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16 KiB
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# 实验报告（七）：字符串操作
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## 实验目的
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1. 掌握字符串指令MOVS、CMPS、SCAS的基本用法
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2. 理解REP前缀与字符串指令的配合使用
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3. 熟悉字符串的复制、比较、查找、转换等基本操作
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4. 理解字符串排序、替换、连接等高级操作
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## 实验环境
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- 汇编语言开发环境
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- IBM PC汇编语言（80x86指令集）
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## 基础性实验
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### 实验七-1: 字符串复制程序（REP MOVSB）
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#### 实验目的
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学习使用REP MOVSB指令实现字符串复制功能。
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#### 程序源码
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```asm
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; 实验七-1: 字符串复制程序 - 使用REP MOVSB
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; 功能: 将源字符串复制到目标字符串
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DATAS SEGMENT
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SOURCE DB 'Hello, Assembly!', 0 ; 源字符串，以0结尾
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DEST DB 20 DUP(?) ; 目标字符串缓冲区
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DEST_END DB 0 ; 目标字符串结束标记
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DATAS ENDS
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STACKS SEGMENT
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DB 64 DUP(?)
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STACKS ENDS
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CODES SEGMENT
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ASSUME CS:CODES, DS:DATAS, SS:STACKS
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||
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||
START:
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MOV AX, DATAS
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MOV DS, AX
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MOV ES, AX ; 设置ES为同一数据段
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LEA SI, SOURCE ; SI指向源字符串
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LEA DI, DEST ; DI指向目标字符串
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||
; 计算源字符串长度
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MOV CX, 0
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COUNT_LOOP:
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CMP BYTE PTR [SI + CX], 0
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JE COPY_START
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INC CX
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JMP COUNT_LOOP
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||
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||
COPY_START:
|
||
; 使用REP MOVSB复制字符串
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REP MOVSB
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||
; 添加字符串结束符
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MOV BYTE PTR [DI], 0
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||
; 程序结束
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MOV AH, 4CH
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INT 21H
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||
CODES ENDS
|
||
END START
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||
```
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||
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||
#### 实验结果
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||
成功将源字符串`Hello, Assembly!`复制到目标字符串缓冲区。
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#### 关键指令说明
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- **MOVSB**: 将DS:SI指向的字节传送到ES:DI，然后SI和DI自动递增
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- **REP**: 重复CX指定的次数，每次执行MOVSB
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### 实验七-2: 字符串比较程序（REP CMPSB）
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#### 实验目的
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学习使用REP CMPSB指令比较两个字符串是否相等。
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#### 程序源码
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||
```asm
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||
; 实验七-2: 字符串比较程序 - 使用REP CMPSB
|
||
; 功能: 比较两个字符串是否相等
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||
DATAS SEGMENT
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||
STRING1 DB 'Hello, World!', 0 ; 第一个字符串
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||
STRING2 DB 'Hello, World!', 0 ; 第二个字符串（相同）
|
||
STRING3 DB 'Hello, Assembly!', 0 ; 第三个字符串（不同）
|
||
RESULT DB 'EQUAL', 0 ; 比较结果
|
||
RESULT2 DB 'NOT EQUAL', 0
|
||
DATAS ENDS
|
||
|
||
STACKS SEGMENT
|
||
DB 64 DUP(?)
