412 lines
22 KiB
Markdown
412 lines
22 KiB
Markdown
# Лабораторная работа №3
|
||
|
||
## Строковые операции в MASM32
|
||
|
||
**Дисциплина:** Основы вычислительной техники и операционные системы
|
||
автоматизированных технологических комплексов (Б1.В.01)
|
||
**Направление:** 15.03.06 «Мехатроника и робототехника»
|
||
**Семестр:** 3 · **Объём:** 4 часа аудиторных + самостоятельная работа
|
||
**Среда:** MASM32 (редактор QEditor / сборка `ml` + `link`), отладчик OllyDbg
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 1. Цель работы
|
||
|
||
Получение навыков программирования на языке Assembler для Win32,
|
||
в частности освоение команд работы со строками (цепочечных команд)
|
||
и их практического применения в операциях поиска, копирования,
|
||
изменения данных.
|
||
|
||
**Задачи:**
|
||
|
||
- освоить цепочечные команды `MOVS`, `LODS`, `STOS`, `SCAS`, `CMPS`
|
||
и префиксы повторения `REP`/`REPE`/`REPNE`;
|
||
- научиться создавать GUI-приложение Win32 на MASM32 (главное окно,
|
||
поле ввода, кнопка, обработка сообщений);
|
||
- реализовать индивидуальный вариант обработки строки с вводом и
|
||
выводом в диалоговом окне Windows;
|
||
- провести вычислительный эксперимент и убедиться в правильности
|
||
результата.
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 2. Задание
|
||
|
||
Разработать алгоритм и программу на языке Assembler для Win32
|
||
в соответствии с **индивидуальным заданием** (см. раздел 5, вариант
|
||
выдаёт преподаватель). Ввод и вывод осуществить **в диалоговом окне
|
||
Windows**.
|
||
|
||
Работа состоит из пяти частей.
|
||
|
||
### Задание 1. Окно Windows: ввод и вывод — 2 балла
|
||
|
||
Создать GUI-приложение Win32 на MASM32:
|
||
|
||
1. Стандартная «шапка» программы: `.386`, `.model flat, stdcall`,
|
||
`option casemap:none`, подключение `windows.inc`, `user32.inc`,
|
||
`kernel32.inc` и соответствующих `.lib`.
|
||
2. В `WinMain`: заполнить структуру `WNDCLASSEX`, зарегистрировать
|
||
класс (`RegisterClassEx`), создать окно (`CreateWindowEx`),
|
||
показать его (`ShowWindow`) и запустить цикл сообщений
|
||
(`GetMessage` / `TranslateMessage` / `DispatchMessage`).
|
||
3. В оконной функции `WndProc` обработать:
|
||
- `WM_DESTROY` — выход из программы (`PostQuitMessage`);
|
||
- `WM_CREATE` — создать **поле ввода** (класс `edit`) и
|
||
**кнопку** (класс `button`) с уникальными ID.
|
||
4. Обработать `WM_COMMAND`: получить строку из поля ввода
|
||
(`GetWindowText` в буфер) и вывести результат обработки обратно
|
||
в поле (`SetWindowText`) или в `MessageBox`.
|
||
|
||
> Подробное описание создания окна, регистрации класса, структуры
|
||
> `WNDCLASSEX`, создания дочерних элементов `edit`/`button`, разбора
|
||
> `WM_COMMAND` и функций `GetWindowText`/`SetWindowText` — в
|
||
> дополнительном материале **«Программирование на Ассемблере в Win32»**
|
||
> (файл `Окна в MASM32.PDF`, разделы 9, 10, 14).
|
||
|
||
**Проверка:** программа собирается и запускается; окно содержит поле
|
||
ввода и кнопку; закрытие окна завершает процесс.
|
||
|
||
### Задание 2. Алгоритм варианта — 2 балла
|
||
|
||
По номеру варианта (раздел 5) разработать алгоритм:
|
||
|
||
- определить тип обработки: одну строку, числа в тексте, слова или
|
||
две строки;
|
||
- выбрать направление просмотра (`CLD`) и регистры: `ESI` — источник,
|
||
`EDI` — приёмник результата, `ECX` — счётчик;
|
||
- указать, какие цепочечные команды применяются на каждом шаге и как
|
||
меняются `EDI`/`ESI`/`ECX`;
|
||
- предусмотреть крайний случай (пустая строка / конец данных).
