Assembler & Win32

Программирование на ассемблере под Win32 воспринимается весьма не однозначно. Считается, что написание приложений слишком сложно для применения ассемблера. Собственно обсуждению того насколько оправдана такая точка зрения и посвящена данная статья. Она не ставит своей целью обучение программированию под Win32 или обучение ассемблеру, я подразумеваю, что читатели имеют определённые знания в этих областях.

В отличие от программирования под DOS, где программы написанные на языках высокого уровня (ЯВУ) были мало похожи на свои аналоги, написанные на ассемблере, приложения под Win32 имеют гораздо больше общего. В первую очередь, это связано с тем, что обращение к сервису операционной системы в Windows осуществляется посредством вызова функций, а не прерываний, что было характерно для DOS. Здесь нет передачи параметров в регистрах при обращении к сервисным функциям и, соответственно, нет и множества результирующих значений возвращаемых в регистрах общего назначения и регистре флагов. Следовательно проще запомнить и использовать протоколы вызова функций системного сервиса. С другой стороны, в Win32 нельзя непосредственно работать с аппаратным уровнем, чем «грешили» программы для DOS. Вообще написание программ под Win32 стало значительно проще и это обусловлено следующими факторами:

• отсутствие startup кода, характерного для приложений и динамических библиотек написанных под Windows 3.x;
• гибкая система адресации к памяти: возможность обращаться к памяти через любой регистр общего назначения; «отсутствие» сегментных регистров;
• доступность больших объёмов виртуальной памяти;
• развитый сервис операционной системы, обилие функций, облегчающих разработку приложений;
• многообразие и доступность средств создания интерфейса с пользователем (диалоги, меню и т.п.).

Современный ассемблер, к которому относится и TASM 5.0 фирмы Borland International Inc., в свою очередь, развивал средства, которые ранее были характерны только для ЯВУ. К таким средствам можно отнести макроопределение вызова процедур, возможность введения шаблонов процедур (описание прототипов) и даже объектно-ориентированные расширения. Однако, ассемблер сохранил и такой прекрасный инструмент, как макроопределения вводимые пользователем, полноценного аналога которому нет ни в одном ЯВУ.

Все эти факторы позволяют рассматривать ассемблер, как самостоятельный инструмент для написания приложений под платформы Win32 (Windows NT и Windows 95). Как иллюстрацию данного положения, рассмотрим простой пример приложения, работающего с диалоговым окном.

Пример 1. Программа работы с диалогом Файл, содержащий текст приложения, dlg.asm

Файл ресурсов dlg.rc

Остальные файлы из данного примера, приведены в приложении 1.

Сразу после метки Start, программа обращается к функции API Win32 GetModuleHandle для получения handle данного модуля (данный параметр чаще именуют как handle of instance). Получив handle, мы вызываем диалог, созданный либо вручную, либо с помощью какой-либо программы построителя ресурсов. Далее программа проверяет результат работы диалогового окна. Если пользователь вышел из диалога посредством нажатия клавиши OK, то приложение запускает MessageBox с текстом приветствия.

Диалоговая процедура обрабатывает следующие сообщения. При инициализации диалога (WM_INITDIALOG) она просит Windows установить фокус на поле ввода имени пользователя. Сообщение WM_COMMAND обрабатывается в таком порядке: делается проверка на код нажатия клавиши. Если была нажата клавиша OK, то пользовательский ввод копируется в переменную szValue, если же была нажата клавиша Cancel, то копирования не производится. Но и в том и другом случае вызывается функция

окончания диалога: EndDialog. Остальные сообщения в группе WM_COMMAND просто игнорируются, предоставляя Windows действовать по умолчанию.

Вы можете сравнить приведённую программу с аналогичной программой, написанной на ЯВУ, разница в написании будет незначительна. Очевидно те, кто писал приложения на ассемблере под Windows 3.x, отметят тот факт, что исчезла необходимость в сложном и громоздком startup коде. Теперь приложение выглядит более просто и естественно.

