使用Delphi的BASM

(okwary) 小叹的学习园地

由于Delphi是基于真正编译器的编程环境，因此可以把汇编语言代码嵌入Object Pascal的过程和函数中。这种能力主要得益于Delphi内建了汇编程序(BASM)。在学习BASM之前，首先应该清楚在Delphi程序中什么时候需要用汇编语言。虽然，能嵌入汇编语言代码是很让人兴奋的事情；但有时，使用BASM也会变成坏事。不过，如果能遵守下列的BASM的规则，就会写出更好、更简捷而且更可移植的代码。

◆只要能够利用Object Pascal 语言实现的事情就不要用汇编语言完成。例如：不要用汇编语言编写串口通信的例程，因为Win32 API提供了串口通信的函数。

◆不要过分依赖汇编语言来优化程序。汇编语言代码虽然比Object Pascal 语言代码稍快一些，但在可读性和可维护性上要差许多。另外，Delphi的优化编译器能使代码更优化，其效果并不亚于手工编写的汇编语言代码。

◆应该总是对汇编语言代码进行注释。因为，代码可能会被别的程序员阅读；而且，在没有注释的情况下，即使自己读起来也会感到困难。

◆不要使用BASM来访问机器硬件。虽然Windows95/98对此宽容些，但Windows NT对此绝对禁止。

◆.尽量把汇编语言代码封装在Object Pascal语言的过程或函数中。这样会使代码可读性更强，并且更易于移植到其他开发平台。

一、BASM是如何工作的

在Delphi程序中使用汇编语句要比想像的简单。事实上，它只需要先键入关键字asm，然后直接输入汇编语句，最后加上end就行了。如下面代码所示：
 

var
i: integer;
begin
   i := 0;
 asm
     mov eax, i
     inc eax
     mov i, eax
end;
   {i现在已加1}
end;

以上程序片断声明了一个变量i并把初始化为0。然后，将变量i移至寄存器eax中，把这个寄存器加上1后，再把寄存器的值返还给变量i。示例不仅演示了BASM是多么容易使用，而且还演示了汇编语句中如何访问Pascal的变量。

二、简易的参数访问

不仅访问全局变量以及过程或函数中声明的局部变量是非常容易的，而且，访问传递给过程或函数的参数也同样很方便。

请看下列代码：

procedure Foo(I: Integer);
   begin
     {一些代码}
     asm
       mov eax, I
       inc eax
       mov I, eax
     end;
     {I现在已加1}
     {其他代码}
   end;

直接通过参数的名称来访问参数的能力是很重要的，这样就不需要再通过ebp寄存器了。在一般的汇编语言过程中，必须用[ebp+4]代表I。

注意当使用BASM去访问一个传递给过程的参数时，可以只利用它的名称访问，而不需要通过ebp寄存器的偏移来访问。这使代码更易于维护。

三、var 声明的参数

记住，如果一个参数是在一个函数或过程参数列表中被用var声明的，它实际上是一个指针而不是值。这就是说，如果要在汇编代码中引用这个参数，一定要明确，它是一个32位的指针而不是一个值。

下面代码片断中阐述了如何利用汇编代码访问用var声明的变量：

procedure Foo(var I: Integer);
   begin
     {一些代码}
     asm
       mov eax, I
       inc dword ptr [eax]
     end;
     {I现在已加1}
     {其他代码}
end;

四、Register 调用约定

在Object Pascal函数和过程中默认的调用约定是Register。利用这种方法传递参数可以使代码更加优化。因为编译器把头三个3 2位参数分别用eax、edx和ecx寄存器来传递。参看下面声明：

function BlahBlah(I1, I2, I3: Integer): Integer;

可以认为参数I1的值被存储在eax中，I2在edx中，I3在ecx中。

再看另一个声明：

procedure TSomeObject.SomeProc(S1, S2: PChar);

这里参数S1的值被存储在eax中，S2在edx中，隐含的self参数被存储在ecx中。

★注：根据我的经验，在一个对象的过程中，隐含的self参数是存储在eax中的；而S1在edx中，S2在ecx中。

五、全汇编过程

   Object Pascal中允许用关键字asm取代begin作为一个函数或过程的开始符号来建立一个全汇编的过程。例如：

   function IncAnInt(I: Integer): Integer;
   asm
     mov eax, I
     inc eax
   end;

