Программа assembly для чего

Многие считают, что Assembler – уже устаревший и нигде не используемый язык, однако в основном это молодые люди, которые не занимаются профессионально системным программированием. Разработка ПО, конечно, хорошо, но в отличие от высокоуровневых языков программирования, Ассемблер научит глубоко понимать работу компьютера, оптимизировать работку с аппаратными ресурсами, а также программировать любую технику, тем самым развиваясь в направлении машинного обучения. Для понимания этого древнего ЯП, для начала стоит попрактиковаться с простыми программами, которые лучше всего объясняют функционал Ассемблера.

IDE для Assembler

Первый вопрос: в какой среде разработки программировать на Ассемблере? Ответ однозначный – MASM32. Это стандартная программа, которую используют для данного ЯП. Скачать её можно на официальном сайте masm32.com в виде архива, который нужно будет распаковать и после запустить инсталлятор install.exe. Как альтернативу можно использовать FASM, однако для него код будет значительно отличаться.

Hello World на Ассемблере (x86)

Перед работой главное не забыть дописать в системную переменную PATH строчку:

С:masm32bin

Программа «Hello world» на ассемблере

Считается, что это базовая программа в программировании, которую начинающие при знакомстве с языком пишут в первую очередь. Возможно, такой подход не совсем верен, но так или иначе позволяет сразу же увидеть наглядный результат:

.386 .model flat, stdcall option casemap: none include /masm32/include/windows.inc include /masm32/include/user32.inc include /masm32/include/kernel32.inc includelib /masm32/lib/user32.lib includelib /masm32/lib/kernel32.lib .data msg_title db «Title», 0 msg_message db «Hello world», 0 .code start: invoke MessageBox, 0, addr msg_message, addr msg_title, MB_OK invoke ExitProcess, 0 end start

Для начала запускаем редактор qeditor.exe в папке с установленной MASM32, и в нём пишем код программы. После сохраняем его в виде файла с расширением «.asm», и билдим программу с помощью пункта меню «Project» → «Build all». Если в коде нет ошибок, программа успешно скомпилируется, и на выходе мы получим готовый exe-файл, который покажет окно Windows с надписью «Hello world».

Сложение двух чисел на assembler

В этом случае мы смотрим, равна ли сумма чисел нулю, или же нет. Если да, то на экране появляется соответствующее сообщение об этом, и, если же нет – появляется иное уведомление.

.486 .model flat, stdcall option casemap: none include /masm32/include/windows.inc include /masm32/include/user32.inc include /masm32/include/kernel32.inc includelib /masm32/lib/user32.lib includelib /masm32/lib/kernel32.lib include /masm32/macros/macros.asm uselib masm32, comctl32, ws2_32 .data .code start: mov eax, 123 mov ebx, -90 add eax, ebx test eax, eax jz zero invoke MessageBox, 0, chr$(«В eax не 0!»), chr$(«Info»), 0 jmp lexit zero: invoke MessageBox, 0, chr$(«В eax 0!»), chr$(«Info»), 0 lexit: invoke ExitProcess, 0 end start

Здесь мы используем так называемые метки и специальные команды с их использованием (jz, jmp, test). Разберём подробнее:

ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА С НУЛЯ | #1 НАЧАЛО

• test – используется для логического сравнения переменных (операндов) в виде байтов, слов, или двойных слов. Для сравнения команда использует логическое умножение, и смотрит на биты: если они равны 1, то и бит результата будет равен 1, в противном случае – 0. Если мы получили 0, ставятся флаги совместно с ZF (zero flag), которые будут равны 1. Далее результаты анализируются на основе ZF.
• jnz – в случае, если флаг ZF нигде не был поставлен, производится переход по данной метке. Зачастую эта команда применяется, если в программе есть операции сравнения, которые как-либо влияют на результат ZF. К таким как раз и относятся test и cmp.
• jz – если флаг ZF всё же был установлен, выполняется переход по метке.
• jmp – независимо от того, есть ZF, или же нет, производится переход по метке.

Программа суммы чисел на ассемблере

Примитивная программа, которая показывает процесс суммирования двух переменных:

.486 .model flat, stdcall option casemap: none include /masm32/include/windows.inc include /masm32/include/user32.inc include /masm32/include/kernel32.inc includelib /masm32/lib/user32.lib includelib /masm32/lib/kernel32.lib include /masm32/macros/macros.asm uselib masm32, comctl32, ws2_32 .data msg_title db «Title», 0 A DB 1h B DB 2h buffer db 128 dup(?) format db «%d»,0 .code start: MOV AL, A ADD AL, B invoke wsprintf, addr buffer, addr format, eax invoke MessageBox, 0, addr buffer, addr msg_title, MB_OK invoke ExitProcess, 0 end start

В Ассемблере для того, чтобы вычислить сумму, потребуется провести немало действий, потому как язык программирования работает напрямую с системной памятью. Здесь мы по большей частью манипулируем ресурсами, и самостоятельно указываем, сколько выделить под переменную, в каком виде воспринимать числа, и куда их девать.