Пример 2. Динамическая библиотека

Написание динамических библиотек под Win32 также значительно упростилось, по сравнению с тем, как это делалось под Windows 3.x. Исчезла необходимость вставлять startup код, а использование четырёх событий инициализации/деинициализации на уровне процессов и потоков, кажется логичным.

Рассмотрим простой пример динамической библиотеки, в которой всего одна функция, преобразования целого числа в строку в шестнадцатеричной системе счисления. Файл mylib.asm

Остальные файлы, которые необходимы для данного примера, можно найти в приложении 2.

Краткие комментарии к динамической библиотеке

Процедура libEntry является точкой входа в динамическую библиотеку, её не надо объявлять как экспортируемую, загрузчик сам определяет её местонахождение. LibEntry может вызываться в четырёх случаях:

• при проецировании библиотеки в адресное пространство процесса (DLL_PROCESS_ATTACH);
• при первом вызове библиотеки из потока (DLL_THREAD_ATTACH), например, с помощью функции LoadLibrary;
• при выгрузке библиотеки потоком (DLL_THREAD_DETACH);
• при выгрузке библиотеки из адресного пространства процесса (DLL_PROCESS_DETACH).

В нашем примере обрабатывается только первое из событий DLL_PROCESS_ATTACH. При обработке данного события библиотека запрашивает версию OS сохраняет её, а также свой handle of instance.

Библиотека содержит только одну экспортируемую функцию, которая собственно не требует пояснений. Вы, пожалуй, можете обратить внимание на то, как производится запись преобразованных значений. Интересна система адресации посредством двух регистров общего назначения: ebx + ecx, она позволяет нам использовать регистр ecx одновременно и как счётчик и как составную часть адреса.

Пример 3. Оконное приложение

Комментарии к программе

Здесь мне хотелось в первую очередь продемонстрировать использование прототипов функций API Win32. Конечно их (а также описание констант и структур из API Win32) следует вынести в отдельные подключаемые файлы, поскольку, скорее всего Вы будете использовать их и в других программах. Описание прототипов функций обеспечивает строгий контроль со стороны компилятора за количеством и типом параметров, передаваемых в функции. Это существенно облегчает жизнь программисту, позволяя избежать ошибок времени исполнения, тем более, что число параметров в некоторых функциях API Win32 весьма значительно.

Существо данной программы заключается в демонстрации вариантов работы с оконным меню. Программу можно откомпилировать в трёх вариантах (версиях), указывая компилятору ключи VER2 или VER3 (по умолчанию используется ключ VER1). В первом варианте программы меню определяется на уровне класса окна и все окна данного класса будут иметь аналогичное меню. Во втором варианте, меню определяется при создании окна, как параметр функции CreateWindowEx. Класс окна не имеет меню и в данном случае, каждое окно этого класса может иметь своё собственное меню. Наконец, в третьем варианте, меню загружается после создания окна. Данный вариант показывает, как можно связать меню с уже созданным окном.

Директивы условной компиляции позволяют включить все варианты в текст одной и той же программы. Подобная техника удобна не только для демонстрации, но и для отладки. Например, когда Вам требуется включить в программу новый фрагмент кода, то Вы можете применить данную технику, дабы не потерять функционирующий модуль. Ну, и конечно, применение директив условной компиляции — наиболее удобное средство тестирования различных решений (алгоритмов) на одном модуле.

Представляет определённый интерес использование стековых фреймов и заполнение структур в стеке посредством регистра указателя стека (esp). Именно это продемонстрировано при заполнении структуры WndClassEx. Выделение места в стеке (фрейма) делается простым перемещением esp: sub esp,SIZE WndClassEx

Теперь мы можем обращаться к выделенной памяти используя всё тот же регистр указатель стека. При создании 16-битных приложений такой возможностью мы не обладали. Данный приём можно использовать внутри любой процедуры или даже произвольном месте программы. Накладные расходы на подобное выделение памяти минимальны, однако, следует учитывать, что размер стека ограничен и размещать большие объёмы данных в стеке вряд ли целесообразно. Для этих целей лучше использовать «кучи» (heap) или виртуальную память (virtual memory).

