5.13 汇编语言：仿写For循环语句
循环语句（for）是计算机编程中的一种基本控制结构，它允许程序按照指定的次数或范围重复执行一段代码块。for循环在处理需要进行迭代操作的情况下非常有用，它使得程序可以更加方便地控制循环的次数。一般来说，for循环由三个部分组成：初始化部分、条件表达式和更新部分，以及一个需要重复执行的代码块。在每次循环迭代开始时，程序首先执行初始化部分，然后检查条件表达式的值，如果为真，则执行代码块，并在每次循环结束后执行更新部分。只要条件表达式为真，for循环就会一直重复执行；一旦条件表达式为假，循环将停止，程序继续执行循环之后的代码。
11.14 FOR 循环结构优化
For语句先初始化条件变量，然后在判断是否符合条件，符合则执行循环体，不符合则跳过执行。For循环结构的效率最低，该语句的构建往往需要三个跳转来实现，首先需要初始化变量此处要进行一次判断，其次是内部循环体需要另一个判断通常用于实现跳出循环体，最后一步则需要一个无条件跳转指令跳回到循环首地址，但在开启了O2优化时编译器也会尽可能将其转换为While语句，如果可以还会继续将While转为带有IF语句的Do循环来提高执行效率。
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
.data
count DWORD ?
.code
main PROC
mov dword ptr ds:[count],0 ; 设置 int x = 0;
jmp L2
L1:
mov eax,dword ptr ds:[count] ; x = x++
add eax,1
mov dword ptr ds:[count],eax
L2:
cmp dword ptr ds:[count],10 ; 比较 x < 10
jge lop_end
xor eax,eax ; 执行循环体
jmp L1
lop_end:
int 3
invoke ExitProcess,0
main ENDP
END main
虽然For语句在执行效率上来说是最低的，但该语句的使用确是最符合我们思维方式的，在高级语言中应用最为广泛，例如在Python中For循环体被简化成了for x in range(2,10)它可以指定一个循环范围，该语句利用汇编完全也可以被构建出来，我们接着尝试构建一下这个特别的循环体。
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
.data
start_count DWORD ?
end_count DWORD ?
.code
main PROC
mov dword ptr ds:[start_count],2 ; 指定开始循环编号
mov dword ptr ds:[end_count],5 ; 指定结束循环编号
mov ecx,dword ptr ds:[start_count]
L1:
cmp dword ptr ds:[end_count],ecx
jle lop_end
xor eax,eax ; 循环体内部
add ecx,1 ; 每次递增
mov dword ptr ds:[start_count],ecx
jmp L1
lop_end:
int 3
invoke ExitProcess,0
main ENDP
END main
11.20 仿写For水仙花数
该C++代码实现了水仙花数的查找算法，水仙花数是指一个三位数，它的每个位上的数字的立方和等于它本身。在循环中，遍历100~999之间的每一个数，将其分解为三个数（百、十、个位），再将三个数分别平方并相加，判断与原数是否相等，如果相等则输出该数即为水仙花数。
- 例如: 153是一个水仙花数，因为153等于1的3次方加上5的3次方加上3的3次方
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int x, y, z, n;
for (n = 100; n < 1000; n++)
{
x = n / 100; // 分解百位
y = n / 10 % 10; // 分解十位
z = n % 10; // 分解个位
if (x * 100 + y * 10 + z == x*x*x + y*y*y + z*z*z)
{
printf("水仙花: %-5d \n", n);
}
}
system("pause");
return 0;
}
尝试使用汇编实现计算逻辑，这段代码没有任何难度，因为并不会涉及到嵌套循环的问题，只是在计算四则运算时需要格外注意些。
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
include msvcrt.inc
includelib msvcrt.lib
.data
x DWORD ?
y DWORD ?
z DWORD ?
n DWORD ?
