Контроль переменных и данных различного типа

Окно Watch – очень полезный инструмент при отладке приложений. Оно позволяет наблюдать значения переменных в процессе выполнения программы.

Для добавления новой переменной в окно Watch необходимо либо написать ее имя в пустой строчке, либо перетянуть мышкой из исходного файла в окно Watch.

В окне Watch можно изменять интерпретацию типа данных переменной. Форматирующий символ там просто вводится сразу за именем переменной с разделительной запятой.

Например, если hexNumber имеет значение 0x0041, а вы хотите видеть значение в символьной форме, в категории Name окна Watch введите hexNumber,c. Когда вы нажмете Enter, появится символьный формат значения: hexNumber,c = ‘A’.

Форматирующие символы дисплея отладчика. Табл. 1.1.

Символ	Формат	Значение	Представление
d, I	Десятичное целое со знаком	0xF000F061	-268373911
U	Десятичное целое без знака	0x0066
O	Восьмеричное целое без знака	0xF064
x, X	Шестнадцатеричное целое	70148 (десятичное)	0x000011204
l, h	Префикс long или short для d, I,U, O, x, X	00406040,hx	0x0c20
F	Десятичная нотация со знаком	5./2.	2.500000
E	Научная нотация со знаком	5./2.	2.500000+004
G	Десятичная или научная нотация со знаком, какая короче	5./2.	2.5
С	Одиночный символ	0x0066	‘f’
S	Строка	0x012fde8	“The String”
su	Строка Unicode		“The String”
St	Строка Unicode или ANSI в зависимости от установки Unicode Strings
Hr	HRESULT код ошибки Win32	0x00000000L	S_OK
wc	Флаг класса Windows	0x00000040	WC_DEFAULT
wm	Номер сообщения Windows	0x000	WM_CLOSE

 

Вы можете так же пользоваться форматирующими значениями для содержимого памяти в применении к любым выражениям, оцениваемым как адрес. Для представления массива символов в виде строки поставьте перед именем массива символ &, например, &ArrayName. Можно за выражением поставить форматирующий символ, например &ArrayName,x.

 

Варианты заданий

В ходе выполнения данной лабораторной работы вам необходимо усвоить основные методы работы с отладчиком. Для этого вам предстоит построить консольное приложение Windows, в котором будут присутствовать следующие элементы.

· Цикл.

· Вызов функций (минимум два уровня вложенности).

· Работа с char* строками.

Используя построенное приложение, вам необходимо научиться использовать контрольные точки, обработку вызовов функций, просмотр и интерпретацию переменных как различных типов данных.

 

1.6. Контрольные вопросы

1. Какие существую проблемы в связи с ошибками?

2. Типы бывают типы ошибок, когда возникают?

3. Как к проекту подключаются дополнительные модули?

4. Как выполняется расшифровка сообщений об ошибках отладчика?

5. Как выполняется запуск отладчика.

6. Для чего предназначено меню Build и содержащиеся в нем команды? Привести краткое описание команд.

7. Для чего предназначена панель Debug и содержащиеся в ней команды? Привести краткое описание команд.

8. Какая информация отображается в окне Variables?

9. Какая информация отображается в окне Watch?

10. Какая информация отображается в окне Registers?

11. Какая информация отображается в окне Memory?

12. Какая информация отображается в окне Call Stack?

13. Какая информация отображается в окне Disassembly?

14. Как осуществляется форматирование представления переменных в окне Watch?

 

Лабораторная работа № 2

Отладка средствами ассемблера

Порой необходимо отлаживать программу, когда отладочная информация недоступна. В таком случае возможна только отладка дизассемблированного кода. В данной лабораторной работе вам предстоит изучить методы отладки средствами ассемблера.

Цель работы. Построить простейшее приложение, показать в окне отладчика дизассемблированный код, поставить в соответствие функциям С++ код ассемблера.

Теоретические сведения

Основные команды ассемблера. Ниже описаны все непривилегированные команды процессоров Intel серии х86, включая команды расширений IA NPX (чаще называемый FPU — расширение для работы с числами с плавающей запятой) и IA MMX (мультимедийное расширение). Для каждой команды указана форма записи, название и модель процессоров Intel, начиная с которой она поддерживается: 8086, 80186, 80286, 80386, 80486, Р5 (Pentium), MMX, P6 (Pentium Pro и Pentium II).

Пересылка данных. Табл. 2..1.

· Команда:	MOV приемник, источник
· Назначение:	Пересылка данных
· Процессор:

Базовая команда пересылки данных. Копирует содержимое источника в приемник, источник не изменяется. Команда MOV действует аналогично операторам присваивания из языков высокого уровня, то есть команда

mov ax,bx

эквивалентна выражению

ах:= bх; языка Паскаль или ах = bх; языка С, за исключением того, что команда ассемблера позволяет работать не только с переменными в памяти, но и со всеми регистрами процессора.