Остальная часть программы достаточно тривиальна и не требует каких-либо пояснений. Возможно более интересным покажется тема использования макроопределений.

Макроопределения

Мне достаточно редко приходилось серьёзно заниматься разработкой макроопределений при программировании под DOS. В Win32 ситуация принципиально иная. Здесь грамотно написанные макроопределения способны не только облегчить чтение и восприятие программ, но и реально облегчить жизнь программистов. Дело в том, что в Win32 фрагменты кода часто повторяются, имея при этом не принципиальные отличия. Наиболее показательна, в этом смысле, оконная и/или диалоговая процедура. И в том и другом случае мы определяем вид сообщения и передаём управление тому участку кода, который отвечает за обработку полученного сообщения. Если в программе активно используются диалоговые окна, то аналогичные фрагменты кода сильно перегрузят программу, сделав её малопригодной для восприятия. Применение макроопределений в таких ситуациях более чем оправдано. В качестве основы для макроопределения, занимающегося диспетчеризацией поступаю щих сообщений на обработчиков, может послужить следующее описание.

Комментарии к макроопределениям

При написании процедуры окна Вы можете использовать макроопределение WndMessages, указав в списке параметров те сообщения, обработку которых намерены осуществить. Тогда процедура окна примет вид:

Обработку каждого сообщения можно завершить тремя способами:

• вернуть значение TRUE, для этого необходимо использовать переход на метку @@ret_true;
• вернуть значение FALSE, для этого необходимо использовать переход на метку @@ret_false;
• перейти на обработку по умолчанию, для этого необходимо сделать переход на метку @@default.

Отметьте, что все перечисленные метки определены в макро WndMessages и Вам не следует определять их заново в теле процедуры.

Теперь давайте разберёмся, что происходит при вызове макроопределения WndMessages. Вначале производится обнуление счётчика параметров самого макроопределения (число этих параметров может быть произвольным). Теперь в сегменте данных создадим метку с тем именем, которое передано в макроопределение в качестве первого параметра. Имя метки формируется путём конкатенации символов @@ и названия вектора. Достигается это за счёт использования оператора &. Например, если передать имя TestLabel, то название метки примет вид: @@TestLabel. Сразу за объявлением метки вызывается другое макроопределение MessageVector, в которое передаются все остальные параметры, которые должны быть ничем иным, как списком сообщений, подлежащих обработке в процедуре окна. Структура макроопределения MessageVector проста и бесхитростна. Она извлекает первый параметр и в ячейку памяти формата dword заносит код сообщения. В следующую ячейку памяти формата dword записывается а дрес метки обработчика, имя которой формируется по описанному выше правилу. Счётчик сообщений увеличивается на единицу. Далее следует рекурсивный вызов с передачей ещё не зарегистрированных сообщений, и так продолжается до тех пор, пока список сообщений не будет исчерпан.

Сейчас в макроопределении WndMessage можно начинать обработку. Теперь существо обработки скорее всего будет понятно без дополнительных пояснений.

Обработка сообщений в Windows не является линейной, а, как правило, представляет собой иерархию. Например, сообщение WM_COMMAND может заключать в себе множество сообщений поступающих от меню и/или других управляющих элементов. Следовательно, данную методику можно с успехом применить и для других уровней каскада и даже несколько упростить её. Действительно, не в наших силах исправить код сообщений, поступающих в процедуру окна или диалога, но выбор последовательности констант, назначаемых пунктам меню или управляющим элементам (controls) остаётся за нами. В этом случае нет нужды в дополнительном поле, которое сохраняет код сообщения. Тогда каждый элемент вектора будет содержать только адрес обработчика, а найти нужный элемент весьма просто. Из полученной константы, пришедшей в сообщении, вычитается идентификатор первого пункта меню или первого управляющего элемента, это и будет номер нужного элемента вектора. Остаётся только сделать переход на обработчик.