|
||
|
||
Оформить блок-схему или пошаговое описание алгоритма.
|
||
|
||
**Проверка:** алгоритм соответствует варианту; указаны начальные
|
||
регистры и результат.
|
||
|
||
### Задание 3. Программа — 2 балла
|
||
|
||
Реализовать алгоритм на MASM32. **Обязательно** использовать
|
||
цепочечные команды и префикс повторения:
|
||
|
||
| Команда | Назначение |
|
||
|---------|------------|
|
||
| `MOVS` (`MOVSB`/`MOVSW`/`MOVSD`) | копирование элемента цепочки `ES:[EDI] ← DS:[ESI]` |
|
||
| `LODS` | загрузка элемента цепочки в `AL`/`AX`/`EAX` |
|
||
| `STOS` | запись элемента из аккумулятора в `ES:[EDI]` |
|
||
| `SCAS` | сравнение элемента цепочки с аккумулятором (поиск) |
|
||
| `CMPS` | сравнение двух элементов цепочек `DS:[ESI]` и `ES:[EDI]` |
|
||
|
||
Префиксы: `REP` — повторять, пока `ECX ≠ 0`; `REPE`/`REPZ` —
|
||
повторять, пока `ECX ≠ 0` **и** `ZF = 1`; `REPNE`/`REPNZ` — пока
|
||
`ECX ≠ 0` **и** `ZF = 0`. Направление просмотра задаётся флагом `DF`:
|
||
`CLD` (DF = 0, вперёд) или `STD` (DF = 1, назад).
|
||
|
||
> **Числовые варианты (12–16, 23–24):** числа в тексте нужно разбирать
|
||
> посимвольно — выполняйте `SCASB`/`LODSB`, выделяйте цифры (ASCII
|
||
> `'0'`..`'9'`), накапливайте цифры в число и анализируйте его.
|
||
|
||
**Проверка:** программа собирается и выдаёт правильный результат;
|
||
использованы минимум две цепочечные команды и префикс `REP*`.
|
||
|
||
### Задание 4. Вычислительный эксперимент и отладка — 1,5 балла
|
||
|
||
1. Прогнать программу на 3–5 контрольных строках:
|
||
|
||
| № | Контрольная строка | Назначение |
|
||
|---|--------------------|------------|
|
||
| 1 | пустая строка | проверка краевого случая |
|
||
| 2 | строка из одних пробелов | проверка обработки пробелов |
|
||
| 3 | строка с цифрами | вариант числового задания |
|
||
| 4 | строка со смешанным регистром | проверка ASCII |
|
||
| 5 | строка длиной около длины буфера | защита от переполнения |
|
||
|
||
2. Сверить результат, посчитанный вручную.
|
||
3. При расхождении — пройти ключевой фрагмент **пошагово** (OllyDbg
|
||
или встроенный отладчик) и зафиксировать в отчёте состояние
|
||
`EDI`/`ESI`/`ECX` и флагов `ZF`/`DF` после выполнения ключевой
|
||
команды.
|
||
|
||
**Проверка:** результаты совпадают с ручным расчётом; в отчёте
|
||
приведены значения регистров/флагов; пустая строка и строка пробелов
|
||
не приводят к сбою.
|
||
|
||
### Задание 5. Отчёт — 0,5 балла
|
||
|
||
Оформить отчёт по структуре из методических указаний:
|
||
|
||
Титульный лист.
|
||
Задание на лабораторную работу.
|
||
Введение.
|
||
1. Разработка алгоритма.
|
||
2. Разработка программы (листинг с комментариями).
|
||
3. Вычислительный эксперимент (контрольные строки, результаты, отладочная трассировка).
|
||
Выводы.
|
||
Список литературы.
