汇编（五）栈、CPU提供的栈机制、push、pop指令

3.6 栈

• 栈是一种具有特殊的访问方式的存储空间，他的特殊性就在于 最后一个进入这个空间的数据，是最先出去的

• 栈有两种基本的操作：入栈和出栈

  • 1. 入栈：将一个新的元素放到栈顶
    2. 出栈：从栈顶取出一个元素
  • 栈顶元素总是最后一个入栈的，需要出的时候，又会是第一个被取出的

  • 操作规则：LIFO

    • (Last in first out) 后进先出

3.7 CPU提供的栈机制

• 现今的CPU都有栈的设计， CPU提供相关的指令来以栈的方式访问内存空间

• 这就意味着，我们再CPU编程的时候，可将一段内存当做栈来使用

  push（入栈）：

  • push ax: 将寄存器ax中的数据送入栈中

  pop（出栈）：

  • pop ax：从栈顶取出数据送入ax中

  入栈和出栈的操作都是以 字 为单位进行的

• 字型数据用两个单元存放，高地址单元放高8位，低地址单元房地8位
• 

1. CPU如何知道一段内存空间被当做栈使用？

• 有两个寄存器：

  • 段寄存器：SS 存放栈顶的段地址
  • 寄存器：SP 存放栈顶的偏移地址
• 任意时刻 SS:SP指向栈顶元素

2. 执行push和pop的时候，如何知道那个单元是栈顶单元的？

• push ax
• 1. 先进行：SP = SP - 2
  2. 然后将ax中的内容送入SS:SP指向的内存单元处，SS:SP此时指向新的栈顶

• pop ax
• 1. 先将栈顶（SS:SP）数据拿出来给ax
  2. 然后：SP = SP + 2

知识点：

• 当pop之后其实栈中的数据还是存在的但是并不属于栈中内内容了、不能操作、当下一次push的时候回将其进行覆盖，并没有一个真正的删除，和硬盘格式化之后还可以恢复是一个道理，只是改变的指针的指向

• 如果将10000~1000F作为栈的空间：初始转态的栈是空的，此时：

  • ss=1000
  • sp=0010（F的高一位地址 ）
  • 栈空间大小为16个字节，栈最底部的字节单元地址为 1000:000E

  • 任意时刻 SS:SP指向栈顶，当栈中只有一个元素的时候：

    **SS=1000，SP=000E**

  • 栈为空，就相当于栈中唯一的元素被pop，出栈后，SP=SP+2，SP原来为000E，加2后SP=10
  • 所以当栈为空的时候，SS=1000，SP=10

• 换个角度说：

  1. 任意时刻，SS：SP指向栈顶元素，当栈为空时候，栈中没有元素，也就不存在栈顶元素
  2. 所以SS：SP只能指向栈的最底部单元下面的单元，该单元中的偏移地址为栈最底部的字节单元的偏移地址+2
  3. 栈最底部字单元的地址为1000：000E，所以栈为空时 SP=000E-2=0010

  4. 只有栈内有元素的时候才有栈顶，否则不存在栈顶

3. CPU如何知道当前要执行的指令所在的位置？

• 寄存器cs和ip中存放着当前执行的段地址和偏移地址

3.8 栈顶超界的问题

• SS和SP只记录了栈顶的地址，依靠SS和SP可以保证在入栈和出栈是找到栈顶
• 当栈满的时候再使用push指令入栈，栈空的时候在pop指令出栈都会发证栈顶超界的问题。 栈顶越界是危险的，因为会覆盖掉其他数据
• 因为我们既然将一段空间安排为栈，那么在栈空间之外的空间里很可能存放了一些具有其他用途的数据、代码等、这些数据、代码可能使我们自己程序中的、也有可能是别的程序中的、如果是系统关键内容就危险了
• 但是由于我们在入栈时的不小心而将这些数据、代码意外的改写、都会引发一连串的错误。我么当然希望CPU可以帮我们解决这个问题

• 可是，如何保证在入栈，出栈时，栈顶不会超出栈空间？

  • 其实CPU在执行的时候只考虑两种情况

    1. 当前栈顶在何处
    2. 当前执行的指令是那一条

  • 结论:

    • 我们再编程的时候要看自己操心栈的超界问题，要根据可能用到的最大栈空间，来安排栈的大小，防止入栈的数据太多而导致的超界了；
    • 执行出栈操作的时候也要注意，以防栈空的时候继续出栈而导致超界

3.9 push、pop指令

• push指令和pop指令是可以在寄存器和内存之间传送数据的

  栈与内存：

  • 栈空间当然也是内存空间的一部分，它是一段可以以一种特殊方式进行访问的内存空间
  • 栈只是一种数据结构的存放格式

• push和pop的指令格式（1）

  • 1. push 寄存器：将一个寄存器的数据入栈
    2. pop 寄存器： 出栈，用一个寄存器接受出栈的数据

  • 如：

    • push ax
    • pop bx

• push和pop的指令格式（2）

  • 1. push 段寄存器：将一个段寄存器的数据入栈
    2. pop 段寄存器：出栈， 用一个段寄存器接受出栈的数据

  • 如：

    • push ds
    • pop es

• push和pop的指令格式（3）

  • 1. push 内存单元：将一对内存单元的数据入栈（栈操作都是以字为单位的）
    2. pop 内存单元：出栈， 用一对内存单元接受出栈的字单元数据

  • 如：

    • push [0]
    • pop [2]

• 执行指令时，CPU要知道内存单元的地址，可以在push，pop指令中给出内存单元的偏移地址，段地址是在指令执行时，CPU从ds中自动获取的

  段寄存器都是以S结尾的，通用寄存器都是以X结尾的

  • 段地址在执行时可以从DS获得
  • 数据的段地址永远是从DS获得
  • 代码的段地址永远是从CS中获得
  • 栈的段地址永远是从SS中获得
• 

• # 设置栈的段地址，ss=1000，不能直接向段寄存器送入数据，要通过ax通用寄存器传递
  mov ax, 1000
  mov ss, ax
  # 设置栈顶的偏移地址，因为栈为空，所以sp=0010
  mov sp, 0010
  # 压入数据
  push ax
  push bx
  push ds

• 

• mov ax, 1000
  mov ss, ax
  mov sp, 0100
  mov ax=001a
  mov bx=001b
  push ax
  push bx
  sub ax, ax
  sub bx, bx
  pop bx
  pop ax

• 从上面的程序可以看到，用栈来暂存以后需要恢复的寄存器中的内存时，出栈的顺序要和入栈的顺序相反， 因为最后入栈的寄存器的内容在栈顶，所以在恢复时，是最先出栈的
• 

• mov bx, 1000
  mov ss, bx
  mov ap, 10
  mov ax, 002a
  mov bx, 002b
  push ax
  push bx
  pop ax
  pop bx

• 

• mov ax, 1000
  mov ss, ax
  mov sp, 2
  mov ax, 226
  push, ax

• Pop、和push实际上就是一种内存传送指令，可以在寄存器和内存之间传送数据，与mov指令不同的是 push和pop指令访问的内存单元的地址不是在指令中给出，而是ss:p指出的
• 我们需要是十分清楚的是，push和pop指令同mov指令不同， CPU执行mov指令只需要一步， 而执行push、pop指令却需要两步操作

• 执行push时：

  • 先改变sp，后向ss:sp压入

• 执行pop时：

  • 先读取ss:sp处的数据， 后改变sp
• push、pop指令修改的只是sp，也就是说栈顶的变化范围最大为：0~FFFF（SP寄存器的大小）

1. 在ss：sp中存放栈顶的段地址和偏移地址， 提供入栈和出栈指令， 他们根据ss：sp指示的地址， 按照栈的方式访问内存单元
2. 任意时刻。ss：sp执行栈顶元素
3. 8086CPU只记录栈顶， 栈空间的大小我们要自己管理

4. 用栈来暂存以后需要恢复的寄存器的内容， 寄存器出栈的顺序要和 入栈相反

   • 栈是一种非常重要的机制， 一定要深入理解， 灵活掌握