C语言DOS函数详解：重温16位时代的系统编程精髓127

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作为一名在软件开发领域摸爬滚打多年的程序员，每当提及C语言和DOS系统，总会涌起一股深深的怀旧之情。那是一个纯粹而充满挑战的时代，没有复杂的图形界面，没有多任务操作系统，程序员需要直接与硬件和操作系统底层对话。C语言凭借其高效、灵活和接近硬件的特性，成为了DOS时代系统编程的利器，而DOS函数则是连接C语言与这片广阔“荒野”的桥梁。本文将带您深入探索C语言在DOS环境下的经典函数及其背后的编程哲学，重温那个充满魅力的16位系统编程时代。

DOS系统与C语言编程环境概述DOS（Disk Operating System）是上世纪80年代到90年代初个人电脑上最主流的操作系统。它是一个单用户、单任务的16位操作系统，内存管理简单，没有现代操作系统的内存保护机制。这意味着程序员拥有极大的自由度，可以直接访问内存、端口以及各种硬件资源。这种“赤裸裸”的编程体验，让开发者能够深入理解计算机的运作方式。

C语言在DOS环境下获得了极大的成功，尤其是在Turbo C、Borland C++等优秀集成开发环境的推动下。这些编译器提供了丰富的库函数，其中很大一部分就是封装了DOS系统调用和BIOS中断的函数。通过这些函数，C语言程序能够实现文件操作、屏幕显示、键盘输入、鼠标控制、内存管理等一系列底层功能。理解这些函数，就是理解DOS系统如何与程序交互，以及程序如何驾驭硬件。

在DOS编程中，一个核心概念是“中断”（Interrupt）。中断是CPU响应外部事件或软件请求的一种机制。DOS系统服务和BIOS（基本输入输出系统）服务都是通过中断来提供的。C语言的DOS函数库通常就是通过模拟中断调用（例如`int86()`或`intdos()`函数）来与操作系统或BIOS进行通信，并根据中断返回的寄存器值获取结果。

核心DOS函数库与头文件在C语言DOS编程中，有几个头文件是不可或缺的，它们包含了大量的DOS和BIOS相关函数声明：

<dos.h>：这是DOS编程最核心的头文件，提供了直接与DOS操作系统交互的函数，如文件操作、时间日期管理、内存分配等。
<conio.h>：包含了用于控制台输入输出的函数，如`getch()`、`kbhit()`、`cprintf()`等，这些函数通常提供比标准C库更直接、更高效的控制台操作。
<graphics.h>：这是Borland C++ / Turbo C 提供的图形库头文件，包含了大量的图形绘制函数，如`initgraph()`、`setcolor()`、`line()`、`circle()`、`putpixel()`等，让DOS程序也能拥有丰富的视觉效果。
<bios.h>：提供了直接调用BIOS中断的函数，如`_bios_disk()`、`_bios_keybrd()`、`_bios_mouse()`等，这些函数比DOS中断更接近硬件，提供更底层的控制。
<alloc.h>、<dir.h>、<io.h>等：这些头文件也包含了与内存管理、目录操作、低级文件I/O相关的特定DOS函数。

DOS中断与系统服务（INT 21h）DOS系统最常用的服务中断是INT 21h，它提供了上百种功能，涵盖了从文件管理到屏幕显示再到内存操作的方方面面。C语言的`dos.h`头文件中的许多函数就是对INT 21h子功能的封装。

文件与目录操作

在DOS时代，文件操作是任何程序都离不开的核心功能。C语言提供了一系列以`_dos_`开头的函数，用于低级别的文件句柄操作：

int _dos_open(const char *path, unsigned mode, int *handle)：打开一个文件，返回文件句柄。`mode`参数可以控制文件的读写权限。
int _dos_close(int handle)：关闭指定句柄的文件。
int _dos_read(int handle, void *buf, unsigned count, unsigned *bytes_read)：从文件中读取指定数量的字节到缓冲区。
int _dos_write(int handle, const void *buf, unsigned count, unsigned *bytes_written)：将缓冲区内容写入文件。
int _dos_create(const char *path, unsigned attribute, int *handle)：创建一个新文件。
int _dos_delete(const char *path)：删除指定路径的文件。
long _dos_seek(int handle, long offset, int origin)：移动文件读写指针到指定位置。

