棧是一種具有特殊的訪問(wèn)方式的存儲(chǔ)空間。它的特殊性就在于，最后進(jìn)入這個(gè)空間的數(shù)據(jù)，最先出去。
可以用一個(gè)盒子和3本書(shū)來(lái)描述棧的這種操作方式。
一個(gè)開(kāi)口的盒子就可以看成一個(gè)棧空間，現(xiàn)在有3本書(shū)，《高等數(shù)學(xué)》、《C語(yǔ)言》、《軟件工程》，把它們放到盒子中，操作的過(guò)程如圖所示。
現(xiàn)在的問(wèn)題是，一次只允許取一 本， 我們?nèi)绾螌?本書(shū)從盒子中取出來(lái)?
顯然，必須從盒子的最上邊取。這樣取出的順序就是:《軟件工程》 、《C 語(yǔ)言》、《高等數(shù)學(xué)》，和放入的順序相反，如圖3.8所示。
從程序化的角度來(lái)講，應(yīng)該有一個(gè)標(biāo)記，這個(gè)標(biāo)記一.直指示著盒子最上邊的書(shū)。
如果說(shuō)，上例中的盒子就是一個(gè)棧，我們可以看出，棧有兩個(gè)基本的操作:入棧和出棧。入棧就是將一個(gè)新的元素放到棧頂，出棧就是從棧頂取出一個(gè) 元素。棧頂?shù)脑乜偸亲詈笕霔＃枰鰲r(shí)，又最先被從棧中取出。棧的這種操作規(guī)則被稱為: LIFO(Last In First Out,后進(jìn)先出)。
CPU提供的棧機(jī)制
現(xiàn)今的CPU中都有棧的設(shè)計(jì)，8086CPU也不例外。8086CPU提供相關(guān)的指令來(lái)以棧的方式訪問(wèn)內(nèi)存空間。這意味著，在基于8086CPU編程的時(shí)候，可以將一段內(nèi)存當(dāng)作棧來(lái)使用。
8086CPU提供入棧和出棧指令，最基本的兩個(gè)是PUSH(入棧)和POP(出棧)。比如，push ax表示將寄存器ax中的數(shù)據(jù)送入棧中，pop ax表示從棧項(xiàng)取出數(shù)據(jù)送入ax。8086CPU的入棧和出棧操作都是以字為單位進(jìn)行的。
下面舉例說(shuō)明，我們可以將10000H～1000FH這段內(nèi)存當(dāng)作棧來(lái)使用。
mov ax, 0123H
push ax
mov bx, 2266H
push bx
mov cx, 1122H
push cx
pop ax
pop bx
pop сх
字型數(shù)據(jù)用兩個(gè)單元存放，高地址單元存放高8位，低地址單元存放低8位。
其一，我們將1000H~1000FH這段內(nèi)存當(dāng)作棧來(lái)使用，CPU執(zhí)行push和pop指令時(shí)，將對(duì)這段空間按照棧的后進(jìn)先出的規(guī)則進(jìn)行訪問(wèn)。但是，一個(gè)重要的問(wèn)題是，CPU如何知道10000H~1000FH這段空間被當(dāng)作棧來(lái)使用?
其二，push ax等入棧指令執(zhí)行時(shí)，要將寄存器中的內(nèi)容放入當(dāng)前棧頂單元的上方，成為新的棧頂元素; pop ax 等指令執(zhí)行時(shí)，要從棧項(xiàng)單元中取出數(shù)據(jù)，送入寄存器中。顯然，push、 pop 在執(zhí)行的時(shí)候，必須知道哪個(gè)單元是棧頂單元，如何知道呢?
CPU如何知道當(dāng)前要執(zhí)行的指令所在的位置?我們現(xiàn)在知道答案，那就是CS、IP中存放著當(dāng)前指令的段地址和偏移地址?，F(xiàn)在的問(wèn)題是: CPU如何知道棧頂?shù)奈恢?顯然，也應(yīng)該有相應(yīng)的寄存器來(lái)存放棧頂?shù)牡刂罚?086CPU 中，有兩個(gè)寄存器，段寄存器SS和寄存器SP,棧頂?shù)亩蔚刂反娣旁赟S中，偏移地址存放在SP中。任意時(shí)刻，SS:SP 指向棧頂元素。push 指令和pop指令執(zhí)行時(shí)，CPU從SS和SP中得到棧頂?shù)牡刂贰?/p>
現(xiàn)在，我們可以完整地描述push和pop指令的功能了，例如push ax。
push ax的執(zhí)行，由以下兩步完成。
SP=SP-2, SS:SP指向當(dāng)前棧頂前面的單元，以當(dāng)前棧頂前面的單元為新的棧頂;
將ax中的內(nèi)容送入SS:SP指向的內(nèi)存單元處，SS:SP 此時(shí)指向新棧頂。
圖3.10描述了8086CPU對(duì)push指令的執(zhí)行過(guò)程。
從圖中我們可以看出，8086CPU中，入棧時(shí)，棧頂從高地址向低地址方向增長(zhǎng)。
如果將10000H~ 1000FH這段空間當(dāng)作棧，初始狀態(tài)棧是空的，此時(shí)，SS=1000H,SP=?