Получение значения из командной строки на ассемблере

Одно из важных основных действий в программировании – это получить данные из консоли для их дальнейшей обработки. В данном случае мы их получаем из командной строки и выводим в окне Windows:

.486 .model flat, stdcall option casemap: none include /masm32/include/windows.inc include /masm32/include/user32.inc include /masm32/include/kernel32.inc includelib /masm32/lib/user32.lib includelib /masm32/lib/kernel32.lib include /masm32/macros/macros.asm uselib masm32, comctl32, ws2_32 .data .code start: call GetCommandLine ; результат будет помещен в eax push 0 push chr$(«Command Line») push eax ; текст для вывода берем из eax push 0 call MessageBox push 0 call ExitProcess end start

Также можно воспользоваться альтернативным методом:

.486 .model flat, stdcall option casemap: none include /masm32/include/windows.inc include /masm32/include/user32.inc include /masm32/include/kernel32.inc includelib /masm32/lib/user32.lib includelib /masm32/lib/kernel32.lib include /masm32/macros/macros.asm uselib masm32, comctl32, ws2_32 .data .code start: call GetCommandLine ; результат будет помещен в eax invoke GetCommandLine invoke MessageBox, 0, eax, chr$(«Command Line»), 0 invoke ExitProcess, 0 push 0 call ExitProcess end start

Здесь используется invoke – специальный макрос, с помощью которого упрощается код программы. Во время компиляции макрос-команды преобразовываются в команды Ассемблера. Так или иначе, мы пользуемся стеком – примитивным способом хранения данных, но в тоже время очень удобным. По соглашению stdcall, во всех WinAPI-функциях переменные передаются через стек, только в обратном порядке, и помещаются в соответствующий регистр eax.

Циклы в ассемблере

.data msg_title db «Title», 0 A DB 1h buffer db 128 dup(?) format db «%d»,0 .code start: mov AL, A .REPEAT inc AL .UNTIL AL==7 invoke wsprintf, addr buffer, addr format, AL invoke MessageBox, 0, addr buffer, addr msg_title, MB_OK invoke ExitProcess, 0 end start
.data msg_title db «Title», 0 buffer db 128 dup(?) format db «%d»,0 .code start: mov eax, 1 mov edx, 1 .WHILE edx==1 inc eax .IF eax==7 .BREAK .ENDIF .ENDW invoke wsprintf, addr buffer, addr format, eax invoke MessageBox, 0, addr buffer, addr msg_title, MB_OK invoke ExitProcess, 0

Для создания цикла используется команда repeat.

Далее с помощью inc увеличивается значение переменной на 1, независимо от того, находится она в оперативной памяти, или же в самом процессоре. Для того, чтобы прервать работу цикла, используется директива «.BREAK». Она может как останавливать цикл, так и продолжать его действие после «паузы». Также можно прервать выполнение кода программы и проверить условие repeat и while с помощью директивы «.CONTINUE».

Сумма элементов массива на assembler

Здесь мы суммируем значения переменных в массиве, используя цикл «for»:

.486 .model flat, stdcall option casemap: none include /masm32/include/windows.inc include /masm32/include/user32.inc include /masm32/include/kernel32.inc includelib /masm32/lib/user32.lib includelib /masm32/lib/kernel32.lib include /masm32/macros/macros.asm uselib masm32, comctl32, ws2_32 .data msg_title db «Title», 0 A DB 1h x dd 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 n dd 12 buffer db 128 dup(?) format db «%d»,0 .code start: mov eax, 0 mov ecx, n mov ebx, 0 L: add eax, x[ebx] add ebx, type x dec ecx cmp ecx, 0 jne L invoke wsprintf, addr buffer, addr format, eax invoke MessageBox, 0, addr buffer, addr msg_title, MB_OK invoke ExitProcess, 0 end start

Команда dec, как и inc, меняет значение операнда на единицу, только в противоположную сторону, на -1. А вот cmp сравнивает переменные методом вычитания: отнимает одно значение из второго, и, в зависимости от результата ставит соответствующие флаги.