szFmt BYTE '水仙花: %-5d ',0dh,0ah,0
.code
main PROC
mov dword ptr ds:[n],100 ; n = 100
jmp L1
L2: mov eax,dword ptr ds:[n]
add eax,1 ; n++
mov dword ptr ds:[n],eax
L1: mov eax,dword ptr ds:[n]
cmp eax,1000 ; n < 1000
jge lop_end
mov eax,dword ptr ds:[n]
cdq
mov ecx,100 ; x = n / 100;
idiv ecx
mov dword ptr ds:[x],eax
mov eax,dword ptr ds:[n]
cdq
mov ecx,10
idiv ecx ; y = n / 10;
cdq
mov ecx,10
idiv ecx ; y = y % 10;
mov dword ptr ds:[y],edx
mov eax,dword ptr ds:[n]
cdq
mov ecx,10
idiv ecx ; z = n % 10;
mov dword ptr ds:[z],edx
; 开始执行if()比较语句
imul eax,dword ptr ds:[x],100 ; x * 100
imul ecx,dword ptr ds:[y],10 ; y * 10
add eax,dword ptr ds:[z] ; + z
add ecx,eax
mov edx,dword ptr ds:[x]
imul edx,dword ptr ds:[x] ; x*x*x
imul edx,dword ptr ds:[x]
mov eax,dword ptr ds:[y]
imul eax,dword ptr ds:[y] ; y*y*y
imul eax,dword ptr ds:[y]
add edx,eax
mov eax,dword ptr ds:[z]
imul eax,dword ptr ds:[z] ; z*z*z
imul eax,dword ptr ds:[z]
add edx,eax
cmp ecx,edx ; (x * 100 + y * 10 + z) == (x*x*x + y*y*y + z*z*z)
jne L2
mov eax,dword ptr ds:[n]
invoke crt_printf,addr szFmt,eax
jmp L2
lop_end:
int 3
main ENDP
END main
11.21 For循环尝试判断
该C++代码实现了一个简单的循环，遍历数组中的所有元素并输出大于等于50的元素。在循环中，通过判断Array数组中每个元素与50的大小关系，如果元素大于等于50，则使用printf函数输出该元素的值。最终程序输出所有大于等于50的元素。
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
int Array[10] = { 56,78,33,45,78,90,32,44,56,67 };
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
if (Array[x] >= 50)
{
printf("out -> %d \n", Array[x]);
}
}
return 0;
}
上述C语言代码如果通过汇编语言实现可以写成如下样子，读者可自行理解流程；
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
include msvcrt.inc
includelib msvcrt.lib
.data
MyArray DWORD 56,78,33,45,78,90,32,44,56,67
count DWORD ?
szFmt BYTE 'out -> %d ',0dh,0ah,0
.code
main PROC
mov dword ptr ds:[count],0 ; int x = 0
jmp L1
L2: mov eax,dword ptr ds:[count]
add eax,1 ; x ++
mov dword ptr ds:[count],eax
L1:
cmp dword ptr ds:[count],10 ; x < 10
jge lop_end
mov eax,dword ptr ds:[count] ; 获取循环次数,当作因子
lea esi,dword ptr ds:[MyArray] ; 取数组基地址
mov ebx,dword ptr ds:[esi + eax * 4] ; 因子寻址
cmp ebx,50
jl L2 ; 如果小于50则跳转到下一次循环
invoke crt_printf,addr szFmt,ebx ; 调用系统crt
jmp L2
lop_end:
int 3
invoke ExitProcess,0
main ENDP
END main
在读者学会了上述代码编写之后，我们继续增加代码的复杂度，如下所示代码实现了对整型数组的最大值、最小值、元素总和以及平均值的计算。在循环中，通过依次遍历数组中的每一个元素，维护一个当前最大值max_result和最小值min_result，并对元素进行累加求和，最终计算出数组中所有元素的平均值avg_result。代码中使用printf函数输出求得的四个值(max、min、sum、avg)，并使用system函数暂停程序以便观察输出结果。
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int Array[10] = { 56,78,33,45,78,90,32,44,56,67 };
int max_result = 0,min_result = 100,sum_result = 0,avg_result = 0;
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
if (Array[x] >= max_result)
{
max_result = Array[x];
}
if (Array[x] <= min_result)
{
min_result = Array[x];
}
sum_result = sum_result + Array[x];
avg_result = sum_result / 10;
}
printf("max = %d min = %d sum = %d avg = %d \n", max_result,min_result,sum_result,avg_result);
system("pause");
return 0;
}
上述代码读者可尝试使用汇编语言来实现一下，如下代码是笔者思考后编写出来的实现流程，读者可自行对照参考；
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
include msvcrt.inc
includelib msvcrt.lib
.data
MyArray DWORD 56,78,33,45,78,90,32,44,56,67
count DWORD ?
