# 实验四：循环程序设计

## 一、实验目的

1. 掌握循环程序的基本结构和设计方法
2. 理解LOOP指令的工作原理和使用方法
3. 掌握多重循环程序的设计技术
4. 理解循环计数器的作用和设置方法

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## 二、基础性实验

### 实验4_1 循环结构一：求累加和

#### 实验目的
掌握利用LOOP指令实现循环程序的设计方法。

#### 实验内容
利用循环程序求1+2+3+...+10的和。

#### 程序代码
```asm
DATAS SEGMENT
    LIST DB 01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09H,0AH
    COUNT EQU 10
    RESULT DB ?
DATAS ENDS

CODES SEGMENT
    ASSUME CS:CODES, DS:DATAS
START:
    MOV AX, DATAS
    MOV DS, AX

    LEA SI, LIST          ; SI指向数据表首地址
    MOV CX, COUNT         ; 设置循环计数初值
    XOR BL, BL             ; BL清0，累加和初值为0
    XOR BH, BH             ; BH清0

L1:
    MOV AL, [SI]           ; 取出数据
    ADD BL, AL             ; 累加到BL
    INC SI                 ; SI指向下一个数据
    LOOP L1                ; CX!=0，继续循环

    MOV RESULT, BL         ; 保存结果

    MOV AH, 4CH
    INT 21H
CODES ENDS
END START
```

#### 程序分析
1. **数据段定义**：
   - `LIST DB 01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09H,0AH` 定义了一个数据表，包含10个数据：01H,02H,...,0AH（即1,2,...,10）
   - `COUNT EQU 10` 定义了数据个数为10
   - `RESULT DB ?` 用于存储累加结果

2. **循环结构**：
   - 使用SI作为指针（变址寄存器），通过 `LEA SI, LIST` 初始化为数据表首地址
   - 使用CX作为循环计数器，初值为10
   - 使用BL寄存器存储累加和，初值为0

3. **指令说明**：
   - `MOV AL, [SI]`：从内存读取数据到AL
   - `ADD BL, AL`：将AL中的数据累加到BL
   - `INC SI`：SI指向下一个数据
   - `LOOP L1`：CX自动减1，如果CX≠0则跳转到L1继续循环

4. **累加结果**：
   - 1+2+3+...+10 = 55 = 37H
   - 结果存储在BL中，即RESULT单元

#### 验证结果
运行程序后，RESULT中保存累加和37H（55）。

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## 三、加强性实验

### 实验4_2 循环结构二：多重循环求累加和

#### 实验目的
掌握多重循环程序的设计方法，理解内嵌循环的汇编实现。

#### 实验内容
利用二重循环求累加和，体会外层循环和内层循环的配合。

#### 程序代码
```asm
DATAS SEGMENT
    LIST DB 01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09H,0AH
    COUNT EQU 10
    RESULT DB ?
DATAS ENDS

CODES SEGMENT
    ASSUME CS:CODES, DS:DATAS
START:
    MOV AX, DATAS
    MOV DS, AX

    LEA SI, LIST          ; SI指向数据表首地址
    MOV CX, COUNT         ; 外层循环计数
    XOR BL, BL             ; BL清0，累加和初值为0

L1:
    PUSH CX               ; 保存外层循环计数
    MOV CX, COUNT         ; 内层循环计数
    XOR BH, BH            ; BH清0

L2:
    MOV AL, [SI]          ; 取出数据
    ADD BH, AL            ; 内层累加到BH
    INC SI                ; SI指向下一个数据
    LOOP L2               ; 内层循环

    POP CX                ; 恢复外层循环计数
    ADD BL, BH            ; 外层累加
    LOOP L1               ; 外层循环

    MOV RESULT, BL        ; 保存结果

    MOV AH, 4CH
    INT 21H
CODES ENDS
END START
```

#### 程序分析
1. **二重循环结构**：
   - **外层循环（L1）**：控制内层循环的执行次数
   - **内层循环（L2）**：完成每次内层循环的累加操作

2. **寄存器保护**：
   - `PUSH CX`：在进入内层循环前保存外层循环计数器的值
   - `POP CX`：在内层循环结束后恢复外层循环计数器的值
   - 这是多重循环中保护外层计数器的重要技巧

3. **执行流程**：
   - 外层循环第1次：内层循环累加10个数到BH，然后BL+=BH
   - 外层循环第2次：内层循环再次累加10个数到BH，然后BL+=BH
   - 重复上述过程，直到外层循环结束

