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[Linux]__asm__ __volatile__ GCC的內(nèi)嵌匯編語法 AT&T匯編語言語法（一）
2010-03-17 11:33
http://hi.baidu.com/hilyjiang/blog/item/7db5077a8180dbec2e73b380.htmlhttp://blog.chinaunix.net/u3/93809/showart_1890394.html開發(fā)一個(gè)OS，盡管絕大部分代碼只需要用C/C++等高級語言就可以了，但至少和硬件相關(guān)部分的代碼需要使用匯編語言，另外，由于啟動部分的代碼有大小限 制，使用精練的匯編可以縮小目標(biāo)代碼的Size。另外，對于某些需要被經(jīng)常調(diào)用的代碼，使用匯編來寫可以提高性能。所以我們必須了解匯編語言，即使你有可 能并不喜歡它。
如果你是計(jì)算機(jī)專業(yè)的話，在大學(xué)里你應(yīng)該學(xué)習(xí)過Intel格式的8086/80386匯編，這里就不再討論。如果我們選擇的OS開發(fā)工具是GCC以及GAS的話，就必須了解AT&T匯編語言語法，因?yàn)镚CC/GAS只支持這種匯編語法。
本書不會去討論8086/80386的匯編編程，這類的書籍很多，你可以參考它們。這里只會討論AT&T的匯編語法，以及GCC的內(nèi)嵌匯編語法。
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0.3.2 Syntax
1.寄存器引用
引用寄存器要在寄存器號前加百分號%,如“movl %eax, %ebx”。
80386有如下寄存器：
8個(gè)32-bit寄存器 %eax，%ebx，%ecx，%edx，%edi，%esi，%ebp，%esp；
8個(gè)16-bit寄存器，它們事實(shí)上是上面8個(gè)32-bit寄存器的低16位：%ax，%bx，%cx，%dx，%di，%si，%bp，%sp；
8個(gè)8-bit寄存器：%ah，%al，%bh，%bl，%ch，%cl，%dh，%dl。它們事實(shí)上是寄存器%ax，%bx，%cx，%dx的高8位和低8位；
6個(gè)段寄存器：%cs(code)，%ds(data)，%ss(stack), %es，%fs，%gs；
3個(gè)控制寄存器：%cr0，%cr2，%cr3；
6個(gè)debug寄存器：%db0，%db1，%db2，%db3，%db6，%db7；
2個(gè)測試寄存器：%tr6，%tr7；
8個(gè)浮點(diǎn)寄存器棧：%st(0)，%st(1)，%st(2)，%st(3)，%st(4)，%st(5)，%st(6)，%st(7)。
2. 操作數(shù)順序
操作數(shù)排列是從源（左）到目的（右），如“movl %eax(源）, %ebx(目的）”
3. 立即數(shù)
使用立即數(shù)，要在數(shù)前面加符號$, 如“movl $0x04, %ebx”
或者：
para = 0x04
movl $para, %ebx
指令執(zhí)行的結(jié)果是將立即數(shù)04h裝入寄存器ebx。
4. 符號常數(shù)
符號常數(shù)直接引用 如
value: .long 0x12a3f2de
movl value , %ebx
指令執(zhí)行的結(jié)果是將常數(shù)0x12a3f2de裝入寄存器ebx。
引用符號地址在符號前加符號$, 如“movl $value, % ebx”則是將符號value的地址裝入寄存器ebx。
5. 操作數(shù)的長度
操作數(shù)的長度用加在指令后的符號表示b(byte, 8-bit), w(word, 16-bits), l(long, 32-bits)，如“movb %al, %bl”，“movw %ax, %bx”，“movl %eax, %ebx ”。
如 果沒有指定操作數(shù)長度的話，編譯器將按照目標(biāo)操作數(shù)的長度來設(shè)置。比如指令“mov %ax, %bx”，由于目標(biāo)操作數(shù)bx的長度為word，那么編譯器將把此指令等同于“movw %ax, %bx”。同樣道理，指令“mov $4, %ebx”等同于指令“movl $4, %ebx”，“push %al”等同于“pushb %al”。對于沒有指定操作數(shù)長度，但編譯器又無法猜測的指令，編譯器將會報(bào)錯(cuò)，比如指令“push $4”。
6. 符號擴(kuò)展和零擴(kuò)展指令
絕大多數(shù)面向80386的AT&T匯編指令與Intel格式的匯編指令都是相同的，符號擴(kuò)展指令和零擴(kuò)展指令則是僅有的不同格式指令。
符號擴(kuò)展指令和零擴(kuò)展指令需要指定源操作數(shù)長度和目的操作數(shù)長度，即使在某些指令中這些操作數(shù)是隱含的。
在AT& T語法中，符號擴(kuò)展和零擴(kuò)展指令的格式為，基本部分"movs"和"movz"（對應(yīng)Intel語法的movsx和movzx），后面跟上源操作數(shù)長度和 目的操作數(shù)長度。movsbl意味著movs （from）byte （to）long；movbw意味著movs （from）byte （to）word；movswl意味著movs （from）word （to）long。對于movz指令也一樣。比如指令“movsbl %al, %edx”意味著將al寄存器的內(nèi)容進(jìn)行符號擴(kuò)展后放置到edx寄存器中。
其它的Intel格式的符號擴(kuò)展指令還有：
cbw -- sign-extend byte in %al to word in %ax；
cwde -- sign-extend word in %ax to long in %eax；
cwd -- sign-extend word in %ax to long in %dx:%ax；
cdq -- sign-extend dword in %eax to quad in %edx:%eax；
對應(yīng)的AT&T語法的指令為cbtw，cwtl，cwtd，cltd。