С помощью команды jne выполняется переход по метке, основываясь на результате сравнения переменных. Если он отрицательный – происходит переход, а если операнды не равняются друг другу, переход не осуществляется.

Ассемблер интересен своим представлением переменных, что позволяет делать с ними что угодно. Специалист, который разобрался во всех тонкостях данного языка программирования, владеет действительно ценными знаниями, которые имеют множество путей использования. Одна задачка может решаться самыми разными способами, поэтому путь будет тернист, но не менее увлекательным.

Источник: evilinside.ru

Оговорочки

Хочу сразу оговориться, что правильно говорить не «ассемблер» (assembler), а «язык ассемблера» (assembly language), потому как ассемблер – это транслятор кода на языке ассемблера (т.е. по сути, программа MASM, TASM, fasm, NASM, UASM, GAS и пр., которая компилирует исходный текст на языке ассемблера в объектный или исполняемый файл). Тем не менее, из соображения краткости многие, говоря «ассемблер» (асм, asm), подразумевают именно «язык ассемблера».

Синтаксис директив, стандартных макросов и пр. структурных элементов различных диалектов (к примеру, MASM, fasm, NASM, GAS), могут отличаться довольно существенно. Мнемоники (имена) инструкций (команд) и регистров, а также синтаксис их написания для одного и того же процессора примерно одинаковы почти во всех диалектах (заметным исключением среди популярных ассемблеров является разве что GAS (GNU Assembler) в режиме синтаксиса AT а ещё код может быть написан как с использованием различных технологий вроде SSE, AVX, FMA, BMI и AES-NI, так и без них) и для разных операционных систем (Windows, Linux, MS-DOS). Хоть иногда и можно встретить «универсальный» код (например, отдельные библиотеки), скажем, для 32- и 64-битного кода ОС Windows (или даже для Windows и Linux), но это бывает нечасто. Ведь каждая строка кода на ассемблере (не считая управляющих директив, макросов и тому подобного) – это отдельная инструкция, которая пишется для конкретного процессора и ОС, и сделать кроссплатформенный вариант можно только с помощью макросов и условных директив препроцессора, получая в итоге порой весьма нетривиальные конструкции, сложные для понимания.

Откуда растут ноги?

Ассемблером я увлёкся лет в 12–13, и он меня изрядно «затянул». Почему?

• Во-первых, экономия памяти (дисковой и оперативной) и погоня за скоростью в те DOS-овские времена далёких 90-х годов были куда более актуальными темами, чем сейчас.
• Во-вторых (и это более существенно), на ассемблере можно было делать много того, что сделать на языках высокого уровня (ЯВУ, не путайте с Java) нельзя, затруднительно или не так эффективно. К примеру, мне очень нравилось писать резидентные программы.

Но с тех пор прошло уже более 2-х десятков лет, и сейчас экономия памяти (особенно дисковой) в подавляющем большинстве случаев уже не так актуальна, да и скорости современных процессоров для выполнения повседневных задач вполне хватает (популярность языков сверхвысокого уровня подтверждает это, хотя закон Вирта никто не отменял). А современные компиляторы зачастую могут оптимизировать код по скорости даже лучше человека. Что же может привлекать программиста в ассемблере, ведь исходники на нём гораздо более объёмные и сложные, а на разработку требуется больше времени и внимания (в т.ч. на отладку)?

Вон оно что!

Приведу свои доводы относительно того, чем так хорош ассемблер.