max_result DWORD 0
min_result DWORD 100
sum_result DWORD 0
avg_result DWORD 0
szFmt BYTE 'max = %d min= %d sum= %d avg = %d ',0dh,0ah,0
.code
main PROC
mov dword ptr ds:[count],0 ; int x = 0
jmp L1
L2: mov eax,dword ptr ds:[count]
add eax,1 ; x ++
mov dword ptr ds:[count],eax
L1:
cmp dword ptr ds:[count],10 ; x < 10
jge lop_end
mov eax,dword ptr ds:[count]
lea esi,dword ptr ds:[MyArray]
mov ebx,dword ptr ds:[esi + eax * 4]
cmp ebx,dword ptr ds:[max_result] ; Array[x] >= max_result
jl L3
mov dword ptr ds:[max_result],ebx ; max_result = Array[x];
L3:
mov ebx,dword ptr ds:[esi + eax * 4]
cmp ebx,dword ptr ds:[min_result] ; Array[x] <= min_result
jg L4
mov dword ptr ds:[min_result],ebx
L4:
mov ebx,dword ptr ds:[esi + eax * 4] ; Array[x]
add dword ptr ds:[sum_result],ebx ; sum_result = sum_result + Array[x];
mov eax,dword ptr ds:[sum_result]
cdq ; 符号扩展
mov ecx,10 ; / 10
idiv ecx ; sum_result / 10;
mov dword ptr ds:[avg_result],eax ; avg_result
jmp L2
lop_end:
mov eax,dword ptr ds:[max_result]
mov ebx,dword ptr ds:[min_result]
mov ecx,dword ptr ds:[sum_result]
mov edx,dword ptr ds:[avg_result]
invoke crt_printf,addr szFmt,eax,ebx,ecx,edx
int 3
main ENDP
END main
11.22 For循环多重IF判断
该C++代码实现了对两个数组进行元素相加，并输出相加结果的奇偶性。在循环中，对SrcArray和DstArray两个数组中的元素相加，如果两个元素均不为0，则判断相加的结果是否为偶数，如果是，则使用printf函数输出偶数sum的形式，否则输出基数sum的形式。其中sum表示两个元素相加的结果。代码中使用system函数暂停程序以便观察输出结果。
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int SrcArray[10] = { 56,78,33,45,78,90,32,15,56,67 };
int DstArray[10] = { 59,77,89,23,11,45,67,88,93,27 };
int index = 0;
for (index = 0; index < 10; index++)
{
if (SrcArray[index] != 0 && DstArray[index] != 0)
{
int sum = SrcArray[index] + DstArray[index];
if (sum % 2 == 0)
printf("偶数: %d \n", sum);
else
printf("基数: %d \n", sum);
}
}
system("pause");
return 0;
}
上述代码片段的逻辑并不复杂，仅仅只是循环内部嵌套双层判断，笔者思考片刻后即写出了与之对应的汇编代码；
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
include msvcrt.inc
includelib msvcrt.lib
.data
SrcArray DWORD 56,78,33,45,78,90,32,15,56,67
DstArray DWORD 59,77,89,23,11,45,67,88,93,27
index DWORD 0
sum DWORD 0
szFmt1 BYTE '基数: %d ',0dh,0ah,0
szFmt2 BYTE '偶数: %d ',0dh,0ah,0
.code
main PROC
mov dword ptr ds:[index],0 ; index = 0
jmp L1
L2: mov eax,dword ptr ds:[index]
add eax,1 ; index++