7. 調(diào)用和跳轉(zhuǎn)指令
段內(nèi)調(diào)用和跳轉(zhuǎn)指令為"call"，"ret"和"jmp"，段間調(diào)用和跳轉(zhuǎn)指令為"lcall"，"lret"和"ljmp"。
段間調(diào)用和跳轉(zhuǎn)指令的格式為“lcall/ljmp $SECTION, $OFFSET”，而段間返回指令則為“lret $STACK-ADJUST”。
8. 前綴
操作碼前綴被用在下列的情況：
字符串重復(fù)操作指令(rep,repne)；
指定被操作的段(cs,ds,ss,es,fs,gs)；
進(jìn)行總線加鎖(lock)；
指定地址和操作的大小(data16,addr16)；
在AT&T匯編語法中，操作碼前綴通常被單獨(dú)放在一行，后面不跟任何操作數(shù)。例如，對于重復(fù)scas指令，其寫法為：
repne
scas
上述操作碼前綴的意義和用法如下：
指定被操作的段前綴為cs,ds,ss,es,fs,和gs。在AT&T語法中，只需要按照section:memory-operand的格式就指定了相應(yīng)的段前綴。比如：lcall %cs:realmode_swtch
操作數(shù)／地址大小前綴是“data16”和"addr16"，它們被用來在32-bit操作數(shù)／地址代碼中指定16-bit的操作數(shù)／地址。
總 線加鎖前綴“lock”，它是為了在多處理器環(huán)境中，保證在當(dāng)前指令執(zhí)行期間禁止一切中斷。這個(gè)前綴僅僅對ADD, ADC, AND, BTC, BTR, BTS, CMPXCHG,DEC, INC, NEG, NOT, OR, SBB, SUB, XOR, XADD,XCHG指令有效，如果將Lock前綴用在其它指令之前，將會引起異常。
字符串重復(fù)操作前綴"rep","repe","repne"用來讓字符串操作重復(fù)“%ecx”次。
9. 內(nèi)存引用
Intel語法的間接內(nèi)存引用的格式為：
section:[base+index*scale+displacement]
而在AT&T語法中對應(yīng)的形式為：
section:displacement(base,index,scale)
其 中，base和index是任意的32-bit base和index寄存器。scale可以取值1，2，4，8。如果不指定scale值，則默認(rèn)值為1。section可以指定任意的段寄存器作為段前 綴，默認(rèn)的段寄存器在不同的情況下不一樣。如果你在指令中指定了默認(rèn)的段前綴，則編譯器在目標(biāo)代碼中不會產(chǎn)生此段前綴代碼。
下面是一些例子：
-4(%ebp)：base=%ebp，displacement=-4，section沒有指定，由于base＝%ebp，所以默認(rèn)的section=%ss，index,scale沒有指定，則index為0。
foo(,%eax,4)：index=%eax，scale=4，displacement=foo。其它域沒有指定。這里默認(rèn)的section=%ds。
foo(,1)：這個(gè)表達(dá)式引用的是指針foo指向的地址所存放的值。注意這個(gè)表達(dá)式中沒有base和index，并且只有一個(gè)逗號，這是一種異常語法，但卻合法。
%gs:foo：這個(gè)表達(dá)式引用的是放置于%gs段里變量foo的值。
如果call和jump操作在操作數(shù)前指定前綴“*”，則表示是一個(gè)絕對地址調(diào)用/跳轉(zhuǎn)，也就是說jmp/call指令指定的是一個(gè)絕對地址。如果沒有指定"*"，則操作數(shù)是一個(gè)相對地址。
任何指令如果其操作數(shù)是一個(gè)內(nèi)存操作，則指令必須指定它的操作尺寸(byte,word,long），也就是說必須帶有指令后綴(b,w,l)。
.3 GCC Inline ASM
GCC 支持在C/C++代碼中嵌入?yún)R編代碼，這些匯編代碼被稱作GCC Inline ASM——GCC內(nèi)聯(lián)匯編。這是一個(gè)非常有用的功能，有利于我們將一些C/C++語法無法表達(dá)的指令直接潛入C/C++代碼中，另外也允許我們直接寫 C/C++代碼中使用匯編編寫簡潔高效的代碼。
1.基本內(nèi)聯(lián)匯編
GCC中基本的內(nèi)聯(lián)匯編非常易懂，我們先來看兩個(gè)簡單的例子：
__asm__("movl %esp,%eax"); // 看起來很熟悉吧！
或者是
__asm__("
movl $1,%eax // SYS_exit
xor %ebx,%ebx
int $0x80
");
或
__asm__(
"movl $1,%eax\r\t" \
"xor %ebx,%ebx\r\t" \
"int $0x80" \
);
基本內(nèi)聯(lián)匯編的格式是
__asm__ __volatile__("Instruction List");
1、__asm__
__asm__是GCC關(guān)鍵字asm的宏定義：
#define __asm__ asm
__asm__或asm用來聲明一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式，所以任何一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式都是以它開頭的，是必不可少的。
2、Instruction List
Instruction List是匯編指令序列。它可以是空的，比如：__asm__ __volatile__(""); 或__asm__ ("");都是完全合法的內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式，只不過這兩條語句沒有什么意義。但并非所有Instruction List為空的內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式都是沒有意義的，比如：__asm__ ("":::"memory"); 就非常有意義，它向GCC聲明：“我對內(nèi)存作了改動”，GCC在編譯的時(shí)候，會將此因素考慮進(jìn)去。