注意如果你还在迷恋于16位代码的开发，应该知道Delphi 1时代的assembler指示字已经过时。它已被32位的Delphi编译器忽略。
上面这个函数的作用是把变量I加1，由于变量的值放在eax寄存器中，这也就是函数的返回值。下面列出了各种类型的变量是怎么样返回的。

注意一个ShortString类型是作为一个指向栈内字符串临时实例的指针来返回的。

六、记录

BASM提供了一种灵活的手段访问Object Pascal记录中的域，可以在BASM块中访问任意记录的域，其访问的语法是Rgister.Type.Field。请看下列代码：
   type
     TDumbRec = record
       i: Integer;
       c: Char;
     end;
   下面的函数中有一个TDumbRec类型的参数：
   procedure ManipulateRec(var DR: TDumbRec);
   asm
     mov [eax].TDumbRec.i, 24
     mov [eax].TDumbRec.c, 's'
   end;
你可能已注意到了，BASM对记录域的访问非常简单。另一种方式是通过计算域的偏移量来获取或设置域的值。在BASM中使用记录的地方使用这项技术，将会使BASM更能适应数据类型的潜在变化。

BASM概念简要

汇编语句由指令和零至三个表达式构成。表达式由常数(立即数)、寄存器和标识符构成。例如：

movsb       // 单指令语句
jmp @Here   // 一个表达式: 标识符
add eax,1   // 两个表达式: 寄存器和立即数
// 三个表达式: 寄存器, 标识符(内存地址), 立即数
imul edx, [ebx].RandSeed, 08088405H

一段BASM代码以ASM关键字开始，END关键字结束。中间有任意多个汇编语句。

 
BASM代码通常写在例程中。Delphi的BASM是内嵌于语言的，无法独立编译出可执行程序或中间代码(.Obj)。但是，可以使用BASM来完成一个完全汇编的程序，并使用Delphi编译器编译。如下例：

program TestBASM;
asm
  mov eax, 100
end.

表达式的类别与类型

 
在BASM的语句中，每一个表达式都必须能够在编译器中计算出准确的值或者寻址地址。如果不能满足这个条件，语句不会被编译通过。事实上，对于指令系统来说，每一个表达式都最终对应于一个确定的操作数。

因此，表达式的类别(Expression classes)，按表达式的计算结果可分成三类：寄存器、立即数和内存引用(存储器)。

与内存引用相关的表达式，会涉及到存储器寻址模式的问题，请查阅相关资料。下一小节会简要讲述在BASM中访问Delphi所定义的变量与常量，但不涉及寻址模式。

在BASM中，表达式的类型(Expression types)是一个长度值，它是指表达式值占用空间的字节数，即值的大小。这与Delphi中SizeOf()函数含义是一样的。但BASM中用关键字TYPE来返回表达式的类型(大小)。

如下例：

type
  TArr = array [0..10] of char; // SizeOf(TArr) = 11
 var
    Arr : TArr

数据定义和数据类型强制转换

 
BASM可以使用所有通过Delphi语法定义的变量、常量。BASM扩展了ASM的语法，用于访问记录、数组、对象等复杂的数据结构。

下例简单解释了如何进行数据定义和访问：

type

TRec = record

rI : Integer;

rS : String;

end;

var

 I : Integer;

 R : TRec;

 S : String = '1234567';

 A : Array [0..10] of char  = 'abcdefghij'#0;

const

 C = 3124;

 Str = 'abcde';

asm

mov eax, I   // I 的值送入 eax

mov eax, [I]   // 同上

mov eax, OFFSET I   // I 的地址送入eax, 相当于 eax = @I

mov eax, R.rI // 域rI的值送入eax

mov eax, [TRec.rI + R] // 同上

mov eax, [Offset R + TRec.rI] // 同上

mov ebx, S

dec ebx // 忽略s[0]

mov esi, 4

mov al, BYTE [ebx + esi] // 将s[4]的字符值送入al

mov al, BYTE [ebx + 4] // 同上

mov eax, [ebx+4] // 将s[4]..s[7]四字节以DWORD值送入eax, eax=$37363534

mov ebx, OFFSET A

mov eax, [ebx+4] // 将 A[4]..S[7]四字节以DWORD值送入eax, eax=$68676665

mov eax, C // eax = 3124

mov eax, [C] // eax = PInteger(3124)^, 非法的内存地址访问

end;

在上例中，常量C总是作为数值直接被编码。因此，“mov eax, C”中，它作为立即数3124被送入EAX。而在“mov eax, [C]”却表明要访问内存地址“3124”，因为“[C]”表明是内存引用。