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 3. Краткая теория
|
||
|
||
### 3.1. Цепочечные команды
|
||
|
||
Цепочечные команды (команды обработки строк символов) выполняют
|
||
действия над блоками памяти — последовательностями элементов
|
||
размером в байт (8 бит), слово (16 бит) или двойное слово (32 бита).
|
||
|
||
- **`MOVS dest,src`** — передаёт байт/слово/двойное слово из цепочки,
|
||
адресуемой `DS:[ESI]`, в цепочку `ES:[EDI]`. `EDI` и `ESI`
|
||
автоматически корректируются согласно флагу `DF`. Разновидности:
|
||
`MOVSB` (байт), `MOVSW` (слово), `MOVSD` (двойное слово).
|
||
- **`LODS src`** — загружает элемент цепочки в аккумулятор: байт → `AL`,
|
||
слово → `AX`, двойное слово → `EAX`; `ESI` корректируется.
|
||
Префикс `REP` не используется.
|
||
- **`STOS dest`** — команда, обратная `LODS`: передаёт элемент из
|
||
аккумулятора в цепочку и корректирует `EDI`.
|
||
- **`SCAS dest`** — сканирование цепочки: вычитает элемент цепочки из
|
||
аккумулятора (`AL`/`AX`/`EAX`) и модифицирует флаги. С префиксом
|
||
`REPNE` позволяет найти в цепочке нужный элемент.
|
||
- **`CMPS dest,src`** — сравнение цепочек: вычитает элемент цепочки
|
||
`dest` из соответствующего элемента `src`, модифицирует флаги;
|
||
`EDI` и `ESI` продвигаются к следующему элементу.
|
||
|
||
**Префикс `REP`** повторяет строковую операцию до обнуления `ECX`.
|
||
Разновидности: `REPZ` (`REPE`) — выполнять, пока `ZF = 1` (или пока
|
||
`ECX ≠ 0`); `REPNZ` (`REPNE`) — выполнять, пока `ZF = 0`. Цепочечная
|
||
команда без префикса выполняется один раз.
|
||
|
||
В Win32 программа пишется в одном большом («плоском») сегменте,
|
||
поэтому заботиться о сегментных регистрах `DS` и `ES` не нужно.
|
||
Флаг `DF` сбрасывается командой `CLD` и устанавливается `STD`.
|
||
|
||
### 3.2. Примеры типовых алгоритмов
|
||
|
||
**Пример 1. Копирование `STR1` в `STR2`:**
|
||
|
||
```asm
|
||
CLD
|
||
MOV ECX, N ; длина строки
|
||
LEA ESI, STR1
|
||
LEA EDI, STR2
|
||
REP MOVSB
|
||
```
|
||
|
||
**Пример 2. Сравнение двух строк:**
|
||
|
||
```asm
|
||
CLD
|
||
MOV ECX, N ; длина сравниваемых строк
|
||
LEA ESI, STR1
|
||
LEA EDI, STR2
|
||
REPE CMPSB
|
||
JNE NO_SAME
|
||
; ... строки равны
|
||
```
|
||
|
||
**Пример 3. Заполнение строки символом:**
|
||
|
||
```asm
|
||
CLD
|
||
MOV AL, 65 ; код символа
|
||
MOV ECX, 10 ; число символов
|
||
LEA EDI, STR2
|
||
REP STOSB
|
||
```
|
||
|
||
**Пример 4. Поиск в строке знаков '$' и замена их на '_':**
|
||
|
||
```asm
|
||
CLD
|
||
MOV AL, '$'
|
||
LEA EDI, STR2
|
||
MOV ECX, 20
|
||
LO:
|
||
REPNE SCASB ; поиск
|
||
JNZ DONE
|
||
MOV BYTE PTR [EDI-1], '_' ; замена
|
||
JMP LO
|
||
DONE:
|
||
```
|
||
|
||
**Пример 5. Поиск подстроки `STR1` (длина `N1`) в строке `STR2`
|
||
(длина `N2`), при `N2 > N1`:**
|
||
|
||
```asm
|
||
CLD
|
||
LEA EDI, STR2
|
||
MOV EAX, 0
|
||
MOV EDX, EDI ; EDX — адрес начала очередной попытки
|
||
LO:
|
||
MOV ECX, N1
|
||
LEA ESI, STR1
|
||
REPE CMPSB
|
||
JE FOUND
|
||
INC EDX
|
||
INC EAX
|
||
CMP EAX, N2-N1-1
|
||
JZ NO_FOUND
|
||
MOV EDI, EDX
|
||
JMP LO
|
||
NO_FOUND:
|
||
; ... строка не найдена
|
||
FOUND:
|
||
; ... строка найдена (начало — в EDX)
|
||
```
|
||
|
||
> Разбирая Пример 5, обратите внимание на роль регистра `EDX`:
|
||
> в нём хранится адрес символа в `STR2`, с которого начинается
|
||
> очередная попытка. При успехе именно в `EDX` находится начало
|
||
> найденной подстроки.