我們看一看下面這個(gè)例子：
$ cat example1.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int* __p = (int*)__argc;
(*__p) = 9999;
//__asm__("":::"memory");
if((*__p) == 9999)
return 5;
return (*__p);
}
在 這段代碼中，那條內(nèi)聯(lián)匯編是被注釋掉的。在這條內(nèi)聯(lián)匯編之前，內(nèi)存指針__p所指向的內(nèi)存被賦值為9999，隨即在內(nèi)聯(lián)匯編之后，一條if語句判斷__p 所指向的內(nèi)存與9999是否相等。很明顯，它們是相等的。GCC在優(yōu)化編譯的時(shí)候能夠很聰明的發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。我們使用下面的命令行對其進(jìn)行編譯：
$ gcc -O -S example1.c
選項(xiàng)-O表示優(yōu)化編譯，我們還可以指定優(yōu)化等級，比如-O2表示優(yōu)化等級為2；選項(xiàng)-S表示將C/C++源文件編譯為匯編文件，文件名和C/C++文件一樣，只不過擴(kuò)展名由.c變?yōu)?s。
我們來查看一下被放在example1.s中的編譯結(jié)果，我們這里僅僅列出了使用gcc 2.96在redhat 7.3上編譯后的相關(guān)函數(shù)部分匯編代碼。為了保持清晰性，無關(guān)的其它代碼未被列出。
$ cat example1.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl 8(%ebp), %eax # int* __p = (int*)__argc
movl $9999, (%eax) # (*__p) = 9999
movl $5, %eax # return 5
popl %ebp
ret
參 照一下C源碼和編譯出的匯編代碼，我們會發(fā)現(xiàn)匯編代碼中，沒有if語句相關(guān)的代碼，而是在賦值語句(*__p)=9999后直接return 5；這是因?yàn)镚CC認(rèn)為在(*__p)被賦值之后，在if語句之前沒有任何改變(*__p)內(nèi)容的操作，所以那條if語句的判斷條件(*__p) == 9999肯定是為true的，所以GCC就不再生成相關(guān)代碼，而是直接根據(jù)為true的條件生成return 5的匯編代碼（GCC使用eax作為保存返回值的寄存器）。
我們現(xiàn)在將example1.c中內(nèi)聯(lián)匯編的注釋去掉，重新編譯，然后看一下相關(guān)的編譯結(jié)果。
$ gcc -O -S example1.c
$ cat example1.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl 8(%ebp), %eax # int* __p = (int*)__argc
movl $9999, (%eax) # (*__p) = 9999
#APP
# __asm__("":::"memory")
#NO_APP
cmpl $9999, (%eax) # (*__p) == 9999 ?
jne .L3 # false
movl $5, %eax # true, return 5
jmp .L2
.p2align 2
.L3:
movl (%eax), %eax
.L2:
popl %ebp
ret
由于內(nèi)聯(lián)匯編語句__asm__("":::"memory")向GCC聲明，在此內(nèi)聯(lián)匯編語句出現(xiàn)的位置內(nèi)存內(nèi)容可能了改變，所以GCC在編譯時(shí)就不能像剛才那樣處理。這次，GCC老老實(shí)實(shí)的將if語句生成了匯編代碼。
可能有人會質(zhì)疑：為什么要使用__asm__("":::"memory")向GCC聲明內(nèi)存發(fā)生了變化？明明“Instruction List”是空的，沒有任何對內(nèi)存的操作，這樣做只會增加GCC生成匯編代碼的數(shù)量。
確 實(shí)，那條內(nèi)聯(lián)匯編語句沒有對內(nèi)存作任何操作，事實(shí)上它確實(shí)什么都沒有做。但影響內(nèi)存內(nèi)容的不僅僅是你當(dāng)前正在運(yùn)行的程序。比如，如果你現(xiàn)在正在操作的內(nèi)存 是一塊內(nèi)存映射，映射的內(nèi)容是外圍I/O設(shè)備寄存器。那么操作這塊內(nèi)存的就不僅僅是當(dāng)前的程序，I/O設(shè)備也會去操作這塊內(nèi)存。既然兩者都會去操作同一塊 內(nèi)存，那么任何一方在任何時(shí)候都不能對這塊內(nèi)存的內(nèi)容想當(dāng)然。所以當(dāng)你使用高級語言C/C++寫這類程序的時(shí)候，你必須讓編譯器也能夠明白這一點(diǎn)，畢竟高 級語言最終要被編譯為匯編代碼。
你可能已經(jīng)注意到了，這次輸出的匯編結(jié)果中，有兩個(gè)符號：#APP和#NO_APP，GCC將內(nèi)聯(lián)匯編語 句中"Instruction List"所列出的指令放在#APP和#NO_APP之間，由于__asm__("":::"memory")中“Instruction List”為空，所以#APP和#NO_APP中間也沒有任何內(nèi)容。但我們以后的例子會更加清楚的表現(xiàn)這一點(diǎn)。
關(guān)于為什么內(nèi)聯(lián)匯編__asm__("":::"memory")是一條聲明內(nèi)存改變的語句，我們后面會詳細(xì)討論。
剛才我們花了大量的內(nèi)容來討論"Instruction List"為空是的情況，但在實(shí)際的編程中，"Instruction List"絕大多數(shù)情況下都不是空的。它可以有1條或任意多條匯編指令。