1. Ассемблер даёт полный контроль над кодом и обладает большей гибкостью, чем любой другой язык программирования (даже C/C++). На асме мы можем конструировать нашу программу, размещая блоки кода и данных как нам вздумается. Каждый генерируемый байт будет таким, каким мы хотим его видеть. Без лишнего runtime-кода стандартных библиотек. Правда, справедливости ради отмечу, что необходимость в этом может возникнуть лишь в весьма специфических случаях. Однако существуют аппаратные платформы с ограниченными ресурсами, где оптимизация кода важна и актуальна и в наши дни.
2. На ассемблере можно написать ВСЁ, он всемогущ! Вряд ли у вас получится создать MBR-загрузчик полностью на C или на чём-то ещё. Для работы с железом на низком уровне, программирования чипсетов зачастую может потребоваться ассемблер. Для внедрения кода в другие процессы (injection, не только с вредоносными целями), создания различных антиотладочных приёмов тоже необходим ассемблер. Или, скажем, для проделывания чего-то вроде этого. Для C/C++ имеются интринсики – функции для генерации отдельных инструкций процессора (есть ли что-то подобное для других языков программирования – не знаю, не встречал). Но их частое использование загромождает код (не проще ли тогда писать на чистом ассемблере?) А их отсутствие не позволяет нам контролировать генерируемый компилятором код (при этом, к слову говоря, Visual C/C++, GNU C/C++ и Clang будут генерировать разный код; и даже один и тот же компилятор с разными настройками выдаст различный результат).
3. Получаемый код даже самого умного и навороченного компилятора, как правило, можно оптимизировать (как по скорости, так и по размеру). К примеру, автоматическую векторизацию кода (приведение обычных скалярных вычислений к параллельным вычислениям с использованием SIMD: SSE, AVX и т.п.), компиляторы C/C++ делают весьма посредственно. А ещё можно изощриться и использовать неочевидные комбинации, сделав код короче и быстрее. Этим можно, конечно, заняться и на других языках, но на ассемблере больше простора для творчества. К тому же, это особый кайф, азарт, челлендж в некотором роде! Разве не прикольно написать программу, выполняющую полезные функции, весом менее 10 Кб? 🙂 Для сравнения: VCL-программа на Delphi 10.2 Tokyo, создающая пустое окно без какого-либо полезного функционала, весит в release-версии целых 2 Мб (а в debug-версии… кхм, 11 Мб). На C++Builder 10.2 Tokyo release-версия такой же программы, не требующая внешних библиотек, получится размером ≈ 2.7 Мб. Аналогичная программа на fasm будет занимать всего пару килобайт.
4. Обычно одна строка кода на ЯВУ разворачивается в несколько (или даже десяток) инструкций процессора. А знаете ли вы о том, что некоторые инструкции процессора Intel требуют несколько строк для реализации на ЯВУ (на том же C/C++, если не использовать интринсики)? Если не знаете, просто поверьте на слово, а я, возможно, напишу об этом в одной из следующих статей. Приведу лишь один простой пример: аналоги инструкций rol, ror (существующих ещё в самых ранних процессорах i8086 с конца 70-х годов) появились только в стандарте C++20 в библиотеке bit (как функции std::rotl, std::rotr), а в большинстве других языков они вообще отсутствуют.
5. Есть такое направление компьютерного искусства: демосцена. Написать intro, уместив исполняемый файл в 256 байт [1, 2, 3, 4] (а то и 128, 64, 32 или даже ещё меньше) на чём-то отличном от ассемблера (ну или по крайней мере, без использования ассемблера для финальной корректировки кода) вы вряд ли сможете.
6. Ещё одна интересная область применения ассемблера – создание файлов данных с помощью макросов и директив генерации данных. К примеру, fasm позволяет создавать виртуальные данные и генерировать отдельные файлы (директива virtual), а также читать и изменять ранее сгенерированный код (директивы load, store). Есть даже примеры AES-шифрования файлов.
7. Без ассемблера не обойтись при исследовании (reverse engineering), а зачастую и при отладке программ.

В ассемблере есть особая магия и притягательность! Но справедливости ради скажу, что писать всегда на ассемблере – занятие не очень разумное с точки зрения времени, усилий, вероятности допустить ошибку и кроссплатформенности (я сам реже пишу на ассемблере, нежели на других языках). Не так часто нам требуется полный контроль над кодом и столь уж жёсткая оптимизация, когда экономия пары тактов процессора имеет критически решающее значение.

На том же C/C++ можно написать практически всё, что можно написать и на ассемблере, причём сразу под десяток платформ и ОС, включая и выключая отдельными опциями компилятора использование различных наборов инструкций, векторизацию, оптимизацию и пр.

Но иногда использование ассемблера действительно оправдано (пример). Часто ассемблер хорошо использовать в виде вставок в код на ЯВУ (посмотрите RTL-модули Delphi, там этого добра в изобилии). Да и использование интринсиков, как правило, не имеет смысла (или даже опасно) без знания ассемблера.

Подытожим…

Итак, приведу неполный перечень того, в каких случаях используется ассемблер.

