C语言中如何使用汇编

AT&T汇编语言与GCC内嵌汇编简介版本0.1时间04/3/[e-mail]1AT&T与INTEL的汇编语言语法的区别.........................................31.1大小写...........................................................31.2操作数赋值方向...................................................31.3前缀.............................................................31.4间接寻址语法.....................................................41.5后缀.............................................................41.6指令.............................................................52GCC内嵌汇编.............................................................52.1简介.............................................................52.2内嵌汇编举例.....................................................52.3语法.............................................................72.3.1汇编语句模板.................................................72.3.2输出部分.....................................................72.3.3输入部分.....................................................82.3.4限制字符.....................................................82.3.5破坏描述部分................................................142.4GCC如何编译内嵌汇编代码.........................................193后记....................................................................20本节先介绍AT&T汇编语言语法与INTEL汇编语法的差别，然后介绍GCC内嵌汇编语法。阅读本节需要读者具有INTEL汇编语言基础。1AT&T与INTEL的汇编语言语法的区别1.1大小写INTEL格式的指令使用大写字母，而AT&T格式的使用小写字母。例：INTELAT&TMOVEAX,EBXmovl%ebx,%eax1.2操作数赋值方向在INTEL语法中，第一个表示目的操作数，第二个表示源操作数，赋值方向从右向左。AT&T语法第一个为源操作数，第二个为目的操作数，方向从左到右，合乎自然。例：INTELAT&TMOVEAX,EBXmovl%ebx,%eax1.3前缀在INTEL语法中寄存器和立即数不需要前缀；AT&T中寄存器需要加前缀“%”；立即数需要加前缀“$”。例：INTELAT&TMOVEAX,1movl$1,%eax符号常数直接引用，不需要加前缀，如：movlvalue,%ebx，value为一常数；在符号前加前缀$表示引用符号地址,如movl$value,%ebx，是将value的地址放到ebx中。总线锁定前缀“lock”：总线锁定操作。“lock”前缀在Linux核心代码中使用很多，特别是SMP代码中。当总线锁定后其它CPU不能存取锁定地址处的内存单元。远程跳转指令和子过程调用指令的操作码使用前缀“l“，分别为ljmp，lcall，与之相应的返回指令伪lret。例：INTELAT&TCALLFARSECTION:OFFSETlcall$secion:$offsetJMPFARSECTION:OFFSETljmp$secion:$offsetRETFARSATCK_ADJUSTlret$stack_adjust1.4间接寻址语法INTEL中基地址使用“[”、“]”，而在AT&T中使用“(”、“)”；另外处理复杂操作数的语法也不同，INTEL为Segreg:[base+index*scale+disp]，而在AT&T中为%segreg:disp(base,index,sale)，其中segreg，index，scale，disp都是可选的，在指定index而没有显式指定Scale的情况下使用默认值1。Scale和disp不需要加前缀“&”。INTELAT&TInstrfoo,segreg:[base+index*scale+disp]instr%segreg:disp(base,index,scale),foo1.5后缀AT&T语法中大部分指令操作码的最后一个字母表示操作数大小，“b”表示byte（一个字节）；“w”表示word（2个字节）；“l”表示long（4个字节）。INTEL中处理内存操作数时也有类似的语法如：BYTEPTR、WORDPTR、DWORDPTR。例：INTELAT&Tmoval,blmovb%bl,%almovax,bxmovw%bx,%axmoveax,dwordptr[ebx]movl(%ebx),%eax在AT&T汇编指令中，操作数扩展指令有两个后缀，一个指定源操作数的字长，另一个指定目标操作数的字长。