Изучаем ассемблер в Delphi. Часть 1

Автор: Ian Hodger

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.

Основное направление статьи, это познакомиться с использованием ассемблера в Object Pascal. Однако, не будем пропускать и те аспекты программирования, которые будут требовать пояснения для конкретных примеров, приведённых в этой статье.

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.

   Зачем использовать Ассемблер?
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.

(1) Обработка большого количества данных. Nb. В данный случай не входит ситуация, когда используется язык запроса данных.

(2) В высокоскоростных подпрограммах работы с дисплеем. Nb. Имеется ввиду использование простых процедур на чистом паскале, но никак не внешних библиотек и DirectX.

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.

   Что такое Ассемблер?
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
05/0a/00/00/00
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:
add eax,10 {a := a + 10}
А вот так выглядит вычитаение значения ebx из eax
sub eax,ebx {a := a - b }
Чтобы сохранить значние, можно просто поместить его в другой регистр
mov eax,ecx {a := c }
или даже лучше, сохранить значение по определённому адресу в памяти
mov [1536],eax {сохраняет значение eax по адресу 1536}
и конечно же взять его от туда
mov eax,[1536]

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
mov eax,0
mov Count,eax
Компилятор не может использовать строку типа
mov Count,0
из-за того, что как минимум один параметр инструкции должен являться регистром.
Если посмотреть на строку
Count := Count + 1;
то её ассемблерное представление будет выглядеть как
mov eax,Count
add eax,1
mov Count,eax
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.

function Sum(X,Y:integer):integer; 
begin 
 Result := X+Y; 
end; 

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

function Sum(X,Y:integer):integer; 
begin 
 asm
  mov eax,X
  add eax,Y
  mov Result,eax
 end;
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.

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;
end; 

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

Продолжение следует ...