В качестве источника для MOV могут использоваться: число (непосредственный операнд), регистр общего назначения, сегментный регистр или переменная (то есть операнд, находящийся в памяти). В качестве приемника — регистр общего назначения, сегментный регистр (кроме CS) или переменная. Оба операнда должны быть одного и того же размера — байт, слово или двойное слово.

Нельзя выполнять пересылку данных с помощью MOV из одной переменной в другую, из одного сегментного регистра в другой.

Нельзя помещать в сегментный регистр непосредственный операнд —, эти операции выполняют двумя командами (из сегментного регистра в обычный и уже из него в другой сегментный) или парой команд PUSH/POP.

Загрузка регистра SS командой MOV автоматически запрещает прерывания до окончания следующей за этим команды MOV, так что можно загрузить SS и ESP двумя последовательными командами MOV, не опасаясь, что в этот момент произойдет прерывание, обработчик которого получит неправильный стек. В любом случае для загрузки значения в регистр SS предпочтительнее команда

Пересылка данных. Табл. 2.2

· Команда:	CMOVcc приемник, источник
· Назначение:	Условная пересылка данных
· Процессор:	P6

Это набор команд, которые копируют содержимое источника в приемник, если удовлетворяется, то или иное условие (см. табл.2.3). Источником может быть регистр общего назначения или переменная, а приемником — только регистр. Условие, которое должно удовлетворяться,— просто равенство нулю или единице тех или иных флагов из регистра FLAGS, но, если использовать команды CMOVc c сразу после команды СМР (сравнение) с теми же операндами, условия приобретают особый смысл, например:

cmp ах,bх; сравнить ах и bх cmovl ax,bx; если ах < bх, скопировать bх в ах

Слова «выше» и «ниже» в таблице 2.3. относятся к сравнению чисел без знака, слова «больше» и «меньше» учитывают знак.

Разновидности команды CMOVcc. Табл.2.3

Код команды	Реальное условие	Условие для CMP
CMOVA CMOVNBE	CF = 0 и ZF = 0	если выше если не ниже или равно
CMOVAE CMOVNB CMOVNC	CF = 0	если выше или равно если не ниже если нет переноса
CMOVB CMOVNAE CMOVC	CF = 1	если ниже если не выше или равно если перенос
CMOVBE CMOVNA	CF = 1 и ZF = 1	если ниже или равно если не выше
CMOVE CMOVZ	ZF = 1	если равно если ноль
CMOVG CMOVNLE	ZF = 0 и SF = OF	если больше если не меньше или равно
CMOVGE CMOVNL	SF = OF	если больше или равно если не меньше
CMOVL CMOVNGE	SF <> OF	если меньше если не больше или равно
CMOVLE CMOVNG	ZF = 1 и SF <> OF	если меньше или равно если не больше
CMOVNE CMOVNZ	ZF = 0	если не равно если не ноль
CMOVNO	OF = 0	если нет переполнения
CMOVO	OF = 1	если есть переполнение
CMOVNP CMOVPO	PF = 0	если нет четности если нечетное
CMOVP CMOVPE	PF = 1	если есть четность если четное
CMOVNS	SF = 0	если нет знака
CMOVS	SF = 1	если есть знак

Табл.2.4.

· Команда:	XCHG операнд1, операнд2
· Назначение:	Обмен операндов между собой
· Процессор:

Содержимое операнда 2 копируется в операнд 1, а старое содержимое операнда 1 — в операнд 2. XCHG можно выполнять над двумя регистрами или над регистром и переменной.

xchg eax,ebx; то же, что три команды на языке С:temp = eax; eax = ebx; ebx = temp; xchg al,al; а эта команда не делает ничего Табл.2.5

· Команда:	BSWAP регистр32
· Назначение:	Обмен байт внутри регистра
· Процессор:

Обращает порядок байт в 32-битном регистре. Биты 0—7 (младший байт младшего слова) меняются местами с битами 24—31 (старший байт старшего слова), а биты 8—15 (старший байт младшего слова) меняются местами с битами 16—23 (младший байт старшего слова).

mov eax,12345678h bswap eax; теперь в еах находится 78563412h

Чтобы обратить порядок байт в 16-битном регистре, следует использовать команду XCHG:

xchg al,ah; обратить порядок байт в АХ

В процессорах Intel команду BSWAP можно использовать и для обращения порядка байт в 16-битных регистрах, но в некоторых совместимых процессорах других фирм этот вариант BSWAP не реализован.

Табл.2.6.