由于常量总是被直接编码，上例中，无法访问常量Str——Str的长度大于4，所以无法送入EAX。

同样的原因，在BASM中，对常量使用OFFSET是没有意义的——尽管在Delphi中，字符串常量可以具有内存地址。下例中，EAX总是被送入Str的值，而非地址。

  
const

 Str = 'abcd';

 Str2 = 'ab';

asm

 // eax = $61626364, OFFSET是无意义的

 mov eax, OFFSET Str

 // eax = $00006162, 如果字符串长不大于4, 可以送入eax.长度不够时, 在左侧补0

 mov eax, Str2

end;

BASM不支持访问数组下标(可以用地址运算来替代这样的语法)。

尽管类似“mov eax, TYPE Arr[2]”这样的语句可以编译通过，但它总是返回数组的整个长度(如上一节例子中的值11)。这也正好解释了“mov al, Arr[2]”这样的语句为什么不能被编译——因为要将一个类型长度为11的数据放入al寄存器，是无法做到的。

BASM中支持两种类型强制转换的语法，效果是完全一致的。

type

 TCode = Record

 I : Integer;

 S : String;

end;

var

 aRec : TCode;

 aInt : Integer;

asm

 mov eax, aInt.TCode.I // 使用“表达式.类型”的强制转换格式

 mov eax, integer(aRec) // 使用“类型(表达式)”的强制转换格式

end;

这里的强制转换的语义与Delphi是一样的。但是，BASM的强制转换，只是把地址上的变量强制识别成目标类型，而不进行长度校验。因此可以看到，TCode的长度为8，而整型长度为4，它们之间仍然可以转换，这样的转换在Delphi中是行不通的。

BASM代码块中，也可以定义数据。但是，用BASM语句定义的数据总是在代码段里，这也是对Delphi无法在代码段里定义数据的一个弥补。

BASM支持四个用于定义数据的汇编指令DB、DW、DD、DQ，与ASM不同，不能为这些数据命名。例如：

asm

 DB 0FFH // 定义一个字节

 aVar DB 0FFH // 在ASM中可用，但在BASM中不支持

end; 

可以通过一些技巧来解决命名问题。但是，必须同时用操作系统的API来打开代码访问权限，才能真正的写这些数据。下面的例子展示数据定义、命名和读取的方法：

type

TCode = packed Record

 CODE : WORD; // jmp @, 2 Bytes

 I : Integer;

 S1 : array [1..26] of char;

 S2 : array [1..11] of byte;

 end;

var

 I : Integer;

 S : String;

 Code : ^TCode;

function ReadCode : Integer;

asm

 jmp @

 DD 12344213

 DB 'ABCDEFGHIJKLMJNOQRSTUVWXYZ'

 DB 32, 32, 32, 32, 32, 32, 32, 32, 32, 32, 32

@:

 mov Code, offset ReadCode

 mov EAX, ReadCode.TCode.I

end;

// ...

 I := ReadCode; // I = 12344213

 S := Code^.S1; // S = 'ABCDEFGHIJKLMJNOQRSTUVWXYZ'
 

 
这个例子以例程名作为变量的地址，但并不是一个好的例子(尽管很多代码这样做)。更方便的方法是使用标号作为变量名，与上例类同的例子是这样：

type

 TCode = packed Record

 I : Integer;

 // ...

 end;

var

 I : Integer;

function ReadCode : Integer;

asm

 jmp @

@CodeRec :

 DD 12344213

 // ...

@:

 mov EAX, @CodeRec.TCode.I // 使用标号作为变量

end;

// ...

 I := ReadCode; // I = 12344213

例程入口参数及调用约定

 
任何情况下，在寄存器的使用上，BASM遵循如下的规则：

ASM语句执行过程中，必须保存EDI、ESI、ESP、EBP、EBX的值。

ASM语句可以任意使用EAX、ECX、EDX。

一个ASM代码块开始时，EBP指向当前堆栈，ESP指向栈顶。

SS存放堆栈段的段地址；DS存放数据段的段地址；CS存放代码段的段地址。

通常情况下，段地址寄存器满足如下条件：SS=ES=DS。

如果需要，函数总是以EAX(32位)、AX(16位)或AL(8位)作为返回值的寄存器。

Delphi的例程入口参数有以下几种：

procedure TestProc(I : Integer); // 值参数

procedure TestProc(var I : Integer); // 变量参数

procedure TestProc(const I : Integer); // 常数参数

procedure TestProc(out I : Integer); // 输出参数

按照Delphi的语法规定，值参数和常数参数使用相同的传值规则，但值参数只是传入值的备份；变量参数、输出参数总是传入值的地址。至于像“无类型参数”、“开放数组参数”等，都是在上面的基础上声明的，因此也符合其基本规则。