當(dāng) 在"Instruction List"中有多條指令的時(shí)候，你可以在一對引號中列出全部指令，也可以將一條或幾條指令放在一對引號中，所有指令放在多對引號中。如果是前者，你可以將 每一條指令放在一行，如果要將多條指令放在一行，則必須用分號（；）或換行符（\n，大多數(shù)情況下\n后還要跟一個(gè)\t，其中\(zhòng)n是為了換行，\t是為了 空出一個(gè)tab寬度的空格）將它們分開。比如：
__asm__("movl %eax, %ebx
sti
popl %edi
subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti
popl %edi; subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi
subl %ecx, %ebx");
都是合法的寫法。如果你將指令放在多對引號中，則除了最后一對引號之外，前面的所有引號里的最后一條指令之后都要有一個(gè)分號(；)或(\n)或(\n\t)。比如：
__asm__("movl %eax, %ebx
sti\n"
"popl %edi;"
"subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t"
"popl %edi; subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi\n"
"subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi;" "subl %ecx, %ebx");
都是合法的。
上述原則可以歸結(jié)為：
任意兩個(gè)指令間要么被分號(；)分開，要么被放在兩行；
放在兩行的方法既可以從通過\n的方法來實(shí)現(xiàn)，也可以真正的放在兩行；
可以使用1對或多對引號，每1對引號里可以放任一多條指令，所有的指令都要被放到引號中。
在基本內(nèi)聯(lián)匯編中，“Instruction List”的書寫的格式和你直接在匯編文件中寫非內(nèi)聯(lián)匯編沒有什么不同，你可以在其中定義Label，定義對齊(.align n )，定義段(.section name )。例如：
__asm__(".align 2\n\t"
"movl %eax, %ebx\n\t"
"test %ebx, %ecx\n\t"
"jne error\n\t"
"sti\n\t"
"error: popl %edi\n\t"
"subl %ecx, %ebx");
上面例子的格式是Linux內(nèi)聯(lián)代碼常用的格式，非常整齊。也建議大家都使用這種格式來寫內(nèi)聯(lián)匯編代碼。
3、__volatile__
__volatile__是GCC關(guān)鍵字volatile的宏定義：
#define __volatile__ volatile
__volatile__ 或volatile是可選的，你可以用它也可以不用它。如果你用了它，則是向GCC聲明“不要?jiǎng)游宜鶎懙腎nstruction List，我需要原封不動的保留每一條指令”，否則當(dāng)你使用了優(yōu)化選項(xiàng)(-O)進(jìn)行編譯時(shí)，GCC將會根據(jù)自己的判斷決定是否將這個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式中的指 令優(yōu)化掉。
那么GCC判斷的原則是什么？我不知道（如果有哪位朋友清楚的話，請告訴我）。我試驗(yàn)了一下，發(fā)現(xiàn)一條內(nèi)聯(lián)匯編語句如果是基本 內(nèi)聯(lián)匯編的話（即只有“Instruction List”，沒有Input/Output/Clobber的內(nèi)聯(lián)匯編，我們后面將會討論這一點(diǎn)），無論你是否使用__volatile__來修飾， GCC 2.96在優(yōu)化編譯時(shí)，都會原封不動的保留內(nèi)聯(lián)匯編中的“Instruction List”。但或許我的試驗(yàn)的例子并不充分，所以這一點(diǎn)并不能夠得到保證。
為了保險(xiǎn)起見，如果你不想讓GCC的優(yōu)化影響你的內(nèi)聯(lián)匯編代碼，你最好在前面都加上__volatile__，而不要依賴于編譯器的原則，因?yàn)榧词鼓惴浅Ａ私猱?dāng)前編譯器的優(yōu)化原則，你也無法保證這種原則將來不會發(fā)生變化。而__volatile__的含義卻是恒定的。
2、帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編
GCC允許你通過C/C++表達(dá)式指定內(nèi)聯(lián)匯編中"Instrcuction List"中指令的輸入和輸出，你甚至可以不關(guān)心到底使用哪個(gè)寄存器被使用，完全靠GCC來安排和指定。這一點(diǎn)可以讓程序員避免去考慮有限的寄存器的使用，也可以提高目標(biāo)代碼的效率。
我們先來看幾個(gè)例子：
__asm__ (" " : : : "memory" ); // 前面提到的
__asm__ ("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(rv) : "a"(foo) : "eax", "ebx");
__asm__ __volatile__("lidt %0": "=m" (idt_descr));
__asm__("subl %2,%0\n\t"
"sbbl %3,%1"
: "=a" (endlow), "=d" (endhigh)
: "g" (startlow), "g" (starthigh), "0" (endlow), "1" (endhigh));
怎么樣，有點(diǎn)印象了吧，是不是也有點(diǎn)暈？沒關(guān)系，下面討論完之后你就不會再暈了。（當(dāng)然，也有可能更暈^_^）。討論開始——
帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編格式為：
__asm__ __volatile__("Instruction List" : Output : Input : Clobber/Modify);
從中我們可以看出它和基本內(nèi)聯(lián)匯編的不同之處在于：它多了3個(gè)部分(Input，Output，Clobber/Modify)。在括號中的4個(gè)部分通過冒號(:)分開。
