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栈及栈操作的实现

1、栈结构

栈是一种只能在一端进行插入或删除操作的数据结构。 

栈有两个基本的操作:入栈和出栈。 

        入栈:将一个新的元素放到栈顶; 

        出栈:从栈顶取出一个元素。 

栈顶的元素总是最后入栈,需要出栈时,又最先被从栈中取出。 

栈的操作规则:LIFO(Last In First Out,后进先出) 

CPU提供的栈机制 

        现今的CPU中都有栈的设计。 

        8086CPU提供相关的指令,支持用栈的方式访问内存空间。 

        基于8086CPU的编程,可以将一段内存当作栈来使用。


2、问题: 

CPU如何知道一段内存空间被当作栈使用? 

执行push和pop的时候,如何知道哪个单元是栈顶单元?

回答:8086CPU中,有两个与栈相关的寄存器: 

栈段寄存器SS - 存放栈顶的段地址 

栈顶指针寄存器SP - 存放栈顶的偏移地址 

任意时刻,SS:SP指向栈顶元素。


3、栈的操作

mov ax, 1000H 
mov ss, ax 
mov sp, 0010H 
mov ax, 001AH 
mov bx, 001BH 
push ax 
push bx 
pop ax 
pop bx

image.png


4、push 指令和pop指令的执行过程

push ax 

(1)SP=SP–2; 

(2)将ax中的内容送入SS:SP指向的内存单 元处,SS:SP此时指向新栈顶。 

pop ax 

(1)将SS:SP指向的内存单元处的数据送 入ax中; 

(2)SP = SP+2,SS:SP指向当前栈顶下面的单元,以当前栈顶下面的单元为新的栈顶。 

顶超界问题 ; 如何能够保证在入栈、出栈时,栈顶不会超出栈空间?


5、执行入栈(push)时,栈顶超出栈空间

image.png

当栈满的时候再 使用push指令入栈, 将发生栈顶 超界问题。

栈顶超界是危险的。

image.png

当栈空的时候再 使用pop指令出栈, 将发生栈顶超界问题。


6、栈顶超界问题的解决

8086CPU不保证对栈的操作不会超界。 

8086CPU 只知道栈顶在何处(由SS:SP指 示),不知道程序安排的栈空间有多大。 

我们在编程的时候要自己操心栈顶超界的 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,防止出栈时栈空了仍然继续出栈而导致的超界。


7、栈的小结

push、pop 实质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的,而是由SS:SP指出的。 

执行push和pop指令时,SP 中的内容自动改变。 

8086CPU提供的栈操作机制: 

在SS,SP中存放栈顶的段地址和偏移地址,入栈和出栈指 令根据SS:SP指示的地址,按照栈的方式访问内存单元。 

push指令的执行步骤: 

        1)SP=SP-2; 

        2)向SS:SP指向的字单元中送入数据。 

pop指令的执行步骤: 

        1)从SS:SP指向的字单元中读取数据; 

        2)SP=SP-2。



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