此外，对于目录遍历，`_dos_findfirst()`和`_dos_findnext()`函数也是常用的：

#include <dos.h>
#include <stdio.h>
#include <dir.h> // For find_t structure
void list_files(const char* path) {
struct find_t f;
if (_dos_findfirst(path, _A_NORMAL | _A_SUBDIR, &f) == 0) {
do {
printf("%s", );
} while (_dos_findnext(&f) == 0);
}
}
// 调用示例：list_files("*.*");

这些函数直接映射到INT 21h的不同子功能（如AH=3Dh for open, AH=3Eh for close, AH=3Fh for read, AH=40h for write），通过精确控制文件属性和读写行为，实现高效的文件管理。

日期与时间管理

DOS系统也提供了获取和设置系统日期时间的功能，对应INT 21h的AH=2Ah/2Bh（获取/设置日期）和AH=2Ch/2Dh（获取/设置时间）。C语言中对应的函数是：

void _dos_getdate(struct dosdate_t *date)：获取当前系统日期。
int _dos_setdate(struct dosdate_t *date)：设置系统日期。
void _dos_gettime(struct dostime_t *time)：获取当前系统时间。
int _dos_settime(struct dostime_t *time)：设置系统时间。

这些函数通过传递`dosdate_t`和`dostime_t`结构体来交换日期和时间信息。

内存管理

在16位DOS环境下，内存管理是一个复杂的话题，涉及段（Segment）和偏移（Offset）地址。经典的640KB内存限制、常规内存、扩展内存（XMS）和扩充内存（EMS）等概念层出不穷。C语言提供了低级内存分配函数：

unsigned _dos_allocmem(unsigned paragraphs, unsigned *seg)：分配指定段落（16字节为一段）的内存，返回内存段地址。
int _dos_freemem(unsigned seg)：释放由`_dos_allocmem`分配的内存。
int _dos_setblock(unsigned paragraphs, unsigned seg, unsigned *max_paragraphs)：改变已分配内存块的大小。

这些函数对于需要直接操作大块内存或进行高级内存管理（如实现EMS驱动）的程序至关重要。同时，`FP_SEG()`和`FP_OFF()`宏用于从远指针（far pointer）中提取段和偏移，而`MK_FP()`宏则用于从段和偏移构造远指针，这是16位DOS编程中处理内存的常见操作。

进程控制

C语言也能在DOS下进行简单的进程控制，例如运行外部命令或程序：

int _dos_exec(int mode, const char *path, const char *cmdline, char *const *envp)：加载并执行另一个程序。
int _dos_spawn(int mode, const char *path, const char *cmdline)：类似于`_dos_exec`，但通常用于更简单的场景。

这些函数允许C程序调用其他可执行文件，实现多程序协作，尽管DOS本身是单任务的，但可以通过这种方式实现程序链式调用。

BIOS中断与硬件交互除了DOS系统服务，BIOS（Basic Input Output System）提供了更底层的硬件操作接口。BIOS中断号通常是INT 10h（视频）、INT 13h（磁盘）、INT 16h（键盘）、INT 17h（打印机）等。`bios.h`中的函数封装了这些中断。

屏幕与图形操作 (INT 10h)

DOS下的屏幕显示不仅限于文本模式，通过INT 10h可以切换到各种图形模式，并进行像素级的绘图。Turbo C的`graphics.h`库是这一领域的经典：

void initgraph(int *graphdriver, int *graphmode, char *pathtodriver)：初始化图形系统。
void closegraph()：关闭图形系统，恢复到文本模式。
void setcolor(int color)：设置当前绘图颜色。
void putpixel(int x, int y, int color)：在指定坐标绘制一个像素。
int getpixel(int x, int y)：获取指定坐标的像素颜色。
void line(int x1, int y1, int x2, int y2)：绘制一条直线。
void circle(int x, int y, int radius)：绘制一个圆。

这些函数极大地简化了DOS下的图形编程，让开发者能够创建游戏、绘图工具等应用程序。例如，一个简单的画点程序：

#include <graphics.h>
#include <conio.h>
int main() {
int gd = DETECT, gm;
initgraph(&gd, &gm, "C:\TC\\BGI"); // 假设BGI驱动在C:TC\BGI
if (graphresult() == grOk) {
setcolor(YELLOW);
putpixel(100, 100, YELLOW);
line(50, 50, 150, 150);
circle(200, 100, 30);
getch(); // 等待按键
closegraph();
} else {
printf("Graphics error: %s", grapherrormsg(graphresult()));
}
return 0;
}