這4個(gè)部分都不是必須的，任何一個(gè)部分都可以為空，其規(guī)則為：
如 果Clobber/Modify為空，則其前面的冒號(:)必須省略。比如__asm__("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : "a"(inp) : )就是非法的寫法；而__asm__("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : "a"(inp) )則是正確的。
如果Instruction List為空，則Input，Output，Clobber/Modify可以不為空，也可以為空。比如__asm__ ( " " : : : "memory" );和__asm__(" " : : );都是合法的寫法。
如 果Output，Input，Clobber/Modify都為空，Output，Input之前的冒號(:)既可以省略，也可以不省略。如果都省略，則 此匯編退化為一個(gè)基本內(nèi)聯(lián)匯編，否則，仍然是一個(gè)帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編，此時(shí)"Instruction List"中的寄存器寫法要遵守相關(guān)規(guī)定，比如寄存器前必須使用兩個(gè)百分號(%%)，而不是像基本匯編格式一樣在寄存器前只使用一個(gè)百分號(%)。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : )；__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : )和__asm__( " mov %eax, %ebx" )都是正確的寫法，而__asm__( " mov %eax, %ebx" : : )；__asm__( " mov %eax, %ebx" : )和__asm__( " mov %%eax, %%ebx" )都是錯(cuò)誤的寫法。
如果Input，Clobber/Modify為空，但Output不為空，Input前的冒號(:)既可以省略，也可以不省略。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : )；__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) )都是正確的。
如果后面的部分不為空，而前面的部分為空，則前面的冒號(:)都必須保留，否則無法說 明不為空的部分究竟是第幾部分。比如， Clobber/Modify，Output為空，而Input不為空，則Clobber/Modify前的冒號必須省略（前面的規(guī)則），而Output 前的冒號必須為保留。如果Clobber/Modify不為空，而Input和Output都為空，則Input和Output前的冒號都必須保留。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : "a"(foo) )和__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : : "ebx" )。
從上面的規(guī)則可以看到另外一個(gè)事實(shí)，區(qū)分一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編是基本格式的還是帶有C/C++表達(dá)式格式的，其規(guī)則在于在"Instruction List"后是否有冒號(:)的存在，如果沒有則是基本格式的，否則，則是帶有C/C++表達(dá)式格式的。
兩種格式對寄存器語法的要求不同：基本格式要求寄存器前只能使用一個(gè)百分號(%)，這一點(diǎn)和非內(nèi)聯(lián)匯編相同；而帶有C/C++表達(dá)式格式則要求寄存器前必須使用兩個(gè)百分號(%%)，其原因我們會在后面討論。
1. Output
Output用來指定當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語句的輸出。我們看一看這個(gè)例子：
__asm__("movl %%cr0, %0": "=a" (cr0));
這 個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語句的輸出部分為"=r"(cr0)，它是一個(gè)“操作表達(dá)式”，指定了一個(gè)輸出操作。我們可以很清楚得看到這個(gè)輸出操作由兩部分組成：括號括住 的部分(cr0)和引號引住的部分"=a"。這兩部分都是每一個(gè)輸出操作必不可少的。括號括住的部分是一個(gè)C/C++表達(dá)式，用來保存內(nèi)聯(lián)匯編的一個(gè)輸出 值，其操作就等于C/C++的相等賦值cr0 = output_value，因此，括號中的輸出表達(dá)式只能是C/C++的左值表達(dá)式，也就是說它只能是一個(gè)可以合法的放在C/C++賦值操作中等號(=) 左邊的表達(dá)式。那么右值output_value從何而來呢？
答案是引號中的內(nèi)容，被稱作“操作約束”（Operation Constraint），在這個(gè)例子中操作約束為"=a"，它包含兩個(gè)約束：等號(=)和字母a，其中等號(=)說明括號中左值表達(dá)式cr0是一個(gè) Write-Only的，只能夠被作為當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編的輸入，而不能作為輸入。而字母a是寄存器EAX / AX / AL的簡寫，說明cr0的值要從eax寄存器中獲取，也就是說cr0 = eax，最終這一點(diǎn)被轉(zhuǎn)化成匯編指令就是movl %eax, address_of_cr0?，F(xiàn)在你應(yīng)該清楚了吧，操作約束中會給出：到底從哪個(gè)寄存器傳遞值給cr0。