|
||
|
||
### 3.3. Окна, элементы управления и ввод строки
|
||
|
||
Чтобы создать окно в Win32, нужно:
|
||
|
||
1. получить дескриптор программы (`GetModuleHandle`);
|
||
2. зарегистрировать класс окна (`RegisterClassEx`), если не
|
||
используется предопределённый класс;
|
||
3. создать окно (`CreateWindowEx`);
|
||
4. показать окно (`ShowWindow`) и обновить его (`UpdateWindow`);
|
||
5. запустить цикл сообщений (`GetMessage`/`DispatchMessage`);
|
||
6. обрабатывать сообщения в оконной функции (`WndProc`).
|
||
|
||
Дочерние элементы управления (`button`, `edit`, список, флажок и т. д.)
|
||
создаются функцией `CreateWindowEx` с указанием предопределённого класса
|
||
и **дескриптора родителя** и **уникального ID**. Делается это обычно в
|
||
обработке `WM_CREATE`. Созданный элемент посылает родителю сообщения
|
||
`WM_COMMAND`: младшее слово `wParam` — ID элемента, старшее — код
|
||
уведомления (для кнопки — `BN_CLICKED`), `lParam` — дескриптор элемента.
|
||
Для сообщений **меню** `lParam == 0`.
|
||
|
||
Работа со строкой ввода:
|
||
|
||
```asm
|
||
SetWindowText proto hWnd:HWND, Str:PChar
|
||
GetWindowText proto hWnd:HWND, Str:PChar, MaxCount:DWORD
|
||
```
|
||
|
||
- `SetWindowText hwndEdit, ADDR TestString` — заполнить поле;
|
||
- `GetWindowText hwndEdit, ADDR buffer, 512` — прочитать текст
|
||
(в `EAX` возвращается число скопированных символов).
|
||
|
||
Родитель может слать команды элементу функцией `SendMessage`,
|
||
например эмулировать нажатие кнопки из пункта меню:
|
||
`invoke SendMessage, hWnd, WM_COMMAND, IDM_GETTEXT, 0`.
|
||
|
||
> Полный разбор (структура `WNDCLASSEX`, параметры `CreateWindowEx`,
|
||
> стили `WS_*`/`ES_*`/`BS_*`, примеры программ `PR2.ASM`, `PR8.ASM`)
|
||
> — в файле `Окна в MASM32.PDF`, разделы 9, 10, 14.
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 4. Содержание отчёта
|
||
**Титульный лист.**
|
||
**Задание на лабораторную работу** (номер варианта и его формулировка).
|
||
**Введение** (цель, краткие теоретические сведения).
|
||
1. **Разработка алгоритма** (блок-схема / пошаговое описание, распределение регистров).
|
||
2. **Разработка программы** (листинг с комментариями; пояснения по использованным цепочечным командам).
|
||
3. **Вычислительный эксперимент** (контрольные строки, ожидаемый и
|
||
полученный результат, фрагменты окна с введенной строкой и полученным в результате работы программы результатом).
|
||
**Выводы** (что подтвердилось, какие трудности, где применяются цепочечные команды).
|
||
**Список литературы.**
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 5. Варианты индивидуальных заданий (Приложение А)
|
||
|
||
Номер варианта выдаёт преподаватель.
|
||
|
||
### I. В диалоговом окне ввести строку, выполнить преобразование, вывести результат
|
||
|
||
1. Циклический сдвиг вправо на 1 символ.
|
||
2. Циклический сдвиг влево на 1 символ.
|
||
3. Выделить байт с наибольшим ASCII-кодом.
|
||
4. Выделить байт с наименьшим ASCII-кодом.
|
||
5. Произвести реверс байтов.
|
||
6. Поменять крайние символы местами.
|
||
7. Поменять средние символы местами.
|
||
8. Заменить чётные цифры символом `?`.
|
||
9. Заменить нечётные цифры символом `?`.
|
||
10. Убрать пробелы в тексте.
|
||
11. Заменить все символы `a` на символ, введённый с клавиатуры.