Вообще тема макроопределений весьма поучительна и обширна. Мне редко доводится видеть грамотное использование макросов и это досадно, поскольку с их помощью можно сделать работу в ассемблере значительно проще и приятнее.

Резюме

Для того, чтобы писать полноценные приложения под Win32 требуется не так много:

• собственно компилятор и компоновщик (я использую связку TASM32 и TLINK32 из пакета TASM 5.0). Перед использованием рекомендую «наложить» patch, на данный пакет. Patch можно взять на site http://www.borland.com/ или на нашем ftp сервере ftp.uralmet.ru.
• редактор и компилятор ресурсов (я использую Developer Studio и brcc32.exe);
• выполнить перетрансляцию header файлов с описаниями процедур, структур и констант API Win32 из нотации принятой в языке Си, в нотацию выбранного режима ассемблера: Ideal или MASM.

В результате у Вас появится возможность писать лёгкие и изящные приложения под Win32, с помощью которых Вы сможете создавать и визуальные формы, и работать с базами данных, и обслуживать коммуникации, и работать multimedia инструментами. Как и при написании программ под DOS, у Вас сохраняется возможность наиболее полного использования ресурсов процессора, но при этом сложность написания приложений значительно снижается за счёт более мощного сервиса операционной системы, использования более удобной системы адресации и весьма простого оформления программ.

Win32 API и ассемблер

Вступление

Надеюсь, что мой вклад в понимание Application Programming Interface (API), имеющего широчайшее применение при создании любых приложений, расчитанных для работы в среде Windows, не останется незамеченным в кругах, близких к программированию.

Сегодня ни один программист, создающий программы для Windows не обходится без использования API. Это я могу утверждать абсолютно компетентно. Даже если программисту кажется, что он не использует API, за него это делает компилятор или интерпретатор, используя в своей работе вызовы функций из стандартного набора библиотек Windows. Создание различного рода надстроек в виде регистрируемых компонентов (COM-объектов), без сомнения упрощает разработку программ, особенно большой сложности. Кроме этого, использование готовых компонентов зачастую позволяет абстагироваться от используемого языка программирования. НО. Это же ведет к тому, что многие программисты, особенно начинающие, считают ситуацию, при которой можно создать приложение, не написав почти ни строчки кода, нормальной. Они считают это достижением прогресса и не понимают, что эти самые компоненты кто-то все таки создал. Вот на тех, кто желает выйти за рамки понимания только лишь правил использования готовых наработок, кто хочет думать и пробовать, ошибаться и писать эффективный и быстрый код, расчитана эта серия статей.

Наиболее полным сборником документации по API несомненно является Microsoft Developer Network Library (MSDN). Причем, чем свежее, тем лучше. Описание функций в MSDN приведено в нотации Microsoft Visual С++. В последних релизах MSDN также приведены способы вызова функций на различных высокоуровневых «новомодных» языках (C#, VB .NET, J# и т.д.). Я же буду использовать пакет masm32 Стивена Хатчессона (для тех, кто еще не скачал вот ссылка. Версия пакета большого значения не имеет, но по опыту могу рекомендовать версию не ниже 8-й. Поэтому примеры и описание параметров функций я также буду приводить в нотации masm32, чтобы не создавать дополнительной путаницы. Пакет masm32 включает довольно объемный набор включаемых файлов с объявлением API-функций. Удобством я считаю и то, что в случае отсутствия объявления необходимой мне функции или значения флага, я свободно могу добавить его в существующий включаемый файл, либо создать свой, либо поместить данное описание непосредственно в .asm файл проекта.

Ниже приведено примерное содержание последующих статей. Примерное, потому что пока я буду готовить последующие материалы, могут произойти различные изменения, которые могут отразиться и на содержании тоже.