將10000H～1000H這段空間當(dāng)作棧段，SS=100H，?？臻g大小為16字節(jié)，棧最底部的字單元地址為1000:000任意時(shí)刻，SS:SP 指向棧項(xiàng)，當(dāng)棧中只有-個(gè)元素的時(shí)候，SS=1000H， SP=000EH。 棧為空，就相當(dāng)于棧中唯 一的元素出棧， 出棧后，SP=SP+2，SP原來(lái)為000EH， 加2后SP=10H， 所以，當(dāng)棧為空的時(shí)候，SS=1000H,SP=10H。
換一個(gè)角度看，任意時(shí)刻，SS:SP指向棧項(xiàng)元素，當(dāng)棧為空的時(shí)候，棧中沒(méi)有元素，也就不存在棧項(xiàng)元素，所以SS:SP只能指向棧的最底部單元下面的單元，該單元的偏移地址為棧最底部的字單元的偏移地址+2，棧最底部字單元的地址為1000:000E,所以?？諘r(shí)，SP=0010H。
我們描述pop指令的功能，例如pop ax。
popax的執(zhí)行過(guò)程和push ax剛好相反，由以下兩步完成。
將SS:SP指向的內(nèi)存單元處的數(shù)據(jù)送入ax中；
注意，圖3.2中，出棧后，SS:SP指向新的棧頂1000EH，pop操作前的棧頂元素，1000CH處的2266H依然存在，但是，它已不在棧中。當(dāng)再次執(zhí)行push等入棧指令后，SS:SP移至1000CH并在里面寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)，它將被覆蓋。
棧頂超界的問(wèn)題
8086CPU用SS和SP指示棧頂?shù)牡刂?，并提供push和pop指令實(shí)現(xiàn)入棧和出棧。
SS和SP只是記錄了棧頂?shù)牡刂?，依靠SS和SP可以保證在入棧和出棧時(shí)找到棧頂。可是，如何能夠保證在入棧、出棧時(shí)，棧頂不會(huì)超出?？臻g?
圖3.13描述了在執(zhí)行push指令后，棧頂超出棧空間的情況。
圖3.13中，將10010H~1001FH當(dāng)作?？臻g，該?？臻g容量為16字節(jié)(8字)，初始狀態(tài)為空，SS=1000H、 SP=0020H，SS:SP指向10020H;
在執(zhí)行8次push ax后，向棧中壓入8個(gè)字，棧滿，SS:SP 指向10010H;
再次執(zhí)行push?ax:?sp=sp-2,?SS:SP指向1000EH，棧頂超出了棧空間，ax?中的數(shù)據(jù)送入1000EH單元處，將棧空間外的數(shù)據(jù)覆蓋。
圖3.14描述了在執(zhí)行pop指令后，棧頂超出?？臻g的情況。
圖3.14中，將10010H~1001FH?當(dāng)作?？臻g，該棧空間容量為16字節(jié)(8字)，當(dāng)前狀態(tài)為滿，SS=1000H、SP=0010H，SS:SP?指向10010H;
在執(zhí)行8次popax后，從棧中彈出8個(gè)字，?？?，SS=SP指向10020H；
再次執(zhí)行pop ax: sp sp+2, SS:SP指向1022H棧頂超出了?？臻g。此后，如果再執(zhí)行push指令，10020H、 10021H 中的數(shù)據(jù)將被覆蓋。
上面描述了執(zhí)行push、 pop指令時(shí)，發(fā)生的棧頂超界問(wèn)題。可以看到，當(dāng)棧滿的時(shí)候再使用push指令入棧，或?？盏臅r(shí)候再使用pop指令出棧，都將發(fā)生棧頂超界問(wèn)題。
棧頂超界是危險(xiǎn)的，因?yàn)槲覀兗热粚⒁欢慰臻g安排為棧， 那么在?？臻g之外的空間里很可能存放了具有其他用途的數(shù)據(jù)、代碼等，這些數(shù)據(jù)、代碼可能是我們自己程序中的，也可能是別的程序中的(畢競(jìng)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中并不是只有我們自己的程序在運(yùn)行)。但是由于我們?cè)谌霔３鰲r(shí)的不小心，而將這些數(shù)據(jù)、代碼意外地改寫(xiě)，將會(huì)引發(fā)連串的錯(cuò)誤。