可以直接修改变量参数和输出参数传入的内存地址上的值，这种修改能被调用者识别和接收。

对于值参数，必要的情况下，编译器会生成一段代码，用于创建值参数的一个备份并用它的地址替换入口参数的地址。除此之外，值参数与常数参数使用相同规则：如果传入的数据长度小于或等于4 Bytes(这存在一些例外，如Int64)，则直接传值，否则传值的(对于值参数来说，是值的备份的)内存地址。

在不违背上述寄存器使用规则和例程参数传递规则的前提下，Delphi支持5种调用约定（如表所列）。

例程调用约定

根据调用约定，通常以register约定来调用Delphi的函数和过程，以cdecl约定来与其他语言混合编程，以stdcall约定来调用Windows的API。

例程和API的调用与流程控制

下面的例子演示如何调用Delphi的函数：

function DelphiFunc(I: Integer; var S1, S2:String) : Integer;

begin

 if I < Length(S1) then

 SetLength(S1, I);

 S1 := S1 + S2;

 Result := Length(S1);

end;

var

 GS : String = '12345678';

procedure RegisterCall; // 调用该例程，显示局部变量LS和Len的值

var

 LS : String;

 Len : Integer;

begin

 LS := 'This is a test!';

 //以下汇编代码相当于Delphi语句

 // Len := DelphiFunc(8, LS, GS);

 asm

 mov eax, 8

 lea edx, LS // 传入局部变量 LS. 局部变量必须使用lea指令载入地址

 mov ecx, OFFSET &GS // 传入全局变量 GS. 变量名与BASM保留字中的GS(段地址寄存器) 

 // 冲突, 因此加复写标识符"&". 也可以使用语句lea ecx, &GS

 call DelphiFunc

 mov Len, eax

 end;

 writeln(LS); // 'This is 12345678'

 writeln(Len); // 16

end;

下面的例子演示如何调用Windows API：

function GetFileSize(Handle: Integer; x: Integer): Integer; stdcall;

external 'kernel32.dll' name 'GetFileSize';

function stdcallDemo : Integer;

var

 FH : THandle;

begin

 FH := FileOpen('C:\boot.ini', fmOpenRead);

 //以下汇编代码相当于Delphi语句

 // Result := GetFileSize(FH, nil);

asm

 push 0 // 第二个参数 nil 入栈

 push FH // 第一个参数 FH 入栈

 call GetFileSize // 依据stdcall约定, 例程GetFileSize()将清理栈, 所以BASM中不考虑nil和FH参数的出栈

 mov @Result, eax // 按约定, 返回值在eax中. 将eax值送入stdcallDemo()的返回值.

 // @Result由BASM定义

end;

FileClose(FH);

// ...
 writeln(stdcallDemo); // 输出文件'c:\boot.ini'的长度

end;

可能的情况下，BASM总是试图调整跳转指令，尽可能地使用短程跳转(2 Bytes)，否则使用近程跳转(3 Bytes)。只有在两者都不可能的情况下，才会使用远程跳转(5～6 Bytes)。此外，如果是远程条件跳转指令，例如：

 JC FarJump

BASM会将指令转换成这样的形式：

 JNC ShortJump

 JMP FarJump

ShortJump:

 // next line ...
 

BASM中，可以用跳转指令将流程指向当前单元中的任何例程。这使得一些错误控制更加简单而且高效。

例如System.pas中，试图调用纯虚方法时会进入例程_AbstractErro()，这时，_AbstractError()会使用一个JMP跳转到系统的错误处理例程_RunError()： 

@@NoAbstErrProc:

 MOV EAX, 210

 JMP _RunError 

使用JMP，而不是CALL的区别在于：JMP跳转使得目标例程替代了当前例程的RET指令，这样，在错误处理后，出错点的后续指令将不会再被执行。

如果要使JMP指令跳转返回到下一行，那么，可以用类似下面的技巧修改EIP指针来实现：

DB $E8, $0, $0, $0, $0, $8F, $04, $24, $83, $04, $24, $0C

jmp proc

在BASM中的任意位置加入上述代码，即可使得“jmp proc”执行后返回到下一行。上面用DB定义的内嵌汇编代码的实际代码如下：

 // ...