1. Создание загрузчиков, прошивок устройств (комплектующих ПК, встраиваемых систем), элементов ядра ОС.
2. Низкоуровневая работа с железом, в т.ч. с процессором, памятью.
3. Внедрение кода в процессы (injection), как с вредоносной целью, так и с целью защиты или добавления функционала. Системный софт.
4. Блоки распаковки, защиты кода и прочего функционала (с целью изменения поведения программы, добавления новых функций, взлома лицензий), встраиваемые в исполняемые файлы (см. UPX, ASProtect и пр).
5. Оптимизация кода по скорости, в т.ч. векторизация (SSE, AVX, FMA), математические вычисления, обработка мультимедиа, копирование памяти.
6. Оптимизация кода по размеру, где нужно контролировать каждый байт. Например, в демосцене.
7. Вставки в языки высокого уровня, которые не позволяют выполнять необходимую задачу, либо позволяют делать это неоптимальным образом.
8. При создании компиляторов и трансляторов исходного кода с какого-либо языка на язык ассемблера (например, многие компиляторы C/C++ позволяют выполнять такую трансляцию). При создании отладчиков, дизассемблеров.
9. Собственно, отладка, дизассемблирование, исследование программ (reverse engineering).
10. Создание файлов данных с помощью макросов и директив генерации данных.
11. Вы не поверите, но ассемблер можно использовать и для написания обычного прикладного ПО (консольного или с графическим интерфейсом – GUI), игр, драйверов и библиотек 🙂

Быть или не быть?

Так, нужно ли изучать ассемблер современному программисту? Если вы уже не новичок в программировании, и у вас серьёзные амбиции, то изучение ассемблера, внутреннего устройства операционных систем и функционирования железа (особенно процессоров, памяти), а также использование различных инструментов для дизассемблирования, отладки и анализа кода полезно тем, кто хочет писать действительно эффективные программы. Иначе будет сложно в полной мере понять, что происходит «под капотом» любимого компилятора (хотя бы в общих чертах), как оптимизировать программы на любом языке программирования и какой приём стоит предпочесть. Необязательно погружаться слишком глубоко в эту тему, если вы пишете на Python или JavaScript. А вот если ваш язык – C или C++, хорошенько изучить ассемблер будет полезно.

Вместе с тем, необходимо помнить не только о «тактике», но и о «стратегии» написания кода, поэтому не менее важно изучать и алгоритмы (правильный выбор которых зачастую более важен для создания эффективных программ, нежели низкоуровневая оптимизация), шаблоны проектирования и многие другие технологии, без которых программист не может считать себя современным.

Это будет полезно

Если вы решили изучить ассемблер и окунуться в низкоуровневое программирование, вам будет полезна следующая литература:

• Зубков С.В. Assembler для DOS, Windows и Unix. – ДМК Пресс, 2017. – 638 c., ISBN 978–5–97060–535–6.
• Руслан Аблязов. Программирование на ассемблере на платформе x86–64. – ДМК Пресс, 2016. – 302 с., ISBN 978–5–97060–364–2.
• Статьи старого WASM’а – кладезь обучающего материала на самые разные низкоуровневые темы (крайне рекомендую!)
  Новый WASM (форум по низкоуровневому программированию и сборник статей).
• Книги и статьи Криса Касперски (много).
• Официальная документация Intel (4 тома) [всё на английском, PDF].
• Официальная документация AMD (множество документов) [всё на английском, PDF].
• Архитектура и система команд микропроцессоров x86 (староватая документация на русском языке, из описания расширений есть только x87, MMX, 3DNow! и SSE(1)).
• Марк Руссинович, Дэвид Соломон, Алекс Ионеску. Внутреннее устройство Microsoft Windows. – 6-е изд., часть 1. – Питер, 2013. – 800 с., ISBN 978–5–496–00434–3, 978–5–459–01730–4 (англ.: 978–0735648739).
  Вышло 7-е издание этой части с Павлом Йосифовичем в качестве ещё одного соавтора — Питер, 2018–944 с., ISBN 978–5–4461–0663–9 (англ.: 978–3864905384).
• Марк Руссинович, Дэвид Соломон, Алекс Ионеску. Внутреннее устройство Microsoft Windows. Основные подсистемы ОС. – 6-е изд., часть 2. – Питер, 2014. – 672 с., ISBN 978–5–496–00791–7 (англ.: 978–0735665873).
  7-е издание этой части есть пока только на английском языке (ISBN 978–0135462409).
• Джеффри Рихтер. Windows для профессионалов. Создание эффективных Win32-приложений с учётом специфики 64-разрядной версии Windows. – 4-е изд. – Питер, Русская редакция, 2001. – 752 с. (есть вариант книги 2008 г. на 720 с., но она тоже 4-го издания, с переводом 2000 года… в чём разница?), 5–272–00384–5, 978–5–7502–0360–4 (англ.: 1–57231–996–8).
• Джеффри Рихтер, Кристоф Назар. Windows via C файлы ml64.exe, link.exe и прочие потроха можно взять из Visual Studio (путь к папке с нужными файлами примерно такой: C:Program Files (x86)Microsoft Visual Studio2017ProfessionalVCToolsMSVC14.12.25827binHostx64x64).
• fasm (flat assembler) – современный и удобный компилятор под DOS, Wndows, Linux с очень развитой системой макросов и полным набором инструкций Intel/AMD. Рекомендую в качестве основного!
  Там же можно скачать и fasmg (flat assembler g) – универсальный ассемблер под любую платформу (имеются include-модули для создания кода под AVR, i8051, x86/x64, генерации байт-кода JVM, аналогично можно создать свои модули).
• NASM (Netwide Assembler) – ещё один современный кроссплатформенный компилятор с хорошей макросистемой и полным набором инструкций Intel/AMD, популярен в зарубежных проектах и при программировании под Linux/BSD.
  NASMX – пакет макросов, include’ов, примеров и утилит для NASM под Windows, Linux, BSD, Xbox; включает макрос invoke, символы для работы с OpenGL и пр.
• UASM (он же HJWasm) – современный MASM-совместимый мультиплатформенный ассемблер с полным набором инструкций Intel/AMD.
• TASM 5.x (Turbo Assembler) – старый, но всё ещё популярный ассемблер, в основном используется для создания программ под DOS.
• ALINK, GoLink – компоновщики для программ под DOS и Windows.
• objconv – преобразователь форматов объектных файлов (COFF/OMF/ELF/Mach-O).
• ResEd – бесплатный редактор ресурсов.
• GoRC – компилятор ресурсов (rc → res) [в вышеупомянутом NASMX есть и GoLink, и objconv, и GoRC].
• Windows 10 Software Development Kit (SDK) – заголовочные файлы, библиотеки, инструменты (в том числе отладчик WinDbg) для разработчиков Windows.
• Windows Driver Kit (WDK) – инструменты для разработчика драйверов (документация).
• Fresh IDE – визуальная среда разработки для fasm.
• SASM – простая кроссплатформенная среда разработки для NASM, MASM, GAS, fasm с подсветкой синтаксиса и отладчиком (для NASM имеется набор макросов для упрощения работы с консолью).
• OllyDbg – популярный 32-битный отладчик (готовится 64-битная версия, но пока ещё не вышла).
• x64dbg – хороший отладчик для 32- и 64-битного кода.
• IDA Pro – мощный интерактивный дизассемблер (shareware).
• VMware Workstation Player – мощный виртуализатор, позволяющий создавать и запускать виртуальные машины (бесплатный для персонального использования).
• Oracle VirtualBox – альтернативный бесплатный виртуализатор.
• Bochs – эмулятор компьютера IBM PC.
• QEMU – эмулятор аппаратного обеспечения различных платформ (QEMU Manager).
• Intel Software Development Emulator (SDE) – эмулятор расширений (инструкций) процессоров Intel.
• DOSBox – очень популярный эмулятор компьютера для запуска программ под DOS (имеет встроенный замедлитель скорости).
• Hiew – редактор двоичных файлов со встроенным дизассемблером, просмотром и редактированием заголовков исполняемых файлов (shareware).
• PE Explorer – редактор секций, ресурсов PE, дизассемблер (shareware).
• Windows Sysinternals – набор системных утилит для Windows (работа с процессами, мониторы и прочее).
• ReactOS – бесплатная Windows-совместимая операционная система с открытым исходным кодом.
• KolibriOS – миниатюрная ОС, умещающаяся на дискету 1.44 Mb, с исходниками на fasm.

Все эти ссылки (а также множество других, которые не вошли в эту статью) вы можете найти, кликнув сюда.

Также хочу пригласить вас в наш уютный «ламповый» раздел Assembler Форума на Исходниках.Ру 😉

Кто интересуется демосценой и сайзкодингом, welcome here.

P.S. Статья отредактирована и дополнена в июле 2021 года.

Источник: medium.com

Основы ассемблера

Ты решил освоить ассемблер, но не знаешь, с чего начать и какие инструменты для этого нужны? Сейчас расскажу и покажу — на примере программы «Hello, world!». А попутно объясню, что процессор твоего компьютера делает после того, как ты запускаешь программу.

Основы ассемблера

Я буду исходить из того, что ты уже знаком с программированием — знаешь какой-нибудь из языков высокого уровня (С, PHP, Java, JavaScript и тому подобные), тебе доводилось в них работать с шестнадцатеричными числами, плюс ты умеешь пользоваться командной строкой под Windows, Linux или macOS.

Если наборы инструкций у процессоров разные, то на каком учить ассемблер лучше всего?