mov dword ptr ds:[index],eax
L1:
cmp dword ptr ds:[index],10 ; index < 10
jge lop_end
mov eax,dword ptr ds:[index];
cmp dword ptr ds:[SrcArray + eax * 4],0
je L2 ; SrcArray[index] != 0
mov eax,dword ptr ds:[index]
cmp dword ptr ds:[DstArray + eax * 4],0 ; DstArray[index] != 0
je L2
; ------------------------------------------
; 另类加法,通过一个SrcArray定位DstArray完成加法
mov eax,dword ptr ds:[index] ; 获取因子
lea esi,dword ptr ds:[SrcArray] ; 取数组首地址
mov ebx,dword ptr ds:[esi + eax * 4] ; 获取 SrcArray[index]
mov ecx,dword ptr ds:[esi + eax * 4 + 40] ; 获取 DstArray[index]
add ebx,ecx ; SrcArray[index] + DstArray[index]
mov dword ptr ds:[sum],ebx ; sum = SrcArray[index] + DstArray[index]
mov eax,dword ptr ds:[sum]
and eax,080000001h ; sum % 2 == 0
test eax,eax
jne L3
invoke crt_printf,addr szFmt2,dword ptr ds:[sum] ; 偶数输出
jmp L2
L3:
invoke crt_printf,addr szFmt1,dword ptr ds:[sum] ; 基数输出
jmp L2
lop_end:
int 3
main ENDP
END main
11.23 For嵌套乘法口诀表
该C++代码实现了乘法口诀表的打印。在两个for循环中，分别对x和y进行遍历，对每一次的遍历输出一个乘法口诀表的元素。代码中使用printf函数实现输出，并使用\n进行换行。程序遍历打印了从11到99的所有乘积的结果，这就是乘法口诀表。
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
for (int x = 1; x < 10; x++)
{
for (int y = 1; y <= x; y++)
{
int result = x*y;
printf("%d*%d=%-3d", y, x, result);
}
printf("\n");
}
system("pause");
return 0;
}
乘法口诀表的实现方法只需要嵌套两层FOR循环语句，在使用汇编语言实现之前我们可以先来构建出这个双层循环体，如下代码所示；
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
include msvcrt.inc
includelib msvcrt.lib
.data
x DWORD ?
y DWORD ?
szFmt BYTE '内层循环: %d 外层循环: %d ',0dh,0ah,0
szPr BYTE '----->',0dh,0ah,0
.code
main PROC
mov dword ptr ds:[x],1 ; int x = 1
jmp L1
L2: mov eax,dword ptr ds:[x]
add eax,1 ; x++
mov dword ptr ds:[x],eax
L1:
cmp dword ptr ds:[x],10 ; x < 10
jge lop_end
mov dword ptr ds:[y],1 ; y = 1
jmp L3
L5: mov eax,dword ptr ds:[y]
add eax,1 ; y++
mov dword ptr ds:[y],eax
L3:
mov eax,dword ptr ds:[y]
cmp eax,dword ptr ds:[x] ; y <= x
jg L4
; 执行的是循环体内部
mov eax,dword ptr ds:[x]
mov ebx,dword ptr ds:[y]
invoke crt_printf,addr szFmt,eax,ebx
jmp L5
L4:
; 执行外层循环
invoke crt_printf,addr szPr
jmp L2
lop_end:
int 3
main ENDP
END main
当有了双层循环体结构之后，我们只需要再其循环之上增加一个乘法计算功能即可，完整的计算流程如下所示；
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
include msvcrt.inc
includelib msvcrt.lib
.data
x DWORD ?
y DWORD ?