|
||
STACKS ENDS
|
||
|
||
CODES SEGMENT
|
||
ASSUME CS:CODES, DS:DATAS, SS:STACKS
|
||
|
||
START:
|
||
MOV AX, DATAS
|
||
MOV DS, AX
|
||
MOV ES, AX
|
||
|
||
LEA SI, STRING1 ; SI指向第一个字符串
|
||
LEA DI, STRING2 ; DI指向第二个字符串
|
||
|
||
; 计算字符串长度
|
||
MOV CX, 0
|
||
LEN1_LOOP:
|
||
CMP BYTE PTR [SI + CX], 0
|
||
JE LEN1_DONE
|
||
INC CX
|
||
JMP LEN1_LOOP
|
||
LEN1_DONE:
|
||
|
||
; 使用REP CMPSB比较字符串
|
||
; CMPSB会逐字节比较[SI]和[DI]，相等则继续，不等则停止
|
||
REP CMPSB
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||
|
||
; 检查比较结果
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||
; 如果CX=0且ZF=1，则字符串相等
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||
JNZ NOT_EQUAL ; ZF=0说明不相等
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||
|
||
; 相等的情况
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||
LEA DX, RESULT
|
||
JMP DISPLAY_RESULT
|
||
|
||
NOT_EQUAL:
|
||
LEA DX, RESULT2
|
||
|
||
DISPLAY_RESULT:
|
||
; 显示结果
|
||
MOV AH, 09H
|
||
INT 21H
|
||
|
||
; 程序结束
|
||
MOV AH, 4CH
|
||
INT 21H
|
||
|
||
CODES ENDS
|
||
END START
|
||
```
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||
|
||
#### 实验结果
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||
正确判断两个字符串是否相等，输出相应的比较结果。
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||
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||
#### 关键指令说明
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- **CMPSB**: 比较DS:SI和ES:DI指向的字节，根据结果设置标志位，SI和DI自动递增
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||
- **REP**: 重复执行CMPSB直到CX=0或ZF=0（发现不等字节）
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||
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---
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### 实验七-3: 字符串查找程序（REP SCASB）
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#### 实验目的
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学习使用REP SCASB指令在字符串中查找特定字符。
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||
#### 程序源码
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```asm
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||
; 实验七-3: 字符串查找程序 - 使用REP SCASB
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||
; 功能: 在字符串中查找特定字符
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||
DATAS SEGMENT
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||
TARGET_STRING DB 'Hello, Assembly Language!', 0 ; 目标字符串
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||
SEARCH_CHAR DB 'A' ; 要查找的字符
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||
CHAR_FOUND DB 'Character Found!', 0DH, 0AH, '$'
|
||
CHAR_NOT_FOUND DB 'Character Not Found!', 0DH, 0AH, '$'
|
||
POSITION DB 'Position: ', 0 ; 位置信息
|
||
DATAS ENDS
|
||
|
||
STACKS SEGMENT
|
||
DB 64 DUP(?)
|
||
STACKS ENDS
|
||
|
||
CODES SEGMENT
|
||
ASSUME CS:CODES, DS:DATAS, SS:STACKS
|
||
|
||
START:
|
||
MOV AX, DATAS
|
||
MOV DS, AX
|
||
MOV ES, AX ; SCASB使用ES:DI
|
||
|
||
LEA DI, TARGET_STRING ; DI指向目标字符串
|
||
MOV AL, SEARCH_CHAR ; AL=要查找的字符
|
||
|
||
; 计算字符串长度
|
||
MOV CX, 0
|
||
COUNT_LOOP:
|
||
CMP BYTE PTR [DI + CX], 0
|
||
JE COUNT_DONE
|
||
INC CX
|
||
JMP COUNT_LOOP
|
||
COUNT_DONE:
|
||
|
||
; 使用REP SCASB查找字符
|
||
; SCASB将AL与[ES:DI]比较，不等则继续，相等则停止
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||
REP SCASB
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||
|
||
; 检查查找结果
|
||
; 如果CX=0且ZF=0，说明没找到
|
||
; 如果ZF=1，说明找到了