Знаешь, что такое 8088? Это дедушка всех компьютерных процессоров! Причем живой дедушка. Я бы даже сказал — бессмертный и бессменный. Если с твоего процессора, будь то Ryzen, Core i9 или еще какой-то, отколупать все примочки, налепленные туда под влиянием технологического прогресса, то останется старый добрый 8088.

SGX-анклавы, MMX, 512-битные SIMD-регистры и другие новшества приходят и уходят. Но дедушка 8088 остается неизменным. Подружись сначала с ним. После этого ты легко разберешься с любой примочкой своего процессора.

Больше того, когда ты начинаешь с начала — то есть сперва выучиваешь классический набор инструкций 8088 и только потом постепенно знакомишься с современными фичами, — ты в какой-то миг начинаешь видеть нестандартные способы применения этих самых фич.

Что и как процессор делает после запуска программы

После того как ты запустил софтину и ОС загрузила ее в оперативную память, процессор нацеливается на первый байт твоей программы. Вычленяет оттуда инструкцию и выполняет ее, а выполнив, переходит к следующей. И так до конца программы.

Некоторые инструкции занимают один байт памяти, другие два, три или больше. Они выглядят как-то так:

C7 06 66 55 AA 77

Вернее, даже так:

90 B0 77 B8 AA 77 C7 06 66 55 AA 77

Хотя погоди! Только машина может понять такое. Поэтому много лет назад программисты придумали более гуманный способ общения с компьютером: создали ассемблер.

Благодаря ассемблеру ты теперь вместо того, чтобы танцевать с бубном вокруг шестнадцатеричных чисел, можешь те же самые инструкции писать в мнемонике:

mov al , 0x77
mov ax , 0x77AA
mov word [ 0x5566 ] , 0x77AA

Согласись, такое читать куда легче. Хотя, с другой стороны, если ты видишь ассемблерный код впервые, такая мнемоника для тебя, скорее всего, тоже непонятна. Но мы сейчас это исправим.

Регистры процессора: зачем они нужны, как ими пользоваться

Что делает инструкция mov ? Присваивает число, которое указано справа, переменной, которая указана слева.

Переменная — это либо один из регистров процессора, либо ячейка в оперативной памяти. С регистрами процессор работает быстрее, чем с памятью, потому что регистры расположены у него внутри. Но регистров у процессора мало, так что в любом случае что-то приходится хранить в памяти.

Когда программируешь на ассемблере, ты сам решаешь, какие переменные хранить в памяти, а какие в регистрах. В языках высокого уровня эту задачу выполняет компилятор.

У процессора 8088 регистры 16-битные, их восемь штук (в скобках указаны типичные способы применения регистра):

• AX — общего назначения (аккумулятор);
• BX — общего назначения (адрес);
• CX — общего назначения (счетчик);
• DX — общего назначения (расширяет AX до 32 бит);
• SI — общего назначения (адрес источника);
• DI — общего назначения (адрес приемника);
• BP — указатель базы (обычно адресует переменные, хранимые на стеке);
• SP — указатель стека.

Несмотря на то что у каждого регистра есть типичный способ применения, ты можешь использовать их как заблагорассудится. Четыре первых регистра — AX , BX , CX и DX — при желании можно использовать не полностью, а половинками по 8 бит (старшая H и младшая L ): AH , BH , CH , DH и AL , BL , CL , DL . Например, если запишешь в AX число 0x77AA ( mov ax , 0x77AA ), то в AH попадет 0x77 , в AL — 0xAA .

С теорией пока закончили. Давай теперь подготовим рабочее место и напишем программу «Hello, world!», чтобы понять, как эта теория работает вживую.

Подготовка рабочего места

1. Скачай компилятор NASM с www.nasm.us. Обрати внимание, он работает на всех современных ОС: Windows 10, Linux, macOS. Распакуй NASM в какую-нибудь папку. Чем ближе папка к корню, тем удобней. У меня это c : nasm (я работаю в Windows). Если у тебя Linux или macOS, можешь создать папку nasm в своей домашней директории.
2. Тебе надо как-то редактировать исходный код. Ты можешь пользоваться любым текстовым редактором, который тебе по душе: Emacs, Vim, Notepad, Notepad++ — сойдет любой. Лично мне нравится редактор, встроенный в Far Manager, с плагином Colorer.
3. Чтобы в современных ОС запускать программы, написанные для 8088, и проверять, как они работают, тебе понадобится DOSBox или VirtualBox.

Написание, компиляция и запуск программы «Hello, world!»

Сейчас ты напишешь свою первую программу на ассемблере. Назови ее как хочешь (например, first . asm ) и скопируй в папку, где установлен nasm .