另外，需要特別說明的是，很多 文檔都聲明，所有輸出操作的操作約束必須包含一個(gè)等號(=)，但GCC的文檔中卻很清楚的聲明，并非如此。因?yàn)榈忍?=)約束說明當(dāng)前的表達(dá)式是一個(gè) Write-Only的，但另外還有一個(gè)符號——加號(+)用來說明當(dāng)前表達(dá)式是一個(gè)Read-Write的，如果一個(gè)操作約束中沒有給出這兩個(gè)符號中的 任何一個(gè)，則說明當(dāng)前表達(dá)式是Read-Only的。因?yàn)閷τ谳敵霾僮鱽碚f，肯定是必須是可寫的，而等號(=)和加號(+)都表示可寫，只不過加號(+) 同時(shí)也表示是可讀的。所以對于一個(gè)輸出操作來說，其操作約束只需要有等號(=)或加號(+)中的任意一個(gè)就可以了。
二者的區(qū)別是：等號(=)表示當(dāng)前操作表達(dá)式指定了一個(gè)純粹的輸出操作，而加號(+)則表示當(dāng)前操作表達(dá)式不僅僅只是一個(gè)輸出操作還是一個(gè)輸入操作。但無論是等號(=)約束還是加號(+)約束所約束的操作表達(dá)式都只能放在Output域中，而不能被用在Input域中。
另外，有些文檔聲明：盡管GCC文檔中提供了加號(+)約束，但在實(shí)際的編譯中通不過；我不知道老版本會怎么樣，我在GCC 2.96中對加號(+)約束的使用非常正常。
我們通過一個(gè)例子看一下，在一個(gè)輸出操作中使用等號(=)約束和加號(+)約束的不同。
$ cat example2.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int cr0 = 5;
__asm__ __volatile__("movl %%cr0, %0":"=a" (cr0));
return 0;
}
$ gcc -S example2.c
$ cat example2.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
movl $5, -4(%ebp) # cr0 = 5
#APP
movl %cr0, %eax
#NO_APP
movl %eax, %eax
movl %eax, -4(%ebp) # cr0 = %eax
movl $0, %eax
leave
ret
這個(gè)例子是使用等號(=)約束的情況，變量cr0被放在內(nèi)存-4(%ebp)的位置，所以指令mov %eax, -4(%ebp)即表示將%eax的內(nèi)容輸出到變量cr0中。
下面是使用加號(+)約束的情況：
$ cat example3.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int cr0 = 5;
__asm__ __volatile__("movl %%cr0, %0" : "+a" (cr0));
return 0;
}
$ gcc -S example3.c
$ cat example3.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
movl $5, -4(%ebp) # cr0 = 5
movl -4(%ebp), %eax # input ( %eax = cr0 )
#APP
movl %cr0, %eax
#NO_APP
movl %eax, -4(%ebp) # output (cr0 = %eax )
movl $0, %eax
leave
ret
從編譯的結(jié)果可以看出，當(dāng)使用加號(+)約束的時(shí)候，cr0不僅作為輸出，還作為輸入，所使用寄存器都是寄存器約束(字母a，表示使用eax寄存器)指定的。關(guān)于寄存器約束我們后面討論。
在Output域中可以有多個(gè)輸出操作表達(dá)式，多個(gè)操作表達(dá)式中間必須用逗號(,)分開。例如：
__asm__(
"movl %%eax, %0 \n\t"
"pushl %%ebx \n\t"
"popl %1 \n\t"
"movl %1, %2"
: "+a"(cr0), "=b"(cr1), "=c"(cr2));
2、Input
Input域的內(nèi)容用來指定當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語句的輸入。我們看一看這個(gè)例子：
__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (cpu->db7));
例中Input域的內(nèi)容為一個(gè)表達(dá)式"a"[cpu->db7)，被稱作“輸入表達(dá)式”，用來表示一個(gè)對當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編的輸入。
像輸出表達(dá)式一樣，一個(gè)輸入表達(dá)式也分為兩部分：帶括號的部分(cpu->db7)和帶引號的部分"a"。這兩部分對于一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編輸入表達(dá)式來說也是必不可少的。
括 號中的表達(dá)式cpu->db7是一個(gè)C/C++語言的表達(dá)式，它不必是一個(gè)左值表達(dá)式，也就是說它不僅可以是放在C/C++賦值操作左邊的表達(dá)式， 還可以是放在C/C++賦值操作右邊的表達(dá)式。所以它可以是一個(gè)變量，一個(gè)數(shù)字，還可以是一個(gè)復(fù)雜的表達(dá)式（比如a+b/c*d）。比如上例可以改為： __asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (foo))，__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (0x1000))或__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (va*vb/vc))。
引號號中的 部分是約束部分，和輸出表達(dá)式約束不同的是，它不允許指定加號(+)約束和等號(=)約束，也就是說它只能是默認(rèn)的Read-Only的。約束中必須指定 一個(gè)寄存器約束，例中的字母a表示當(dāng)前輸入變量cpu->db7要通過寄存器eax輸入到當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編中。
