05-从零开始编写操作系统 - 函数和字符串

函数和字符串 - 代码组织与复用

从零开始编写操作系统 - 第五章

开始之前你可能需要 Google 了解的概念

function, call, ret, label, string, loop

目的

学会编写汇编函数，掌握字符串处理技巧，理解代码复用的基础

🌟 支持一下

如果这个教程对你有帮助，欢迎到 GitHub 项目点个 star 支持：

⭐ github.com/nexa1024/os-tutorial

你的 star 是我继续更新的动力！谢谢 🙏

📚 理论知识

在学习本章代码之前，建议先阅读以下理论知识：

汇编中的函数

什么是函数？

在高级语言中，我们这样定义函数：

voidprint_string(char*str){// 打印字符串}

在汇编中，函数本质上就是一段带标签的代码：

print_string: ; 函数代码 ret

call 和 ret 指令

执行流程：

call print_string: 1. 将返回地址压栈 2. 跳转到 print_string ret: 1. 从栈中弹出返回地址 2. 跳转到返回地址

参数传递方式

方式一：通过寄存器传递（简单快速）

; 调用：将字符串地址放入 si mov si, message call print_string ; 函数：从 si 读取参数 print_string: mov al, [si] ; ... ret

方式二：通过栈传递（正规但复杂）

; 调用：参数压栈后调用 push si call print_string add sp, 2 ; 清理参数 ; 函数：从栈读取参数 print_string: mov bp, sp mov si, [bp+2] ; 读取参数 ; ... ret

在引导扇区阶段，我们主要使用寄存器传递参数，因为这种方式简单直接。

代码示例

示例 1：字符串处理函数

文件：boot_sect_string.asm

; 功能: 演示字符串长度计算和字符串处理 ; 编译: nasm -f bin boot_sect_string.asm -o boot_sect_string.bin ; 运行: qemu-system-x86_64 boot_sect_string.bin ; 预期输出: Length: 11 [org 0x7c00] ; ===== 初始化 BIOS 显示功能 ===== mov ah, 0x0e ; ===== 计算字符串长度 ===== mov si, message ; si 指向字符串 call string_length ; 调用函数计算长度 ; 返回后 cx 中存储长度 ; ===== 打印结果 ===== ; 由于我们只能打印字符，需要手动将数字转换为字符 ; 这里简化处理，只打印长度个 'X' 来表示 mov cx, 0 ; 清空 cx（用于计数） mov si, message ; 重新指向字符串 call string_length ; 再次调用获取长度 ; 将长度（cx）转换为字符打印 ; 注意：这里简单处理，长度不能超过 9 add cl, '0' ; 将数字转换为 ASCII 字符 mov al, cl int 0x10 ; ===== 程序结束 ===== jmp $ ; ============================================ ; 函数：string_length ; 功能: 计算字符串长度（以 0 结尾） ; 输入: si = 字符串地址 ; 输出: cx = 字符串长度 ; 破坏: ax, si ; ============================================ string_length: mov cx, 0 ; 计数器清零 .count_loop: mov al, [si] ; 读取当前字符 cmp al, 0 ; 检查是否为结尾 je .done ; 如果是 0，结束 inc cx ; 计数器加 1 inc si ; 移动到下一个字符 jmp .count_loop ; 继续循环 .done: ret ; 返回调用者 ; ===== 数据段 ===== message: db 'Hello OS!', 0 ; ===== 引导扇区填充 ===== times 510-($-$$) db 0 dw 0xaa55

示例 2：打印字符串函数

文件：boot_sect_function.asm

; 功能: 演示函数调用和字符串打印 ; 编译: nasm -f bin boot_sect_function.asm -o boot_sect_function.bin ; 运行: qemu-system-x86_64 boot_sect_function.bin ; 预期输出: Hello OS! [org 0x7c00] ; ===== 初始化 BIOS 显示功能 ===== mov ah, 0x0e ; ===== 调用函数打印字符串 ===== mov si, hello_msg ; 参数：si 指向字符串 call print_string ; 调用打印函数 mov si, newline ; 打印换行 call print_string mov si, world_msg ; 打印另一条消息 call print_string ; ===== 程序结束 ===== jmp $ ; ============================================ ; 函数：print_string ; 功能: 打印以 0 结尾的字符串 ; 输入: si = 字符串地址 ; 输出: 无 ; 破坏: ax, si ; ============================================ print_string: push si ; 保存 si（调用者保存寄存器） ; 因为函数内会修改 si .loop: mov al, [si] ; 读取当前字符 cmp al, 0 ; 检查是否为结尾 je .done ; 如果是 0，结束 int 0x10 ; 打印字符 inc si ; 移动到下一个字符 jmp .loop ; 继续循环 .done: pop si ; 恢复 si ret ; 返回调用者 ; ===== 数据段 ===== hello_msg: db 'Hello OS!', 0 newline: db 13, 10, 0 ; CR + LF + NULL world_msg: db 'Welcome to OS development!', 0 ; ===== 引导扇区填充 ===== times 510-($-$$) db 0 dw 0xaa55