Если тебе непонятно, что тут написано, — не переживай. Пока просто постарайся привыкнуть к ассемблерному коду, пощупать его пальцами. Чуть ниже я все объясню. Плюс студенческая мудрость гласит: «Тебе что-то непонятно? Перечитай и перепиши несколько раз.

Сначала непонятное станет привычным, а затем привычное — понятным».

Теперь запусти командную строку, в Windows это cmd.exe. Потом зайди в папку nasm и скомпилируй программу, используя вот такую команду:

nasm — f bin first . asm — o first . com

Если ты все сделал правильно, программа должна скомпилироваться без ошибок и в командной строке не появится никаких сообщений. NASM просто создаст файл first . com и завершится.

Чтобы запустить этот файл в современной ОС, открой DOSBox и введи туда вот такие три команды:

mount c c : nasm

Само собой, вместо c : nasm тебе надо написать ту папку, куда ты скопировал компилятор. Если ты все сделал правильно, в консоли появится сообщение «Hello, world!».

Инструкции, директивы

В нашей с тобой программе есть только три вещи: инструкции, директивы и метки.

Инструкции. С инструкциями ты уже знаком (мы их разбирали чуть выше) и знаешь, что они представляют собой мнемонику, которую компилятор переводит в машинный код.

Директивы (в нашей программе их две: org и db ) — это распоряжения, которые ты даешь компилятору. Каждая отдельно взятая директива говорит компилятору, что на этапе ассемблирования нужно сделать такое-то действие. В машинный код директива не переводится, но она влияет на то, каким образом будет сгенерирован машинный код.

Директива org говорит компилятору, что все инструкции, которые последуют дальше, надо размещать не в начале сегмента кода, а отступить от начала столько-то байтов (в нашем случае 0x0100).

Директива db сообщает компилятору, что в коде нужно разместить цепочку байтов. Здесь мы перечисляем через запятую, что туда вставить. Это может быть либо строка (в кавычках), либо символ (в апострофах), либо просто число.

В нашем случае: db «Hello, world» , ‘!’ , 0 .

Обрати внимание, символ восклицательного знака я отрезал от остальной строки только для того, чтобы показать, что в директиве db можно оперировать отдельными символами. А вообще писать лучше так:

db «Hello, world!» , 0

Метки, условные и безусловные переходы

Метки используются для двух целей: задавать имена переменных, которые хранятся в памяти (такая метка в нашей программе только одна: string ), и помечать участки в коде, куда можно прыгать из других мест программы (таких меток в нашей программе три штуки — те, которые начинаются с двух символов собаки).

Что значит «прыгать из других мест программы»? В норме процессор выполняет инструкции последовательно, одну за другой. Но если тебе надо организовать ветвление (условие или цикл), ты можешь задействовать инструкцию перехода. Прыгать можно как вперед от текущей инструкции, так и назад.

У тебя в распоряжении есть одна инструкция безусловного перехода ( jmp ) и штук двадцать инструкций условного перехода.

В нашей программе задействованы две инструкции перехода: je и jmp . Первая выполняет условный переход (Jump if Equal — прыгнуть, если равно), вторая (Jump) — безусловный. С их помощью мы организовали цикл.

Обрати внимание: метки начинаются либо с буквы, либо со знака подчеркивания, либо со знака собаки. Цифры вставлять тоже можно, но только не в начало. В конце метки обязательно ставится двоеточие.

Итак, в нашей программе есть только три вещи: инструкции, директивы и метки. Но там могла бы быть и еще одна важная вещь: комментарии. С ними читать исходный код намного проще.

Как добавлять комментарии? Просто поставь точку с запятой, и все, что напишешь после нее (до конца строки), будет комментарием. Давай добавим комментарии в нашу программу.

Теперь, когда ты разобрался во всех частях программы по отдельности, попробуй вникнуть, как все части служат алгоритму, по которому работает наша программа.

1. Поместить в BX адрес строки.
2. Поместить в AL очередную букву из строки.
3. Если вместо буквы там 0, выходим из программы — переходим на 6-й шаг.
4. Выводим букву на экран.
5. Повторяем со второго шага.
6. Конец.

Обрати внимание, мы не можем использовать AX для хранения адреса, потому что нет таких инструкций, которые бы считывали память, используя AX в качестве регистра-источника.

Взаимодействие с пользователем: получение данных с клавиатуры

От программ, которые не могут взаимодействовать с пользователем, толку мало. Так что смотри, как можно считывать данные с клавиатуры. Сохрани вот этот код как second . asm .

Потом иди в командную строку и скомпилируй его в NASM:

Источник: tech-geek.ru