AT&T的符号扩展指令的为“movs”，零扩展指令为“movz”（相应的Intel指令为“movsx”和“movzx”）。因此，“movsbl%al,%edx”表示对寄存器al中的字节数据进行字节到长字的符号扩展，计算结果存放在寄存器edx中。下面是一些允许的操作数扩展后缀：lbl:字节-长字lbw:字节-字lwl:字-长字跳转指令标号后的后缀表示跳转方向，“f”表示向前（forward），“b”表示向后（back）。例：jmp1f1:jmp1f1:1.6指令INTEL汇编与AT&T汇编指令基本相同，差别仅在语法上。关于每条指令的语法可以参考I386Manual。2GCC内嵌汇编2.1简介内核代码绝大部分使用C语言编写，只有一小部分使用汇编语言编写，例如与特定体系结构相关的代码和对性能影响很大的代码。GCC提供了内嵌汇编的功能，可以在C代码中直接内嵌汇编语言语句，大大方便了程序设计。简单的内嵌汇编很容易理解例：__asm____volatile__(hlt);“__asm__”表示后面的代码为内嵌汇编，“asm”是“__asm__”的别名。“__volatile__”表示编译器不要优化代码，后面的指令保留原样，“volatile”是它的别名。括号里面是汇编指令。2.2内嵌汇编举例在内嵌汇编中，可以将C语言表达式指定为汇编指令的操作数，而且不用去管如何将C语言表达式的值读入哪个寄存器，以及如何将计算结果写回C变量，你只要告诉程序中C语言表达式与汇编指令操作数之间的对应关系即可，GCC会自动插入代码完成必要的操作。使用内嵌汇编，要先编写汇编指令模板，然后将C语言表达式与指令的操作数相关联，并告诉GCC对这些操作有哪些限制条件。例如在下面的汇编语句：__asm____violate__(movl%1,%0:=r(result):m(input));“movl%1,%0”是指令模板；“%0”和“%1”代表指令的操作数，称为占位符，内嵌汇编靠它们将C语言表达式与指令操作数相对应。指令模板后面用小括号括起来的是C语言表达式，本例中只有两个：“result”和“input”，他们按照出现的顺序分别与指令操作数“%0”，“%1”对应；注意对应顺序：第一个C表达式对应“%0”；第二个表达式对应“%1”，依次类推，操作数至多有10个，分别用“%0”,“%1”….“%9”表示。在每个操作数前面有一个用引号括起来的字符串，字符串的内容是对该操作数的限制或者说要求。“result”前面的限制字符串是“=r”，其中“=”表示“result”是输出操作数，“r”表示需要将“result”与某个通用寄存器相关联，先将操作数的值读入寄存器，然后在指令中使用相应寄存器，而不是“result”本身，当然指令执行完后需要将寄存器中的值存入变量“result”，从表面上看好像是指令直接对“result”进行操作，实际上GCC做了隐式处理，这样我们可以少写一些指令。“input”前面的“r”表示该表达式需要先放入某个寄存器，然后在指令中使用该寄存器参加运算。我们将上面的内嵌代码放到一个C源文件中，然后使用gcc–c–S得到该C文件源代码相对应的汇编代码，然后查看一下汇编代码，看看GCC是如何处理的。C源文件如下内容如下，注意该代码没有实际意义，仅仅作为例子。externintinput,result;voidtest(void){input=1;__asm____volatile__(movl%1,%0:=r(result):r(input));return;}对应的汇编代码如下;行号代码解释1－7……8movl$1,input对应C语言语句input=1;9movlinput,%eax10#APPGCC插入的注释，表示内嵌汇编开始11movl%eax,%eax我们的内嵌汇编语句12#NO_APPGCC插入的注释，表示内嵌汇编结束13movl%eax,result将结果存入result变量14－18。。。。。。从汇编代码可以看出，第9行和第13行是GCC自动增加的代码，GCC根据限定字符串决定如何处理C表达式，本例两个表达式都被指定为“r”型，所以先使用指令：movlinput,%eax将input读入寄存器%eax；GCC也指定一个寄存器与输出变量result相关，本例也是%eax，等得到操作结果后再使用指令：movl%eax,result将寄存器的值写回C变量result中。从上面的汇编代码我们可以看出与result和input相关连的寄存器都是%eax，GCC使用%eax替换内嵌汇编指令模板中的%0，%1：movl%eax,%eax显然这一句可以不要。但是没有优化，所以这一句没有被去掉。由此可见，C表达式或者变量与寄存器的关系由GCC自动处理，我们只需使用限制字符串指导GCC如何处理即可。限制字符必须与指令对操作数的要求相匹配，否则产生的汇编代码将会有错，读者可以将上例中的两个“r”，都改为“m”(m表示操作数放在内存，而不是寄存器中)，编译后得到的结果是：movlinput,result很明显这是一条非法指令，因此限制字符串必须与指令对操作数的要求匹配。例如指令movl允许寄存器到寄存器，立即数到寄存器等，但是不允许内存到内存的操作，因此两个操作数不能同时使用“m”作为限定字符。2.3语法内嵌汇编语法如下：__asm__(汇编语句模板:输出部分:输入部分:破坏描述部分)共四个部分：汇编语句模板，输出部分，输入部分，破坏描述部分，各部分使用“:”格开，汇编语句模板必不可少，其他三部分可选，如果使用了后面的部分，而前面部分为空，也需要用“:”格开，相应部分内容为空。例如：__asm____volatile__(cli:::memory)2.3.1汇编语句模板汇编语句模板由汇编语句序列组成，语句之间使用“;”、“\n”或“\n\t”分开。指令中的操作数可以使用占位符引用C语言变量，操作数占位符最多10个，名