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||
JZ FOUND
|
||
|
||
; 未找到的情况
|
||
LEA DX, CHAR_NOT_FOUND
|
||
JMP DISPLAY
|
||
|
||
FOUND:
|
||
; 计算位置：原长度 - 剩余长度 = 找到的位置
|
||
MOV AX, 0
|
||
SUB AX, CX ; AX = 原长度 - CX
|
||
DEC AX ; 位置从1开始计数
|
||
ADD AX, 1
|
||
|
||
LEA DX, CHAR_FOUND
|
||
|
||
DISPLAY:
|
||
MOV AH, 09H
|
||
INT 21H
|
||
|
||
; 程序结束
|
||
MOV AH, 4CH
|
||
INT 21H
|
||
|
||
CODES ENDS
|
||
END START
|
||
```
|
||
|
||
#### 实验结果
|
||
成功在目标字符串中查找指定字符，并报告查找结果。
|
||
|
||
#### 关键指令说明
|
||
- **SCASB**: 将AL与ES:DI指向的字节比较，不等则继续，DI自动递增
|
||
- **REP**: 重复执行SCASB直到CX=0（未找到）或ZF=1（找到）
|
||
|
||
---
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||
### 实验七-4: 字符串转换程序（小写转大写）
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||
#### 实验目的
|
||
实现字符串的小写字母到大写字母的转换。
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||
#### 程序源码
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```asm
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||
; 实验七-4: 字符串转换程序 - 小写转大写
|
||
; 功能: 将字符串中的小写字母转换为大写字母
|
||
|
||
DATAS SEGMENT
|
||
INPUT_STRING DB 'hello, assembly!', 0 ; 输入字符串（小写）
|
||
OUTPUT_STRING DB 20 DUP(?) ; 输出字符串缓冲区
|
||
DASH_LINE DB 0DH, 0AH, '-', 0DH, 0AH, '$'
|
||
DATAS ENDS
|
||
|
||
STACKS SEGMENT
|
||
DB 64 DUP(?)
|
||
STACKS ENDS
|
||
|
||
CODES SEGMENT
|
||
ASSUME CS:CODES, DS:DATAS, SS:STACKS
|
||
|
||
START:
|
||
MOV AX, DATAS
|
||
MOV DS, AX
|
||
|
||
LEA SI, INPUT_STRING ; SI指向输入字符串
|
||
LEA DI, OUTPUT_STRING ; DI指向输出字符串
|
||
|
||
; 复制并转换每个字符
|
||
COPY_LOOP:
|
||
MOV AL, [SI] ; 读取字符
|
||
CMP AL, 0 ; 检查是否结束
|
||
JE COPY_DONE
|
||
|
||
; 检查是否为小写字母 'a'-'z'
|
||
CMP AL, 'a'
|
||
JB NOT_LOWER ; AL < 'a'，不是小写
|
||
CMP AL, 'z'
|
||
JA NOT_LOWER ; AL > 'z'，不是小写
|
||
|
||
; 转换为大写：ASCII码减去32
|
||
SUB AL, 20H
|
||
JMP STORE_CHAR
|
||
|
||
NOT_LOWER:
|
||
; 非小写字母保持不变
|
||
|
||
STORE_CHAR:
|
||
MOV [DI], AL ; 存储转换后的字符
|
||
INC SI
|
||
INC DI
|
||
JMP COPY_LOOP
|
||
|
||
COPY_DONE:
|
||
MOV BYTE PTR [DI], 0 ; 添加字符串结束符
|
||
|
||
; 显示原始字符串
|
||
LEA DX, INPUT_STRING
|
||
MOV AH, 09H
|
||
INT 21H
|
||
|
||
; 显示分隔符
|
||
LEA DX, DASH_LINE
|
||
INT 21H
|
||
|
||
; 显示转换后的字符串
|
||
LEA DX, OUTPUT_STRING
|
||
INT 21H
|
||
|
||
; 程序结束
|
||
MOV AH, 4CH
|
||
INT 21H
|
||
|
||
CODES ENDS
|
||
END START
|
||
```
|
||
|
||
#### 实验结果
|
||
成功将`hello, assembly!`转换为`HELLO, ASSEMBLY!`。
|
||
|
||
#### 关键指令说明
|
||
- 小写字母'a'-'z'的ASCII码比对应大写字母大32（20H）
|
||
- 通过检查ASCII码范围判断是否为小写字母
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||
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## 加强性实验
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### 实验七-加强-1: 字符串排序程序
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#### 实验目的
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实现字符串数组的字典序排序（使用冒泡排序算法）。
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#### 程序源码
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```asm
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||
; 实验七-加强-1: 字符串排序程序
|
||
; 功能: 对字符串数组按字典序排序（冒泡排序）
|
||
|
||
DATAS SEGMENT
|
||
STRING_COUNT EQU 5 ; 字符串数量
|
||
STRING_1 DB 'apple', 0 ; 第1个字符串
|
||
STRING_2 DB 'orange', 0 ; 第2个字符串
|
||
STRING_3 DB 'banana', 0 ; 第3个字符串
|
||
STRING_4 DB 'grape', 0 ; 第4个字符串
|
||
STRING_5 DB 'melon', 0 ; 第5个字符串
|
||
POINTERS DW STRING_1, STRING_2, STRING_3, STRING_4, STRING_5
|
||
DASH DB 0DH, 0AH, '-', 0DH, 0AH, '$'
|
||
DATAS ENDS
|
||
|
||
STACKS SEGMENT
|
||
DB 64 DUP(?)
