簡明 x86 組合語言教程 (6)：子程式與中斷機制全解析

4.1 子程式：組合語言的模組化基石

高階語言的函式擁有區域變數、參數傳遞、返回值等機制，但在組合語言中全部需自行實現。所有暫存器與記憶體預設為全域共享，若需區域變數，必須利用堆疊框架手動管理。

標準呼叫慣例

1. 呼叫者將返回位址與參數壓入堆疊
2. 被呼叫者以 EBP 為基址（EBP+8 起）存取參數
3. 執行完畢以 RET/RETF 彈出返回位址跳轉

VC++ 產生的標準函式序言/結語

myTransform:
  push ebp           ; 保存呼叫者 EBP
  mov  ebp, esp      ; 建立堆疊框架
  sub  esp, 10h      ; 配置區域變數空間
  ...
  pop  ebp           ; 恢復 EBP
  ret                ; 返回

參數存取實例

; C++: int myTransform(int nInput) { return (nInput*2+3)%7; }
mov eax, dword ptr [ebp+8]  ; 取第 1 參數 nInput
lea  eax, [eax+eax+3]       ; eax = nInput*2+3 (LEA 技巧)
cdq                         ; 擴展為 64 位元被除數
mov  ecx, 7
idiv ecx                    ; edx = 餘數
mov  eax, edx               ; 返回值放入 eax

呼叫者端程式碼

push ecx             ; 參數 i
call myTransform     ; 呼叫
add  esp, 4          ; 清理堆疊 (呼叫者清理，__cdecl)
mov  dword ptr a[edx*4], eax  ; 存返回值

進階技巧：程式碼合併減少頁面錯誤

若兩函式有共同尾部程式碼（如 for(i=0;i<n;i++) sBytes[i]<<=1;），手工合併可減少程式碼體積，降低頁面錯誤機率。但代價是可讀性與維護性大幅下降，必須在演算法已最優、功能經驗證、效能獲益顯著時才考慮。

4.2 中斷：硬體事件的非同步響應

中斷向量表 (IVT)

• 實模式位於 0000:0000，256 條目，各 4 位元組（段:位移）
• 每條目指向一個中斷服務程式 (ISR)
• 中斷號 = 向量索引

中斷分類

中斷處理流程

1. 外設發出 IRQ → PIC/APIC → CPU
2. CPU 依優先權與 IF 標誌決定是否響應
3. 響應時：推 EFLAGS、CS、EIP 到堆疊，清 IF、TF
4. 查 IVT/IDT 跳轉 ISR
5. ISR 執行結束：IRET 恢復狀態繼續原程式

可重入程式碼：中斷與多執行緒的安全基石

ISR 可能被更高優先權中斷打斷並重入，因此必須編寫可重入程式碼：

• 嚴禁使用全域/靜態變數（包括 C++ 成員變數）
• 僅使用暫存器、堆疊區域變數、TLS (Thread Local Storage)
• 若必須存取共享資料：CLI/STI 關閉/開啟中斷（時間極短）或使用自旋鎖

C 語言範例

// 可重入：僅用參數與區域變數
void strcpy(char* dest, const char* src) {
    while(*dest++ = *src++);
}

// 非可重入：使用全域變數
char cTemp;
void SwapChar(char* x, char* y) {
    cTemp = *x; *x = *y; *y = cTemp;  // 多執行緒/中斷下會競爭
}

// 非可重入：使用靜態區域變數
void SwapChar2(char* x, char* y) {
    static char cTemp;  // 同屬全域儲存區
    cTemp = *x; *x = *y; *y = cTemp;
}

組合語言撰寫可重入 ISR 要點

• 避免使用標號作為變數地址（改用堆疊相對定址）
• 盡量使用暫存器傳遞參數（如 INT 21h 用 AH 指定功能號）
• 儘速完成，避免長時間關閉中斷影響系統即時性

實模式常用軟體中斷速查

小結

子程式與中斷是組合語言程式設計的核心機制。掌握堆疊框架慣例、參數傳遞規約、可重入原則，即可編寫結構清晰、安全可靠的底層程式。進階主題（保護模式 IDT、工作狀態段 TSS、中斷閘/陷阱閘/任務閘）將於高階篇深入探討。

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