4. **累加原理**：
   - 内层循环将10个数据累加到BH
   - 外层循环将每次内层循环的BH结果累加到BL
   - 最终结果仍然是所有数据的总和（55=37H）

5. **注意问题**：
   - 8位寄存器（BL、BH）最大只能存储255，累加和不应超过这个范围
   - 本例中10个数的累加和为55，小于255，结果正确

#### 验证结果
运行程序后，RESULT中保存最终的累加和37H（55），与实验4_1结果相同。

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## 四、实验步骤

### 4.1 单重循环程序实验步骤

1. **编辑源程序**：在编辑器中输入实验4_1的源代码，保存为 `实验4_1_循环结构一.asm`

2. **汇编连接**：
   ```
   MASM 实验4_1_循环结构一.asm;
   LINK 实验4_1_循环结构一.obj;
   ```

3. **运行程序**：
   ```
   实验4_1_循环结构一.exe
   ```

4. **调试观察**：
   - 在DEBUG中加载程序：`DEBUG 实验4_1_循环结构一.exe`
   - 使用 `T` 命令单步执行，观察CX的变化
   - 使用 `R` 命令查看寄存器状态
   - 使用 `D` 命令查看RESULT单元的内容

### 4.2 多重循环程序实验步骤

1. **编辑源程序**：在编辑器中输入实验4_2的源代码，保存为 `实验4_2_循环结构二.asm`

2. **汇编连接**：
   ```
   MASM 实验4_2_循环结构二.asm;
   LINK 实验4_2_循环结构二.obj;
   ```

3. **运行程序**：
   ```
   实验4_2_循环结构二.exe
   ```

4. **调试观察**：
   - 在DEBUG中观察PUSH/POP对栈的影响
   - 跟踪内层循环L2和外层循环L1的执行
   - 验证BH和BL的变化过程

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## 五、思考题

### 5.1 LOOP指令的工作原理是什么？

LOOP指令是8086汇编语言中实现循环的基本指令，它完成以下操作：
1. 将CX寄存器减1
2. 如果CX≠0，则跳转到指定的标号处继续执行
3. 如果CX=0，则继续执行下一条指令（循环结束）

LOOP指令相当于以下两条指令的组合：
```
DEC CX
JNZ label
```

### 5.2 循环程序设计中需要注意哪些问题？

1. **循环计数器的初始化**：在循环开始前必须给CX设置正确的初值

2. **循环条件的设置**：确保循环能够正确终止，避免死循环

3. **寄存器的保护**：在多重循环中，需要保护外层循环的计数器，使用PUSH/POP指令

4. **数据指针的更新**：如果使用指针访问数据，必须正确更新指针（如INC SI）

5. **寄存器的选择**：根据数据范围选择合适的寄存器宽度，避免溢出

### 5.3 多重循环中为什么要保护外层循环计数器？

在多重循环中，内层循环也会使用CX作为计数器。如果不保护外层循环的CX值，当内层循环结束时，CX会被内层循环修改为0，导致外层循环无法正确继续。

通过PUSH指令在进入内层循环前保存CX的值，内层循环结束后用POP指令恢复，这样外层循环就能继续正确执行。

### 5.4 单重循环和多重循环有何区别？

1. **结构复杂度**：
   - 单重循环：只有一层循环结构
   - 多重循环：有多层循环嵌套，外层循环包含内层循环

2. **计数器使用**：
   - 单重循环：CX在整个循环过程中只需要一个值
   - 多重循环：需要保护外层循环计数器，内层循环可以复用CX

3. **应用场景**：
   - 单重循环：处理简单的重复操作，如累加一个数组
   - 多重循环：处理矩阵运算、多维数组遍历等复杂问题

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## 六、实验总结

1. **循环程序的基本结构**：初始化循环计数器 → 循环体 → 更新循环条件 → LOOP指令跳转

2. **LOOP指令的理解**：LOOP指令自动完成CX减1和条件判断跳转，是实现循环的关键指令

3. **单重循环的应用**：适用于处理线性结构的数据，如数组求和、数据查找等

4. **多重循环的设计要点**：
   - 外层循环控制执行次数
   - 内层循环完成具体操作
   - 使用PUSH/POP保护外层计数器
   - 注意内外层循环的配合

5. **循环程序调试技巧**：
   - 观察CX的变化，确认循环次数正确
   - 检查指针更新，确保数据访问正确
   - 注意寄存器的值，避免溢出

6. **循环程序设计的优势**：使用循环结构可以大大减少重复代码，提高程序的可读性和效率