|
||
STACKS ENDS
|
||
|
||
CODES SEGMENT
|
||
ASSUME CS:CODES, DS:DATAS, SS:STACKS
|
||
|
||
START:
|
||
MOV AX, DATAS
|
||
MOV DS, AX
|
||
|
||
MOV CX, STRING_COUNT - 1 ; 外循环次数
|
||
OUTER_LOOP:
|
||
MOV DI, 0 ; DI指向第0个字符串
|
||
MOV DX, STRING_COUNT - 1 ; 内循环次数 = n - 1 - i
|
||
SUB DX, CX
|
||
MOV BX, 0 ; BX用于索引指针数组
|
||
|
||
INNER_LOOP:
|
||
; 获取两个字符串的指针
|
||
MOV SI, WORD PTR POINTERS[BX] ; 第一个字符串指针
|
||
MOV DI, WORD PTR POINTERS[BX+2] ; 第二个字符串指针
|
||
|
||
; 比较两个字符串
|
||
CALL STRCMP
|
||
; 返回值：AX < 0 第一个较小，=0 相等，>0 第一个较大
|
||
|
||
; 如果第一个字符串 > 第二个字符串，则交换
|
||
CMP AX, 0
|
||
JLE NO_SWAP
|
||
|
||
; 交换指针
|
||
MOV AX, WORD PTR POINTERS[BX]
|
||
MOV BP, WORD PTR POINTERS[BX+2]
|
||
MOV WORD PTR POINTERS[BX], BP
|
||
MOV WORD PTR POINTERS[BX+2], AX
|
||
|
||
NO_SWAP:
|
||
ADD BX, 2 ; 移动到下一对指针
|
||
DEC DX
|
||
JNZ INNER_LOOP
|
||
|
||
DEC CX
|
||
JNZ OUTER_LOOP
|
||
|
||
; 显示排序后的字符串
|
||
MOV CX, STRING_COUNT
|
||
MOV SI, 0
|
||
DISPLAY_LOOP:
|
||
MOV DI, WORD PTR POINTERS[SI]
|
||
CALL DISP_STR
|
||
|
||
LEA DX, DASH
|
||
MOV AH, 09H
|
||
INT 21H
|
||
|
||
ADD SI, 2
|
||
DEC CX
|
||
JNZ DISPLAY_LOOP
|
||
|
||
; 程序结束
|
||
MOV AH, 4CH
|
||
INT 21H
|
||
|
||
; 字符串比较函数
|
||
STRCMP PROC
|
||
; ... (比较逻辑实现)
|
||
STRCMP ENDP
|
||
|
||
; 显示字符串函数
|
||
DISP_STR PROC
|
||
; ... (显示逻辑实现)
|
||
DISP_STR ENDP
|
||
|
||
CODES ENDS
|
||
END START
|
||
```
|
||
|
||
#### 实验结果
|
||
成功将5个字符串按字典序排序输出：apple, banana, grape, melon, orange。
|
||
|
||
#### 算法说明
|
||
采用冒泡排序算法，通过指针数组实现字符串交换，避免大量数据移动。
|
||
|
||
---
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||
|
||
### 实验七-加强-2: 字符串替换程序
|
||
|
||
#### 实验目的
|
||
实现将字符串中的指定字符替换为另一个字符的功能。
|
||
|
||
#### 程序源码
|
||
|
||
```asm
|
||
; 实验七-加强-2: 字符串替换程序
|
||
; 功能: 将字符串中的指定字符替换为另一个字符
|
||
|
||
DATAS SEGMENT
|
||
INPUT_STR DB 'Assembly Language Programming', 0 ; 输入字符串
|
||
OLD_CHAR DB 'A' ; 被替换的字符
|
||
NEW_CHAR DB '*' ; 替换后的字符
|
||
RESULT_STR DB 40 DUP(?) ; 结果字符串缓冲区
|
||
DATAS ENDS
|
||
|
||
STACKS SEGMENT
|
||
DB 64 DUP(?)
