C语言教学程序调试之汇编指令分析.docx

?

?

C语言教学程序调试之汇编指令分析

?

?

摘要：为了提升大学生对C语言语法原理的理解，通过对比C语言语句与汇编指令，提出了一种在程序调试时使用汇编指令去理解分析C语言语法原理的方案。首先对C语言可执行程序的运行原理进行了介绍，然后介绍了JFEandGCC软件的调试功能，再然后区分了ATT与Intel汇编指令的不同之处，最后就一个程序调试的实例进行了汇编指令分析。实验关于赋值语句的机器指令分析，验证了C语言在编译时确定局部变量的地址空间，实验体现了汇编指令分析有效、实用。

关键词：C语言;可执行程序;JFEandGCC;汇编指令;程序调试

：TP312：A

：1009-3044（2020）29-0147-03

《程序设计语言（C）》（或称为《大学计算机A（2）》）是大中专院校大学一年级理工科学生的公共基礎必修课，该课程教学内容知识点繁多、逻辑思维抽象，对于刚进人大学的新生而言，存在一定的难度;教学时间一般为72课时，分18周进行，理论课时36个或40个，实践课时36个或32个。巨同升认为，讲授该门课程时纯粹以语法为导向，耗费了大量时间和精力，教学效果却不理想[1]。马金霞提倡翻转课堂教学法，其中提到“让学生来当老师，让学生主宰课堂”[2]，认为这样能够充分调动学生学习的主动性和积极性。当前的C语言程序设计教学存在“以语法为导向”与“以教学手段为导向”这两个主要的方向。本文针对C语言的内涵，挖掘C语言与汇编指令的关联，提出一种在程序调试时使用汇编指令去理解分析C语言语法原理的教学方法。C语言是一种贴近人类自然语言的高级编程语言，C语言编写的源代码在经过编译软件预处理和汇编后，将被转化为汇编指令源代码，分析此汇编源代码，可以更好地理解C语言的语句代码如何展开执行。

1C语言可执行程序的运行原理

C语言编写的可执行文件这样执行：首先，由C标准库函数（C运行时库）执行“启动代码”;紧接着，载人由程序员所编写代码转化而来的指令序列;然后，指令序列进入maln函数，这个mam函数是一个主控函数，它将按顺序执行指令序列，并且根据mam函数体的具体内容调用其他函数，这些其他函数既有程序员自己编写的函数也有C语言标准库函数;再接着，mam函数将控制权移交给C语言标准库函数，再执行标准库函数中的“关闭代码”;关闭代码执行完毕后，它将控制权移交给操作系统[3】。

2一个小巧易用的C编译软件JFEandGCC

JensFileEditor（JFE），是新西兰梅西大学（MasseyUniver-sity）Albany校区科学（Science）院计算机科学（ComputerSci-ence）系开发的一款软件，旨在为GCCC/C++编译器提供集成的开发环境。JFE是免费软件，随附的GCC和GDB是开源软件（OpenSourceSoftware），编辑器采用g++2.95版本，适用于Win-dows系列操作系统（OperatingSystem）下。使用JFEandGCC软件编写C语言源代码，不需要新建工程，只需要在保存时选择一个文件夹把文件保存为*.c文件（*为通配符，表示1到多个字符）。编写好代码，编译通过之后，点击Run命令，Debug执行开始。前进执行一条C语言语句，点击工具栏的Step命令;前进执行一条汇编语句，点击工具栏的StepAsmInst命令。两个命令结合起来，再打开寄存器窗口和内存窗口，并且在内存窗口左上角的右侧带滚动条的Address文本框中输入相应地址或者点击滚动按钮，可以很方便地观察内存地址中所储存数值的变化。

3ATT与Intel汇编指令不同之处

当前，标准C语言运行在32位的保护模式下，分析汇编代码时主要用到的CPU（CentralProcessingUnit中央处理器）寄存器分别为：4个数据寄存器（EAX、EBX、ECX和EDX），2个变址索引寄存器（ESI和EDI），2个指针寄存器（ESP和EBP），1个指令指针寄存器（EIP），1个标志寄存器（EFlags）。JFEandGCC软件使用ATTLinux操作系统汇编指令格式，与Intel汇编指令格式大同小异，都是基于X86架构。它们之间的不同表现在：CI）ATT和Intel格式中的源操作数和目标操作数的位置正好相反，在Intel汇编格式中，目标操作数在源操作数的左边，比如movebp，esp而在ATT汇编格式中，目标操作数在源操作数的右边，比如mov%esp，%ebp。（2）在ATT汇编格式中，寄存器名要加上‘%作为前缀，比如push%ebp;而在Intel汇编格式中，寄存器名不需要加前缀，比如pushebp。（3）在ATT汇编格式中，用‘$前缀表示一个立即操作数，比如mov$0x0，%ea