2273(2016)06-0084-03