 call @@GetEIP // $E800000000, 将标号@@GetEIP位置作为过程入口调用

@@GetEIP:

 pop [esp] // $8F0424, 3字节. 从栈顶弹出EIP值到[esp]，该值为@@GetEIP标号的地址

 add [esp], 12 // $8304240C, 4字节. 在@@GetEIP地址上加12个字节，作为真实的返
 // 回地址在@@GetEIP和@@ReturnHere之间的三条指令长度总是为3+4+5 
 // =12 Bytes

 jmp proc // 无条件远程跳转, 长度为5字节

@@ReturnHere:

也就是说，“jmp proc”跳转到的目标例程返回(RET)时，使用的将是“Call @@GetEIP”时入栈的EIP值，而这个EIP值又通过“+12”被修改成@@ReturnHere的地址。因此，“jmp  proc”总是返回到@@ReturnHere位置，从而得到了与“call proc”类同的效果。
 

完全汇编例程与内嵌汇编例程

 
BASM在例程中使用时，可以分成完全汇编例程和内嵌汇编例程两种。

完全汇编是指用asm关键字替换了例程的begin，从而使例程完全由汇编代码实现。在Begin..End中间任意位置加入asm..end的Delphi例程都称为内嵌汇编例程。

完全汇编例程中没有例程入口时的begin，因此，Delphi不会形成值参数的复制。这意味着在完全汇编例程中，值参数与常数参数的处理是一致的。

通常情况下，编译器会自动处理例程的堆栈结构。但是，如果完全汇编例程不是一个子例程(例程嵌套)，也没有入口参数(或它们只占用寄存器)和局部变量，则编译器不会为该例程产生堆栈结构。亦即是说，这样的例程不会在堆栈上分配空间。

完全汇编例程的asm关键字会被编译器解释成例程入口代码。例如：

Unit1.pas.34: asm

0044C86C 55 push ebp

0044C86D 8BEC mov ebp,esp

只要定义了局部变量，或入口参数使用到了栈，则会生成上面的代码。但是，局部变量定义还会导致类似这样的一行代码产生：

0044C86F 83C4D8 add esp,-$28

这行代码用于在栈上为局部变量分配空间(本例中是$28 Bytes)。但是，如果所有变量在栈上分配的总空间不大于4字节，那么编译器会处理成：

0044C86F 51 push ecx

这样实际上也使esp调整了4字节。但效率会比“add esp, -$4”要好得多。

如果局部变量是字符串、变体或接口类型，那么这些变量会被初始化为0。因此，这样的情况下，编译器通常采用“push $00”的方式来实现空间分配。而在一些复杂的情况下，编译器会直接写栈来初始化这些变量，例如：

0044C872 33C0 xor eax,eax

0044C874 8945FC mov [ebp-$04],eax

对应于在入口代码中加入的“push ebp”，代码出口处，编译器会生成“pop ebp”。

除了上述的这些情况之外，编译器不会为完全汇编例程加入其他多余的代码。

如果需要在例程中加入局部变量，但又不影响堆栈，可以使用在例程中定义类型化常量的方法，来代替变量声明。
 

汇编例程中的返回值约定

 
在完全汇编例程中，函数必须按如下的规则来返回值[④]：

按照数据类型的长度，序数类型和一些简单类型(例如集合)使用AL、AX或EAX返回。

实数类型通过浮点运算器的寄存器堆栈的ST(0)返回。Currency类型须先放大10000倍。

指针类型、类类型以及类引用类型使用EAX返回。

对于字符串、动态数组、方法指针、变体以及其他一些大小超过4字节的数据类型(例如短字符串、变体等)的返回值来说，返回值是通过在函数声明的参数之后另外传入的变量参数返回的。

对于最后一条规则，开发人员通常并不需要计算Delphi将如何“另外传入一个变量参数”，而只需要在汇编代码中通过@Result返回值即可——Delphi会按照上述的规则完成编译。

对于内嵌汇编例程来说，上面的规则完全不适用——编译器将按Delphi的规则为例程的关键字“Begin .. End” 生成入口与出口的处理代码，返回值也由例程(而非内嵌汇编代码)处理。

在使用Registry调用约定的例程的内嵌汇编代码中，EAX、EDX和ECX未必总是例程入口参数的前三个——因为例程的其他代码可能已经重写了这些寄存器。