我們當(dāng)然希望CPU可以幫我們解決這個(gè)問(wèn)題，比如說(shuō)在CPU中有記錄棧頂上限和棧底的寄存器，我們可以通過(guò)填寫(xiě)這些寄存器米指定棧空間的范圍，然后，CPU在執(zhí)行push指令的時(shí)候靠檢測(cè)棧頂上限寄存器、在執(zhí)行pop指令的時(shí)候靠檢測(cè)棧底寄存器保證不會(huì)超界。
不過(guò)，對(duì)于8086CPU，這只是我們的一個(gè)設(shè)想(我們當(dāng)然可以這樣設(shè)想，如果CPU是我們?cè)O(shè)計(jì)的話，這也就不僅僅是一個(gè)設(shè)想)。實(shí)際的情況是，8086CPU 中并沒(méi)有這樣的寄存器。
8086CPU不保證我們對(duì)棧的操作不會(huì)超界。這也就是說(shuō)，8086CPU只知道棧頂在何處(由SS:SP指示)，而不知道我們安排的?？臻g有多大。這點(diǎn)就好像CPU只知道當(dāng)前要執(zhí)行的指令在何處(由CS:IP 指示)，而不知道要執(zhí)行的指令有多少。從這兩點(diǎn)上我們可以看出8086CPU的工作機(jī)理，它只考慮當(dāng)前的情況:當(dāng)前的棧頂在何處、當(dāng)前要執(zhí)行的指令是哪一條。
我們?cè)诰幊痰臅r(shí)候要自己操心棧頂超界的問(wèn)題，要根據(jù)可能用到的最大?？臻g，來(lái)安排棧的大小，防止入棧的數(shù)據(jù)太多而導(dǎo)致的超界；執(zhí)行出棧操作的時(shí)候也要注意，以防?？盏臅r(shí)候繼續(xù)出棧而導(dǎo)致的超界。
push、pop指令
前面我們一直在使用push ax和pop ax,顯然push和pop指令是可以在寄存器和內(nèi)存(?？臻g當(dāng)然也是內(nèi)存空間的一部分， 它只是段可以以一種特殊的方式進(jìn)行訪問(wèn)的內(nèi)存空間。)之間傳送數(shù)據(jù)的。
push和pop指令的格式可以是如下形式:
push寄存器? ;將一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)入棧
pop寄存器? ;出棧，用一個(gè)寄存器接收出棧的數(shù)據(jù)
當(dāng)然也可以是如下形式:
push段寄存器? ;將一個(gè)段寄存器中的數(shù)據(jù)入棧
pop段寄存器? ;出棧，用一個(gè)段寄存器接收出棧的數(shù)據(jù)
push和pop也可以在內(nèi)存單元和內(nèi)存單元之間傳送數(shù)據(jù)，我們可以:
push內(nèi)存單元? ;將一個(gè)內(nèi)存字單元處的字入棧(注意:棧操作都是以字為單位)
pop內(nèi)存單元? ;出棧，用一個(gè)內(nèi)存字單元接收出棧的數(shù)據(jù)
mov ax, 1000H
mov ds,ax? ;內(nèi)存單元的段地址要放在ds中
push [0]? ;將1000:0處的字壓入棧中
pop [2]? ;出棧，出棧的數(shù)據(jù)送入1000:2處
指令執(zhí)行時(shí)，CPU要知道內(nèi)存單元的地址，可以在push、pop指令中只給出內(nèi)存單元的偏移地址，段地址在指令執(zhí)行時(shí)，CPU 從ds中取得。
編程，將10000H~1000FH這段空間當(dāng)作棧，初始狀態(tài)棧是空的，將AX、BX、DS中的數(shù)據(jù)入棧。
mov ax, 1000H
mov ss, ax? ;設(shè)置棧的段地址，Ss=1000H， 不能直接向段寄存器 SS中送入;數(shù)據(jù)， 所以用ax中轉(zhuǎn)。
mov sp, 0010H? ;設(shè)置棧頂?shù)钠频刂?，因棧為空，所以sp=0010H。上面的3條指令設(shè)置棧頂?shù)刂贰＞幊讨幸约鹤⒁鈼５拇笮 ?/p>
push ax
push bx
push ds
將10000H~1000FH這段空間當(dāng)作棧，初始狀態(tài)棧是空的;
設(shè)置AX=001AH，BX=001BH;
將AX、BX中的數(shù)據(jù)入棧;