我們看一個(gè)例子：
$ cat example4.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int cr0 = 5;
__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"a" (cr0));
return 0;
}
$ gcc -S example4.c
$ cat example4.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
movl $5, -4(%ebp) # cr0 = 5
movl -4(%ebp), %eax # %eax = cr0
#APP
movl %eax, %cr0
#NO_APP
movl $0, %eax
leave
ret
我們從編譯出的匯編代碼可以看到，在"Instruction List"之前，GCC按照我們的輸入約束"a"，將變量cr0的內(nèi)容裝入了eax寄存器。
3. Operation Constraint
每一個(gè)Input和Output表達(dá)式都必須指定自己的操作約束Operation Constraint，我們這里來討論在80386平臺上所可能使用的操作約束。
1、寄存器約束
當(dāng)你當(dāng)前的輸入或輸入需要借助一個(gè)寄存器時(shí)，你需要為其指定一個(gè)寄存器約束。你可以直接指定一個(gè)寄存器的名字，比如：
__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"eax" (cr0));
也可以指定一個(gè)縮寫，比如：
__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"a" (cr0));
如果你指定一個(gè)縮寫，比如字母a，則GCC將會根據(jù)當(dāng)前操作表達(dá)式中C/C++表達(dá)式的寬度決定使用%eax，還是%ax或%al。比如：
unsigned short __shrt;
__asm__ ("mov %0，%%bx" : : "a"(__shrt));
由于變量__shrt是16-bit short類型，則編譯出來的匯編代碼中，則會讓此變量使用%ex寄存器。編譯結(jié)果為：
movw -2(%ebp), %ax # %ax = __shrt
#APP
movl %ax, %bx
#NO_APP
無論是Input，還是Output操作表達(dá)式約束，都可以使用寄存器約束。
下表中列出了常用的寄存器約束的縮寫。
約束 Input/Output 意義
r I,O 表示使用一個(gè)通用寄存器，由GCC在%eax/%ax/%al, %ebx/%bx/%bl, %ecx/%cx/%cl, %edx/%dx/%dl中選取一個(gè)GCC認(rèn)為合適的。
q I,O 表示使用一個(gè)通用寄存器，和r的意義相同。
a I,O 表示使用%eax / %ax / %al
b I,O 表示使用%ebx / %bx / %bl
c I,O 表示使用%ecx / %cx / %cl
d I,O 表示使用%edx / %dx / %dl
D I,O 表示使用%edi / %di
S I,O 表示使用%esi / %si
f I,O 表示使用浮點(diǎn)寄存器
t I,O 表示使用第一個(gè)浮點(diǎn)寄存器
u I,O 表示使用第二個(gè)浮點(diǎn)寄存器
2、內(nèi)存約束
如果一個(gè)Input/Output操作表達(dá)式的C/C++表達(dá)式表現(xiàn)為一個(gè)內(nèi)存地址，不想借助于任何寄存器，則可以使用內(nèi)存約束。比如：
__asm__ ("lidt %0" : "=m"(__idt_addr)); 或 __asm__ ("lidt %0" : :"m"(__idt_addr));
我們看一下它們分別被放在一個(gè)C源文件中，然后被GCC編譯后的結(jié)果：
$ cat example5.c
// 本例中，變量sh被作為一個(gè)內(nèi)存輸入
int main(int __argc, char* __argv[])
{
char* sh = (char*)&__argc;
__asm__ __volatile__("lidt %0" : : "m" (sh));
return 0;
}
$ gcc -S example5.c
$ cat example5.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
leal 8(%ebp), %eax
movl %eax, -4(%ebp) # sh = (char*) &__argc
#APP
lidt -4(%ebp)
#NO_APP
movl $0, %eax
leave
ret
$ cat example6.c
// 本例中，變量sh被作為一個(gè)內(nèi)存輸出
int main(int __argc, char* __argv[])
{
char* sh = (char*)&__argc;
__asm__ __volatile__("lidt %0" : "=m" (sh));
return 0;
}
$ gcc -S example6.c
$ cat example6.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
leal 8(%ebp), %eax
movl %eax, -4(%ebp) # sh = (char*) &__argc
#APP
lidt -4(%ebp)
#NO_APP
movl $0, %eax
leave
ret
首先，你會注意到，在這兩個(gè)例子中，變量sh沒有借助任何寄存器，而是直接參與了指令lidt的操作。
其次，通過仔細(xì)觀察，你會發(fā)現(xiàn)一個(gè)驚人的事實(shí)，兩個(gè)例子編譯出來的匯編代碼是一樣的！雖然，一個(gè)例子中變量sh作為輸入，而另一個(gè)例子中變量sh作為輸出。這是怎么回事？