|
||
|
||
### II. В тексте определить количество чисел, у которых
|
||
|
||
12. Все цифры не совпадают.
|
||
13. Цифры образуют комбинацию «стрит» (напр.: 43576).
|
||
14. Три одинаковых цифры в числе (напр.: 36533).
|
||
15. Все цифры идут подряд (по возрастанию или убыванию).
|
||
16. Ни одной цифры подряд.
|
||
|
||
### III. В тексте найти
|
||
|
||
17. Количество гласных букв.
|
||
18. Количество согласных букв.
|
||
19. Количество слов с удвоенными согласными.
|
||
20. Количество слов с удвоенными гласными.
|
||
21. «Слова-перевёртыши» (напр.: кабак).
|
||
22. Слово с максимальным количеством одинаковых символов.
|
||
23. Количество чётных чисел.
|
||
24. Количество нечётных чисел.
|
||
|
||
### IV. Ввести 2 строки одинаковой длины, определить
|
||
|
||
25. Количество одинаковых символов.
|
||
26. Количество одинаковых слов.
|
||
27. Количество ошибок, если 1-я строка — шаблон, 2-я — проверяемый
|
||
текст.
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 6. Контрольные вопросы (допуск и защита)
|
||
|
||
1. Что такое цепочечная команда? Чем «цепочка» отличается от
|
||
«строки символов»?
|
||
2. Какую роль играют регистры `ESI`, `EDI`, `ECX` при выполнении
|
||
цепочечных команд?
|
||
3. Что делает команда `CLD` и как флаг `DF` влияет на изменение
|
||
`ESI`/`EDI`?
|
||
4. Чем отличаются префиксы `REP`, `REPE` (`REPZ`) и `REPNE` (`REPNZ`)?
|
||
5. Приведите определение команд `MOVS`, `LODS`, `STOS`, `SCAS`, `CMPS`.
|
||
6. Как в программе получить введённую пользователем строку? Где
|
||
хранится её длина?
|
||
7. Как различаются сообщения меню и элементов управления в
|
||
`WM_COMMAND`? Что хранится в `wParam` при `BN_CLICKED`?
|
||
8. Зачем при создании окна Win32 регистрировать класс окна перед
|
||
вызовом `CreateWindowEx`?
|
||
9. Что произойдёт, если не обработать `WM_DESTROY`?
|
||
10. В Примере 5 (поиск подстроки) зачем нужен регистр `EDX` и почему
|
||
после неудачного прохода `EDI` восстанавливается из `EDX`?
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 7. Оценивание
|
||
|
||
| Составляющая | Вес |
|
||
|--------------|-----|
|
||
| Задание 1 (окно: ввод/вывод) | 2,0 |
|
||
| Задание 2 (алгоритм варианта) | 2,0 |
|
||
| Задание 3 (программа: цепочечные команды) | 2,0 |
|
||
| Задание 4 (вычислительный эксперимент и отладка) | 1,5 |
|
||
| Задание 5 (отчёт) | 0,5 |
|
||
| Защита и допуск | 2,0 |
|
||
| **Максимум** | **10** |
|
||
|
||
Проходной балл — **6,0**. Допуск — устный опрос (раздел 6), не менее
|
||
3 правильных ответов из 5.
|
||
|
||
**Литература:**
|
||
|
||
1. Лекомцев П.В. Строковые операции в MASM32: методические указания
|
||
к выполнению лабораторной работы №3 по дисциплине «Основы
|
||
вычислительной техники». — Ижевск: ИжГТУ, 2012.
|
||
2. Яковлев А.В. Программирование на Ассемблере в Win32:
|
||
дополнительный лекционный материал. — Муром: Муромский институт
|
||
(филиал) ВлГУ, 2003.
|
||
3. Пирогов В.Ю. Assembler. Учебный курс. — М.: Молгачева С.В.,
|
||
Нолидж, 2001. — 848 с.
|
||
4. Пирогов В.Ю. Ассемблер для Windows. — 2-е изд., перераб. и доп. —
|
||
СПб.: БХВ-Петербург, 2003. — 656 с.
|
||
5. Юров В.И. Assembler. Учебник для вузов. — 2-е изд. — СПб.: Питер,
|
||
2004. — 637 с.
|