szFmt BYTE '%d * %d = %d ',0
szPr BYTE ' ',0dh,0ah,0
.code
main PROC
mov dword ptr ds:[x],1 ; int x = 1
jmp L1
L2: mov eax,dword ptr ds:[x]
add eax,1 ; x++
mov dword ptr ds:[x],eax
L1:
cmp dword ptr ds:[x],10 ; x < 10
jge lop_end
mov dword ptr ds:[y],1 ; y = 1
jmp L3
L5: mov eax,dword ptr ds:[y]
add eax,1 ; y++
mov dword ptr ds:[y],eax
L3:
mov eax,dword ptr ds:[y]
cmp eax,dword ptr ds:[x] ; y <= x
jg L4
; 执行的是循环体内部
mov eax,dword ptr ds:[x]
imul eax,dword ptr ds:[y]
invoke crt_printf,addr szFmt,dword ptr ds:[y],dword ptr ds:[x],eax
jmp L5
L4:
; 执行外层循环
invoke crt_printf,addr szPr
jmp L2
lop_end:
int 3
main ENDP
END main
11.24 For语句冒泡排序
该C++代码实现了冒泡排序算法对整型数组进行排序。在冒泡排序算法中，数组中每两个相邻的元素，如果前一个元素大于后一个元素，则交换这两个元素的位置。循环遍历数组多次，每次将未排序的最大值向数组末尾冒泡，直到数组中的所有元素都排好序。代码中使用两层for循环实现排序，内层循环从数组末尾开始，逐步向前遍历，交换相邻的两个元素。外层循环控制排序的遍历次数，只有在当前相邻两个数未排序时才进行交换。程序最终输出排序后的数组。
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int Array[10] = { 34,78,65,77,89,43,23,55,67,8 };
int x, y, temporary, ArraySize=10;
for (x = 0; x < ArraySize - 1; x++)
{
for (y = ArraySize - 1; y > x; y--)
{
if (Array[y - 1] > Array[y])
{
temporary = Array[y - 1];
Array[y - 1] = Array[y];
Array[y] = temporary;
}
}
}
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
printf("%d \n", Array[x]);
system("pause");
return 0;
}
由于冒泡排序牵扯到了数据交换所以汇编版本可能稍显负责，不过大体框架还是没有脱离二层循环，仅仅只是在二层循环内部增加了一个判断流程而已，其实如果认真构建相信读者也可以很容易的写出来。
.386p
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include kernel32.inc
includelib kernel32.lib
include msvcrt.inc
includelib msvcrt.lib
.data
Array DWORD 34,78,65,77,89,43,23,55,67,8
x DWORD ?
y DWORD ?
Temporary DWORD ?
ArraySize DWORD ?
szFmt BYTE '%d --> %d ',0dh,0ah,0
.code
main PROC
; 初始化的部分
mov dword ptr ds:[x],0 ; x=0
mov dword ptr ds:[ArraySize],10 ; ArraySize=10
; 外层循环体
jmp L1
L2: mov eax,dword ptr ds:[x]
add eax,1 ; x++
mov dword ptr ds:[x],eax
L1: mov eax,dword ptr ds:[ArraySize]
sub eax,1 ; ArraySize - 1
cmp dword ptr ds:[x],eax ; x < ArraySize
jge lop_end
; 内层循环体内容
mov eax,dword ptr ds:[ArraySize]
sub eax,1
mov dword ptr ds:[y],eax
jmp L3
L4: mov eax,dword ptr ds:[y]
sub eax,1 ; y--
mov dword ptr ds:[y],eax
L3: mov eax,dword ptr ds:[y]
cmp eax,dword ptr ds:[x] ; Array[y - 1] > Array[y]
jle L2
; 寻址y和y-1的位置
mov esi,dword ptr ds:[y]
mov ebx,dword ptr ds:[Array + esi * 4] ; Array[y]
mov edx,dword ptr ds:[Array + esi * 4 - 4] ; Array[y - 1]
cmp edx,ebx
jle L4
; 数据交换
mov dword ptr ds:[Array + esi * 4],edx ; Array[y] = Array[y - 1]
mov dword ptr ds:[Array + esi * 4 - 4],ebx ; Array[y - 1] = Array[y]
; invoke crt_printf,addr szFmt,ebx,edx
jmp L4
jmp L2
lop_end:
nop
; 执行打印函数
mov dword ptr ds:[Temporary],0
jmp L5
L7: mov eax,dword ptr ds:[Temporary]
add eax,1
mov dword ptr ds:[Temporary],eax
L5:
mov eax,dword ptr ds:[Temporary]
cmp eax,10
jge L6
lea esi,dword ptr ds:[Array] ; 取数组基地址
mov esi,dword ptr ds:[Array + eax * 4] ; 比例因子寻址
invoke crt_printf,addr szFmt,esi,esi
jmp L7
L6:
int 3
main ENDP
END main
至此，汇编中的循环结构仿写就告一段落了，笔者提醒大家，由于汇编难度较大，且代码都是线性的，所以在编写之前要分析好主次关系，当有了主次关系之后，我们就需要静下心来，一个个构建，由外到内步步为营，其实汇编也并不是那么可怕。
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