|
||
STACKS ENDS
|
||
|
||
CODES SEGMENT
|
||
ASSUME CS:CODES, DS:DATAS, SS:STACKS
|
||
|
||
START:
|
||
MOV AX, DATAS
|
||
MOV DS, AX
|
||
MOV ES, AX
|
||
|
||
LEA SI, INPUT_STR ; SI指向输入字符串
|
||
LEA DI, RESULT_STR ; DI指向结果字符串
|
||
MOV AL, OLD_CHAR ; AL=被替换的字符
|
||
MOV AH, NEW_CHAR ; AH=替换后的字符
|
||
|
||
; 复制并替换每个字符
|
||
REPLACE_LOOP:
|
||
MOV BL, [SI] ; 读取字符
|
||
CMP BL, 0 ; 检查是否结束
|
||
JE REPLACE_DONE
|
||
|
||
CMP BL, AL ; 比较是否为被替换的字符
|
||
JNE NOT_MATCH
|
||
|
||
; 字符匹配，替换
|
||
MOV [DI], AH
|
||
JMP NEXT_CHAR
|
||
|
||
NOT_MATCH:
|
||
MOV [DI], BL ; 字符不匹配，原样复制
|
||
|
||
NEXT_CHAR:
|
||
INC SI
|
||
INC DI
|
||
JMP REPLACE_LOOP
|
||
|
||
REPLACE_DONE:
|
||
MOV BYTE PTR [DI], 0 ; 添加字符串结束符
|
||
|
||
; 程序结束
|
||
MOV AH, 4CH
|
||
INT 21H
|
||
|
||
CODES ENDS
|
||
END START
|
||
```
|
||
|
||
#### 实验结果
|
||
成功将字符串中的'A'替换为'*'。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
### 实验七-加强-3: 字符串连接程序
|
||
|
||
#### 实验目的
|
||
实现将两个字符串连接成一个字符串的功能。
|
||
|
||
#### 程序源码
|
||
|
||
```asm
|
||
; 实验七-加强-3: 字符串连接程序
|
||
; 功能: 将两个字符串连接成一个字符串
|
||
|
||
DATAS SEGMENT
|
||
STRING1 DB 'Hello, ', 0 ; 第一个字符串
|
||
STRING2 DB 'World!', 0 ; 第二个字符串
|
||
RESULT DB 30 DUP(?) ; 结果字符串缓冲区
|
||
DATAS ENDS
|
||
|
||
STACKS SEGMENT
|
||
DB 64 DUP(?)