编译与运行：

nasm-f bin boot_sect_function.asm-o boot_sect_function.bin qemu-system-x86_64 boot_sect_function.bin

示例 3：字符串比较函数

文件：boot_sect_strcmp.asm

; 功能: 演示字符串比较 ; 编译: nasm -f bin boot_sect_strcmp.asm -o boot_sect_strcmp.bin ; 运行: qemu-system-x86_64 boot_sect_strcmp.bin [org 0x7c00] ; ===== 初始化 ===== mov ah, 0x0e ; ===== 比较相同的字符串 ===== mov si, str1 mov di, str2 call strcmp ; 打印结果（ax = 0 表示相同） cmp ax, 0 je .same1 mov al, 'N' jmp .print1 .same1: mov al, 'Y' .print1: int 0x10 ; ===== 比较不同的字符串 ===== mov si, str1 mov di, str3 call strcmp cmp ax, 0 je .same2 mov al, 'N' jmp .print2 .same2: mov al, 'Y' .print2: int 0x10 jmp $ ; ============================================ ; 函数：strcmp ; 功能: 比较两个字符串是否相同 ; 输入: si = 字符串1, di = 字符串2 ; 输出: ax = 0(相同) / -1(不同) ; ============================================ strcmp: push si push di .loop: mov al, [si] ; 读取字符串1的字符 mov bl, [di] ; 读取字符串2的字符 cmp al, bl ; 比较两个字符 jne .different ; 不相同，返回 -1 cmp al, 0 ; 检查是否到达结尾 je .same ; 两个字符串都结束，相同 inc si inc di jmp .loop .different: mov ax, -1 jmp .done .same: mov ax, 0 .done: pop di pop si ret ; ===== 数据段 ===== str1: db 'Hello', 0 str2: db 'Hello', 0 str3: db 'World', 0 ; ===== 引导扇区填充 ===== times 510-($-$$) db 0 dw 0xaa55

标签命名规范

局部标签（以 . 开头）

print_string: .loop: ; 局部标签，属于 print_string ; ... jmp .loop ; 只能在函数内跳转 .done: ret

优点：

• 避免标签名冲突
• 代码结构更清晰
• 可以在不同函数中使用相同的局部标签名

全局标签

print_string: ; 全局标签 start: ; 全局标签

函数设计规范

寄存器约定（简化版）

函数注释模板

; ============================================ ; 函数：function_name ; 功能: 简要描述函数功能 ; 输入: 寄存器/内存 = 参数说明 ; 输出: 寄存器 = 返回值说明 ; 破坏: 列出会被修改的寄存器 ; ============================================ function_name: ; 函数体 ret

字符串操作技巧

字符串在内存中的表示

地址: 0x7E00 0x7E01 0x7E02 0x7E03 0x7E04 0x7E05 0x7E06 0x7E07 0x7E08 内容: 'H' 'e' 'l' 'l' 'o' '!' 0 ↑ si 指向这里

常用字符串操作模式

; 遍历字符串 mov si, string .loop: mov al, [si] cmp al, 0 je .done ; 处理字符 inc si jmp .loop .done: ; 字符串长度 mov cx, 0 mov si, string .loop: mov al, [si] cmp al, 0 je .done inc cx inc si jmp .loop .done:

常见问题

Q: call 和 jmp 有什么区别？

A:

• jmp是无条件跳转，不保存返回地址
• call会先将返回地址压栈，再跳转，配合ret使用

Q: ret 一定要配对 call 吗？

A:是的。ret从栈中弹出返回地址，如果没有call配对，会跳到错误的地址。

Q: 为什么函数内要 push/pop 寄存器？

A:函数可能会修改寄存器的值，调用者可能需要这些值，所以需要保存和恢复。

Q: 局部标签和全局标签有什么区别？

A:

• 全局标签：可以在整个文件中访问
• 局部标签（以.开头）：只能在所属的函数/范围内访问

Q: 如何传递多个参数？

A:可以使用多个寄存器（si, di, cx, dx）或通过栈传递。

练习

1. 编写一个string_copy函数，复制字符串
2. 编写一个string_concat函数，连接两个字符串
3. 编写一个to_upper函数，将小写字母转为大写
4. 实现一个简单的字符串查找函数

代码文件列表

汇编指令说明

新指令

标签

下一章

在下一章中，我们将学习内存段管理，理解 x86 的分段内存模型！

参考资源

• 函数基础详解
• os-tutorial 原仓库
• os-tutorial 中文版
• x86 Assembly - Wikibooks