· Команда:	PUSH источник
· Назначение:	Поместить данные в стек
· Процессор:

Помещает содержимое источника в стек. Источником может быть регистр, сегментный регистр, непосредственный операнд или переменная. Фактически эта команда копирует содержимое источника в память по адресу SS:[ESP] и уменьшает ESP на размер источника в байтах (2 или 4). Команда PUSH практически всегда используется в паре с POP (считать данные из стека). Так, например, чтобы скопировать содержимое одного сегментного регистра в другой (что нельзя выполнить одной командой MOV), можно использовать такую последовательность команд:

push cspop ds; теперь DS указывает на тот же сегмент, что и CS

Другое частое применение команд PUSH/POP — временное хранение переменных, например:

push eax; сохраняет текущее значение ЕАХ...; здесь располагаются какие-нибудь команды,; которые используют ЕАХ, например CMPXCHG pop eax; восстанавливает старое значение ЕАХ

Начиная с 80286, команда PUSH ESP (или SP) помещает в стек значение ESP до того, как эта же команда его уменьшит, в то время как на 8086 SP помещался в стек уже уменьшенным на два.

Табл.2.7

 Команда:	POP приемник
 Назначение:	Считать данные из стека
 Процессор:

Помещает в приемник слово или двойное слово, находящееся в вершине стека, увеличивая ESP на 2 или 4 соответственно. POP выполняет действие, полностью обратное PUSH. Приемником может быть регистр общего назначения, сегментный регистр, кроме CS (чтобы загрузить CS из стека, надо воспользоваться командой RET), или переменная. Если в роли приемника выступает операнд, использующий ESP для косвенной адресации, команда POP вычисляет адрес операнда уже после того, как она увеличивает ESP.

Табл.2.8

· Команда:	PUSHA PUSHAD
· Назначение:	Поместить в стек все регистры общего назначения
· Процессор:	80186 80386

PUSHA помещает в стек регистры в следующем порядке: АХ, СХ, DX, ВХ, SP, ВР, SI и DI. PUSHAD помещает в стек ЕАХ, ЕСХ, EDX, ЕВХ, ESP, EBP, ESI и EDI. (В случае SP и ESP используется значение, которое находилось в этом регистре до начала работы команды.) В паре с командами POPA/POPAD, считывающими эти же регистры из стека в обратном порядке, это позволяет писать подпрограммы (обычно обработчики прерываний), которые не должны изменять значения регистров по окончании своей работы. В начале такой подпрограммы вызывают команду PUSHA, а в конце— РОРА.

На самом деле PUSHA и PUSHAD — одна и та же команда с кодом 60h. Ее поведение определяется тем, выполняется ли она в 16- или в 32-битном режиме. Если программист использует команду PUSHAD в 16-битном сегменте или PUSHA в 32-битном, ассемблер просто записывает перед ней префикс изменения размерности операнда (66h).

Это же будет распространяться на некоторые другие пары команд: РОРА/POPAD, POPF/POPFD, PUSHF/PUSHFD, JCXZ/JECXZ, CMPSW/CMPSD, INSW/INSD, LODSW/LODSD, MOVSW/MOVSD, OUTSW/OUTSD, SCASW/SCASD и STOSW/STOSD.

Табл.2.9

· Команда:	POPA POPAD
· Назначение:	Загрузить из стека все регистры общего назначения
· Процессор:	80186 80386

Эти команды выполняют действия, полностью обратные действиям PUSHA и PUSHAD, за исключением того, что помещенное в стек значение SP или ESP игнорируется. РОРА загружает из стека DI, SI, BP, увеличивает SP на два, загружает ВХ, DX, CX, AX, a POPAD загружает EDI, ESI, ЕВР, увеличивает ESP на 4 и загружает ЕВХ, EDX, ЕСХ, ЕАХ.

Табл.2.10.

· Команда:	IN приемник, источник
· Назначение:	Считать данные из порта
· Процессор:

Копирует число из порта ввода-вывода, номер которого указан в источнике, в приемник. Приемником может быть только AL, АХ или ЕАХ. Источник— или непосредственный операнд, или DX, причем можно указывать только номера портов не больше 255.

Табл.2.11.

· Команда:	OUT приемник, источник
· Назначение:	Записать данные в порт
· Процессор:

Копирует число из источника (AL, АХ или ЕАХ) в порт ввода-вывода, номер которого указан в приемнике. Приемник может быть либо непосредственным номером порта, либо регистром DX. На командах IN и OUT строится все общение процессора с устройствами ввода-вывода — клавиатурой, жесткими дисками, различными контроллерами, и используются они, в первую очередь, в драйверах устройств. Например, чтобы включить динамик ПК, достаточно выполнить команды:

in al,61h or al,3 out 61h,al Табл.2.12.

· Команда:	CWD
· Назначение:	Конвертирование слова в двойное слово
· Процессор:

Табл.2.13.

