Изучаем ассемблер в Delphi

Основное предназначение этой статьи, заполнить пробелы в оригинальной документации по Borland Delphi Developer, при этом весь программный код, а так же теория, полность совместимы со всеми версиями Delphi.

Использование Ассемблера в Борландовком Delphi

Перед тем, как начать, хотелось бы определиться с уровнем знаний, необходимых для нормального усвоения данного материала. Необходимо быть знакомым со встроенными средствами отладки в Delphi. Так же необходимо иметь представление о таких терминах как тип реализации (instantiation), null pointer и распределение памяти. Если в чём-то из вышеупомянутого Вы сомневаетесь, то постарайтесь быть очень внимательны и осторожны при воплощении данного материала на практике. Кроме того, будет обсуждаться только 32-битный код, так что понадобится компилятор не ниже Delphi 2.0.

На мой взгляд, Object Pascal, это инструмент, позволяющий генерировать быстрый и эффективный код, однако использование ассемблера в некоторых случаях позволяет решать некоторые задачи более эффективно. За всю работу с Delphi, я пришёл к выводу, что использование низкоуровневого кода необходимо в двух случая.

В конце статьи мы рассмотрим примеры, которые явно отражают значимость этих критериев, а так же не только когда и где использовать ассемблерные вставки, но и как включать такой код в Delphi.

Надеюсь, что Все читатели этой статьи имеют как минимум поверхностное представление о работе процессора. Грубо говоря, это калькулятор с большим объёмом памяти. Память, это не более чем упорядоченная последовательнось двоичных цифр. Каждая такая цифра является байтом. Каждый байт может содержать в себе значение от 0 до 255, а так же имеет свой уникальный адрес, при помощи которого процессор находит нужные значения в памяти. Процессор так же имеет набор регистров (это можно расценить как глобальные переменные). Например eax,ebx,ecx и edx, это универсальные 32-битные регистры. Это значит, что самое большое число, которое мы можем записать в регистр eax, это 2 в степени 32 минус 1, или 4294967295.

Как мы уже выяснили, процессор манипулирует значениями регистров. Машинный код операции прибавления 10 к значению регистра eax будет выглядеть следующим образом

Однако, такая запись абсолютно не читабельна и, как следствие, не пригодна при отладке программы. Так вот Ассемблер, это простое представление машинных команд в более удобном виде. Теперь давайте посмотрим, как будет выглядеть прибавление 10 к eax в ассемблерном представлении:

А вот так выглядит вычитаение значения ebx из eax

Чтобы сохранить значние, можно просто поместить его в другой регистр

или даже лучше, сохранить значение по определённому адресу в памяти

Однако, тут есть важный момент, про который забывать не желательно. Так как регистр 32-битный(4 байта), то его значение будет записано сразу в четыре ячейки памяти 1536, 1537, 1538 и 1539.

А теперь давайте посмотрим, как компилятор преобразует действия с переменными в машинный код. Допустим у нас есть строка Count := 0; Для компилятора это означает, что надо просто запомнить значение. Следовательно, компилятор генерирует код, который сохраняет значение в памяти по определённому адресу и следит, чтобы не произошло никаких накладок, и обзывает этот адрес как 'Count'. Вот как выглядит такой код

Компилятор не может использовать строку типа

из-за того, что как минимум один параметр инструкции должен являться регистром.

то её ассемблерное представление будет выглядеть как

Для переменных, тип которых отличается от целого, всё усложняется. Однако, рассмотрим эту тему немного позже, а сейчас предлагаю закрепить теорию практическими примерами.

Итак, рассмотрим первый пример. Сразу извинюсь за тривиальность, но с чего-то надо начинать.

А вот так будет выглядеть операция сложения двух целых чисел на ассемблере:

Code:

function Sum(X,Y:integer):integer;

begin

asm

mov eax,X

add eax,Y

mov Result,eax

end;

Этот код прекрасно работает, однако он не даёт нам преимущества в скорости, а так же потерялось восприятие кода. Но не стоит огорчаться, так как те немногие знания, которые Вы почерпнули из этого материала, можно использовать с большей пользой. Допустим, нам необходимо преобразовать явные значения Red,Green, и Blue в цвета типа TColor, подходящие для использования в Delphi. Тип TColor описан как 24-битный True Colour хранящийся в формате целого числа, то есть четыре байта, старший из которых равен нулю, а далее по порядку красный, зелёный, синий.

Code:

function GetColour(Red,Green,Blue:integer):TColor;

begin

asm

{ecx будет содержать значение TColor}

mov ecx,0

{начинаем с красной компоненты}

mov eax,Red

{необходимо убедиться, что красный находится в диапазоне 0<=Red<=255}

and eax,255

{сдвигаем значение красного в правильное положение}

shl eax,16

{выравниваем значение TColor}

xor ecx,eax

{проделываем тоже самое с зелёным}

mov eax,Green

and eax,255

shl eax,8

xor ecx,eax

{и тоже самое с синим}

mov eax,Blue

and eax,255

xor ecx,eax

mov Result, ecx

end;

Заметьте, что я использовал несколько бинарных операций. Эти операции также определены непосредственно в Object Pascal.

Чушь! Во-первых, параметры обязаны быть регистрами только в очень редких случаях (например, при чтении/записи из/в порт: out 20h,al), а во-вторых, компилятор Delphi7 генерирует именно mov Count,12345678h при использовании Count := $12345678. Но! Когда мы делаем Count := 0, то генерируется пара xor eax,eax + mov Count,eax , причём лишь в целях экономии памяти (такая запись короче в машинном представлении).

это тоже не есть правда, компилятор делает гораздо проще: inc Count