更高级的图形操作甚至可以绕过BIOS，直接读写显存，实现更快的显示速度。这涉及`peek()`和`poke()`函数，以及对显存地址（如文本模式的B800:0000h，图形模式的A000:0000h）的直接操作。

键盘操作 (INT 16h)

除了`conio.h`中的`getch()`和`kbhit()`，`bios.h`也提供了更底层的键盘服务：

int _bios_keybrd(int cmd)：调用BIOS键盘服务，`cmd`参数可以用于检查键盘缓冲区、读取按键等。

这对于需要检测特殊键（如Shift、Ctrl、Alt的状态）或实现键盘宏的程序非常有用。

鼠标操作 (INT 33h)

在图形界面尚未普及的DOS时代，鼠标通常通过INT 33h中断来控制。`bios.h`中的`_bios_mouse()`函数封装了这些功能：

int _bios_mouse(int cmd, int *x, int *y, int *buttons)：执行鼠标服务，如初始化鼠标、显示/隐藏鼠标光标、获取鼠标位置和按键状态等。

有了鼠标支持，即使在文本模式下也能实现简单的菜单选择和交互。

其他常用DOS函数

端口I/O

直接进行端口输入输出是DOS环境下与硬件交互的终极手段。通过`inportb()`、`inport()`、`outportb()`、`outport()`函数，程序可以直接读写CPU的I/O端口：

unsigned char inportb(unsigned portid)：从指定端口读取一个字节。
void outportb(unsigned portid, unsigned char value)：向指定端口写入一个字节。

例如，通过操作PC扬声器的端口（通常是端口42h和43h），可以播放简单的音调：

#include <dos.h> // for outportb, inportb
#include <conio.h> // for sound, nosound, delay
void play_beep() {
outportb(0x43, 0xB6); // Set speaker mode
outportb(0x42, (unsigned char)(1193180 / 440)); // Low byte of frequency (440Hz)
outportb(0x42, (unsigned char)((1193180 / 440) >> 8)); // High byte of frequency
outportb(0x61, inportb(0x61) | 0x03); // Turn on speaker
delay(500); // Play for 500ms
outportb(0x61, inportb(0x61) & 0xFC); // Turn off speaker
}
// Alternatively, use conio.h's simpler sound functions:
// sound(440); // Play 440Hz
// delay(500);
// nosound();

内存直接访问

DOS编程中，直接读写特定内存地址也是常见的操作，特别是对于视频内存、键盘缓冲区等：

unsigned char peek(unsigned segment, unsigned offset)：读取指定段:偏移地址的一个字节。
void poke(unsigned segment, unsigned offset, unsigned char value)：向指定段:偏移地址写入一个字节。

这些函数允许程序直接操作内存，但需要小心谨慎，错误的内存写入可能导致系统崩溃。

现代视角与回顾随着Windows等图形操作系统的兴起，以及硬件保护模式的普及，DOS系统和它的函数库逐渐退出了历史舞台。现代操作系统提供了更高级、更安全的API，抽象了底层硬件细节，使得程序员能够专注于应用逻辑，而不必担心内存地址或中断向量。

然而，C语言DOS函数的学习和实践并非毫无意义。它们代表了一种直面硬件、深入系统底层的编程思想。对于理解以下概念具有重要价值：

操作系统原理：了解操作系统如何通过中断向应用程序提供服务。
硬件交互：掌握程序如何与CPU、内存、外设进行低级别通信。
内存管理：理解16位内存模型的段:偏移地址概念，以及手动分配和释放内存的挑战。
嵌入式系统开发：许多嵌入式系统（特别是裸机编程）仍然需要类似的低级别硬件交互技术。
逆向工程与系统调试：理解旧系统的运作方式，有助于分析和调试历史遗留代码。

对于那些对复古计算或系统底层原理感兴趣的开发者，DOSBox等模拟器提供了一个重温这些经典编程技术的绝佳平台。通过它们，我们可以再次启动Turbo C，编译运行那些直接与计算机“对话”的C语言程序，感受那份纯粹的创造乐趣。

结语C语言的DOS函数不仅仅是代码库中的一部分，它们更是特定计算时代精神的载体。它们见证了个人电脑的萌芽和成长，塑造了无数程序员对计算机世界的最初认知。深入了解这些函数，不仅仅是学习一项技术，更是一次对计算机历史的追溯，一次对底层原理的探求，让我们在享受现代编程便利的同时，不忘那份曾经的挑战与辉煌。那段与C语言和DOS系统并肩作战的日子，永远是程序员心中难以磨灭的经典记忆。
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2025-10-20

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