· Команда:	CDQ
· Назначение:	Конвертирование двойного слова в учетверенное
· Процессор:

Команда CWD превращает слово в AХ в двойное слово, младшая половина которого (биты 0—15) остается в АХ, а старшая (биты 16—31) располагается в DX. Команда CDQ выполняет аналогичное действие по отношению к двойному слову в ЕАХ, расширяя его до учетверенного слова в EDX:EAX. Эти команды всего лишь устанавливают все биты регистра DX или EDX в значение, равное значению старшего бита регистра АХ или ЕАХ, сохраняя таким образом его знак.

Табл.2.14.

 Команда:	CBW
 Назначение:	Конвертирование байта в слово
 Процессор:

Табл.2.15.

 Команда:	CWDE
 Назначение:	Конвертирование слова в двойное слово
 Процессор:

CBW расширяет байт, находящийся в регистре AL, до слова в АХ, CWDE расширяет слово в АХ до двойного слова в ЕАХ. CWDE и CWD отличаются тем, что CWDE располагает свой результат в ЕАХ, в то время как CWD, команда, выполняющая точно такое же действие, располагает результат в паре регистров DX:AX. Так же как и команды CWD/CDQ, расширение выполняется путем установки каждого бита старшей половины результата равным старшему биту исходного байта или слова, то есть:

mov al,0F5h; AL = 0F5h = 245 = -11 cbw; теперь АХ = 0FFF5h = 65 525 = -11Так же как и в случае с командами PUSHA/PUSHAD, пара команд CWD/CDQ — это одна команда с кодом 99h, и пара команд CBW/CWDE — одна команда с кодом 98h. Интерпретация этих команд зависит от того, в каком (16-битном или в 32-битном) сегменте они исполняются, и точно так же, если указать CDQ или CWDE в 16-битном сегменте, ассемблер поставит префикс изменения разрядности операнда. Табл.2.16.

 Команда:	MOWSX приемник, источник
 Назначение:	Пересылка с расширением знака
 Процессор:

Копирует содержимое источника (регистр или переменная размером в байт или слово) в приемник (16- или 32-битный регистр) и расширяет знак аналогично командам CBW/CWDE.

Табл.2.17.

 Команда:	MOWZX приемник, источник
 Назначение:	Пересылка с расширением нулями
 Процессор:

Копирует содержимое источника (регистр или переменная размером в байт или слово) в приемник (16- или 32-битный регистр) и расширяет нулями, то есть команда

movzx ax,bl

эквивалентна паре команд

mov al,blmov ah,0. Табл.2.18.

 Команда:	XLAT адрес XLATB
 Назначние:	Трансляция в соответствии с таблицей
 Процессор:

Команда: помещает в AL байт из таблицы в памяти по адресу ES:BX (или ES:EBX) со смещением относительно начала таблицы равным AL. В качестве аргумента для XLAT в ассемблере можно указать имя таблицы, но эта информация никак не используется процессором и служит только как комментарий. Если этот комментарий не нужен, можно применить форму записи XLATB. В качестве примера использования XLAT можно написать следующий вариант преобразования шестнадцатеричного числа в ASCII-код соответствующего ему символа:

mov al,0Ch mov bx, offset htable xlatb

Если в сегменте данных, на который указывает регистр, было записано

htable db "0123456789ABCDEF"

то теперь AL содержит не число 0Сh, а ASCII-код буквы «С». Разумеется, это преобразование можно выполнить, используя гораздо более компактный код всего из трех арифметических команд, который будет рассмотрен в описании команды DAS, но с XLAT можно выполнять любые преобразования такого рода.

Табл.2.19.

 Команда:	LEA приемник, источник
 Назначение:	Вычисление эффективного адреса
 Процессор:

Вычисляет эффективный адрес источника (переменная) и помещает его в приемник (регистр). С помощью LEA можно вычислить адрес переменной, которая описана сложным методом адресации, например по базе с индексированием. Если адрес 32-битный, а регистр-приемник 16-битный, старшая половина вычисленного адреса теряется, если наоборот, приемник 32-битный, а адресация 16-битная, то вычисленное смещение дополняется нулями.

Команду LEA часто используют для быстрых арифметических вычислений, например умножения:

lea bx,[ebx+ebx*4]; ВХ=ЕВХ*5

или сложения: lea ebx,[eax+12]; ЕВХ=ЕАХ+12

(эти команды меньше, чем соответствующие MOV и ADD, и не изменяют флаги)

Варианты задани

2.3.Контрольные вопросы:

1. Основные команды ассемблера

2. Команды пересылки

3. Арифметические команды

4. Способы адресации

5. Окно дизассемблера в отладчике

 

Лабораторная работа № 3