然后將AX、BX清零;
從棧中恢復(fù)AX、BX原來(lái)的內(nèi)容。
mov ax, 1000Hmov ss, ax
mov sp, 0010H? ;初始化棧頂，棧的情況如圖3.15(a)所示
mov ax, 001AH
mov bx, 001BH
push ax
push bx? ;ax、bx入棧，棧的情況如圖3.15(b)所示
sub ax, ax? ?;將ax清零，也可以用mov ax,0,
;sub ax,ax 的機(jī)器碼為2個(gè)字節(jié)，
;mov ax,0 的機(jī)器碼為3個(gè)字節(jié)。
sub bx,bx
pop bx? ;從棧中恢復(fù) ax、bx原來(lái)的數(shù)據(jù)， 當(dāng)前棧頂?shù)膬?nèi)容是bx
pop ax;中原來(lái)的內(nèi)容: 001BH，ax 中原來(lái)的內(nèi)容001AH在棧頂
;的下面，所以要先pop bx,然后再pop ax。
從上面的程序我們看到，用棧來(lái)暫存以后需要恢復(fù)的寄存器中的內(nèi)容時(shí)，出棧的順序要和入棧的順序相反，因?yàn)樽詈笕霔５募拇嫫鞯膬?nèi)容在棧頂，所以在恢復(fù)時(shí)，要最先出棧。
將10000H～1000FH這段空間當(dāng)作棧，初始狀態(tài)棧是空的；
設(shè)置AX=001AH，BX=001BH;
利用棧，交換AX和BX中的數(shù)據(jù)。
mov ax, 1000H
mov ss, ax
mov sp, 0010H? ;初始化棧頂，棧的情況如圖3.16(a)所示
mov ax, 001AH
mov bx, 001BH
push ax
push bx? ;ax、bx入棧，棧的情況如圖3.16(b)所示
pop ax? ;當(dāng)前棧項(xiàng)的數(shù)據(jù)是bx中原來(lái)的數(shù)據(jù): 001BH;
;所以先pop ax, ax=001BH;
pop bx? ?;執(zhí)行pop ax后，棧頂?shù)臄?shù)據(jù)為ax原來(lái)的數(shù)據(jù):
;所以再pop bx, bx=001AH;
push、 pop實(shí)質(zhì)上就是一種內(nèi)存?zhèn)魉椭噶?，可以在寄存器和?nèi)存之間傳送數(shù)據(jù)，與mov指令不同的是，push和pop指令訪問(wèn)的內(nèi)存單元的地址不是在指令中給出的，而是由SS:SP指出的。同時(shí)，push和pop指令還要改變SP中的內(nèi)容。
我們要十分清楚的是，push 和pop指令同mov指令不同，CPU執(zhí)行mov指令只需一步操作，就是傳送，而執(zhí)行push、 pop指令卻需要兩步操作。執(zhí)行push 時(shí)，CPU的兩步操作是:先改變SP,后向SS:SP 處傳送。執(zhí)行pop時(shí)，CPU的兩步操作是:先讀取SS:SP處的數(shù)據(jù)，后改變SP。
注意，push, pop 等棧操作指令，修改的只是SP。也就是說(shuō)，棧頂?shù)淖兓秶畲鬄? 0～FFFFH。
提供：SS、SP指示棧頂:改變SP后寫(xiě)內(nèi)存的入棧指令;讀內(nèi)存后改變SP的出棧指令。這就是8086CPU提供的棧操作機(jī)制。
棧的綜述
8086CPU提供了棧操作機(jī)制，方案如下。
在SS、SP中存放棧頂?shù)亩蔚刂泛推频刂?提供入棧和出棧指令，它們根據(jù)SS:SP指示的地址，按照棧的方式訪問(wèn)內(nèi)存單元。
push指令的執(zhí)行步驟:SP=SP-2;向SS:SP指向的字單元中送入數(shù)據(jù)。
pop 指令的執(zhí)行步驟:從SS:SP指向的字單元中讀取數(shù)據(jù):SP=SP+2。
任意時(shí)刻，SS:SP 指向棧頂元素。
8086CPU只記錄棧項(xiàng)，?？臻g的大小我們要自己管理。
用棧來(lái)暫存以后需要恢復(fù)的寄存器的內(nèi)容時(shí)，寄存器出棧的順序要和入棧的順序相反。
push、pop 實(shí)質(zhì)上是一種內(nèi) 存?zhèn)魉椭噶?，注意它們的靈活應(yīng)用。