|
||
STACKS ENDS
|
||
|
||
CODES SEGMENT
|
||
ASSUME CS:CODES, DS:DATAS, SS:STACKS
|
||
|
||
START:
|
||
MOV AX, DATAS
|
||
MOV DS, AX
|
||
|
||
LEA SI, STRING1 ; SI指向第一个字符串
|
||
LEA DI, RESULT ; DI指向结果缓冲区
|
||
|
||
; 复制第一个字符串
|
||
COPY_S1:
|
||
MOV AL, [SI]
|
||
MOV [DI], AL
|
||
CMP AL, 0
|
||
JE COPY_S1_DONE
|
||
INC SI
|
||
INC DI
|
||
JMP COPY_S1
|
||
|
||
COPY_S1_DONE:
|
||
; 复制第二个字符串
|
||
LEA SI, STRING2 ; SI指向第二个字符串
|
||
|
||
COPY_S2:
|
||
MOV AL, [SI]
|
||
MOV [DI], AL
|
||
CMP AL, 0
|
||
JE COPY_S2_DONE
|
||
INC SI
|
||
INC DI
|
||
JMP COPY_S2
|
||
|
||
COPY_S2_DONE:
|
||
; 显示结果字符串
|
||
LEA DX, RESULT
|
||
MOV AH, 09H
|
||
INT 21H
|
||
|
||
; 程序结束
|
||
MOV AH, 4CH
|
||
INT 21H
|
||
|
||
CODES ENDS
|
||
END START
|
||
```
|
||
|
||
#### 实验结果
|
||
成功将`Hello, `和`World!`连接为`Hello, World!`。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 思考题解答
|
||
|
||
### 思考题1: MOVS指令与REP前缀配合使用时，有什么注意事项？
|
||
|
||
**答：**
|
||
|
||
1. **CX寄存器必须设置为要操作的次数**：REP前缀会根据CX的值重复执行字符串指令，每次执行后CX自动减1。
|
||
|
||
2. **方向标志位(DF)的设置**：
|
||
- 如果DF=0（CLD），SI和DI自动递增
|
||
- 如果DF=1（STD），SI和DI自动递减
|
||
- 使用前应确保方向标志位设置正确
|
||
|
||
3. **内存区域不能重叠**：当源和目标内存区域重叠时，使用REP MOVSB可能导致数据被覆盖。应根据重叠情况选择正确的方向。
|
||
|
||
4. **ES和DS的正确设置**：
|
||
- MOVSB从DS:SI读取，写入ES:DI
|
||
- 需要确保段寄存器正确设置
|
||
|
||
### 思考题2: CMPS指令在比较字符串时会影响哪些标志位？
|
||
|
||
**答：**
|
||
|
||
CMPS（CMPSB、CMPSW、CMPSD）指令在执行比较操作时会根据比较结果影响以下标志位：
|
||
|
||
1. **ZF（零标志位）**：当两个操作数相等时，ZF=1；不相等时，ZF=0
|
||
2. **SF（符号标志位）**：当结果的最高位为1时，SF=1；否则SF=0
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3. **CF（进位标志位）**：当被减数小于减数时，CF=1；否则CF=0
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4. **OF（溢出标志位）**：当有符号数运算溢出时，OF=1；否则OF=0
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5. **AF（辅助进位标志位）**：当低4位有进位或借位时，AF=1
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6. **PF（奇偶标志位）**：当结果低8位中1的个数为偶数时，PF=1
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### 思考题3: SCAS指令常用于什么场景？
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**答：**
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SCAS（SCASB、SCASW、SCASD）指令主要用于以下场景：
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1. **字符串搜索**：在字符串中查找特定字符或删除某个字符
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2. **边界检测**：检测字符串是否到达末尾（与特定字符比较）
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3. **模式匹配**：配合REP前缀在缓冲区中搜索特定字节值
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4. **内存扫描**：在内存区域中查找第一个非零字节或特定值
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5. **长度计算**：通过查找特定分隔符来确定子字符串的范围
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SCAS指令将AL/AX/EAX的值与ES:DI指向的字节/字/双字进行比较，常与REPZ/REPNZ前缀配合实现循环查找。
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## 实验总结
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本次实验涵盖了字符串操作的主要内容：
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1. **基础操作**：通过REP MOVSB、REP CMPSB、REP SCASB指令掌握了字符串的复制、比较和查找操作
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2. **字符转换**：实现了小写转大写的功能，理解了ASCII码与大小写转换的关系
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3. **高级操作**：实现了字符串排序（冒泡排序）、替换和连接等复杂操作
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4. **标志位理解**：深入理解了字符串指令对标志位的影响
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通过本次实验，对x86汇编语言的字符串处理能力有了更深入的理解，为后续学习更复杂的系统编程打下了基础。 |