原來，使用內(nèi)存方式進(jìn)行輸入輸出時(shí)，由于不借助寄存器，所以GCC不會按照你的聲明對其作任何的輸入輸出處理。GCC只會直接拿來用，究竟對這個(gè)C/C++表達(dá)式而言是輸入還是輸出，完全依賴與你寫在"Instruction List"中的指令對其操作的指令。
由 于上例中，對其操作的指令為lidt，lidt指令的操作數(shù)是一個(gè)輸入型的操作數(shù)，所以事實(shí)上對變量sh的操作是一個(gè)輸入操作，即使你把它放在 Output域也不會改變這一點(diǎn)。所以，對此例而言，完全符合語意的寫法應(yīng)該是將sh放在Input域，盡管放在Output域也會有正確的執(zhí)行結(jié)果。
所 以，對于內(nèi)存約束類型的操作表達(dá)式而言，放在Input域還是放在Output域，對編譯結(jié)果是沒有任何影響的，因?yàn)楸緛砦覀儗⒁粋€(gè)操作表達(dá)式放在 Input域或放在Output域是希望GCC能為我們自動通過寄存器將表達(dá)式的值輸入或輸出。既然對于內(nèi)存約束類型的操作表達(dá)式來說，GCC不會自動為 它做任何事情，那么放在哪兒也就無所謂了。但從程序員的角度而言，為了增強(qiáng)代碼的可讀性，最好能夠把它放在符合實(shí)際情況的地方。
約束 Input/Output 意義
m I,O 表示使用系統(tǒng)所支持的任何一種內(nèi)存方式，不需要借助寄存器
|
[Linux]__asm__ __volatile__ GCC的內(nèi)嵌匯編語法 AT&T匯編語言語法（二）
2010-03-17 11:35
http://hi.baidu.com/hilyjiang/blog/item/2254e62afd6db42cd42af180.html
3、立即數(shù)約束
如果一個(gè)Input/Output操作表達(dá)式的C/C++表達(dá)式是一個(gè)數(shù)字常數(shù)，不想借助于任何寄存器，則可以使用立即數(shù)約束。
由于立即數(shù)在C/C++中只能作為右值，所以對于使用立即數(shù)約束的表達(dá)式而言，只能放在Input域。
比如：__asm__ __volatile__("movl %0, %%eax" : : "i" (100) );
立即數(shù)約束很簡單，也很容易理解，我們在這里就不再贅述。
約束 Input/Output 意義
i I 表示輸入表達(dá)式是一個(gè)立即數(shù)(整數(shù))，不需要借助任何寄存器
F I 表示輸入表達(dá)式是一個(gè)立即數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))，不需要借助任何寄存器
4、通用約束
約束 Input/Output 意義
g I,O 表示可以使用通用寄存器，內(nèi)存，立即數(shù)等任何一種處理方式。
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 I 表示和第n個(gè)操作表達(dá)式使用相同的寄存器/內(nèi)存。
通 用約束g是一個(gè)非常靈活的約束，當(dāng)程序員認(rèn)為一個(gè)C/C++表達(dá)式在實(shí)際的操作中，究竟使用寄存器方式，還是使用內(nèi)存方式或立即數(shù)方式并無所謂時(shí)，或者程 序員想實(shí)現(xiàn)一個(gè)靈活的模板，讓GCC可以根據(jù)不同的C/C++表達(dá)式生成不同的訪問方式時(shí)，就可以使用通用約束g。比如：
#define JUST_MOV(foo) __asm__ ("movl %0, %%eax" : : "g"(foo))
JUST_MOV(100)和JUST_MOV(var)則會讓編譯器產(chǎn)生不同的代碼。
int main(int __argc, char* __argv[])
{
JUST_MOV(100);
return 0;
}
編譯后生成的代碼為：
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
#APP
movl $100, %eax
#NO_APP
movl $0, %eax
popl %ebp
ret
很明顯這是立即數(shù)方式。而下一個(gè)例子：
int main(int __argc, char* __argv[])
{
JUST_MOV(__argc);
return 0;
}
經(jīng)編譯后生成的代碼為：
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
#APP
movl 8(%ebp), %eax
#NO_APP
movl $0, %eax
popl %ebp
ret
這個(gè)例子是使用內(nèi)存方式。
一個(gè)帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編，其操作表達(dá)式被按照被列出的順序編號，第一個(gè)是0，第2個(gè)是1，依次類推，GCC最多允許有10個(gè)操作表達(dá)式。比如：
__asm__ ("popl %0 \n\t"
"movl %1, %%esi \n\t"
"movl %2, %%edi \n\t"
: "=a"(__out)
: "r" (__in1), "r" (__in2));
此例中，__out所在的Output操作表達(dá)式被編號為0，"r"(__in1)被編號為1，"r"(__in2)被編號為2。
再如：
__asm__ ("movl %%eax, %%ebx" : : "a"(__in1), "b"(__in2));
此例中，"a"(__in1)被編號為0，"b"(__in2)被編號為1。
如 果某個(gè)Input操作表達(dá)式使用數(shù)字0到9中的一個(gè)數(shù)字（假設(shè)為1）作為它的操作約束，則等于向GCC聲明：“我要使用和編號為1的Output操作表達(dá) 式相同的寄存器（如果Output操作表達(dá)式1使用的是寄存器），或相同的內(nèi)存地址（如果Output操作表達(dá)式1使用的是內(nèi)存）”。上面的描述包含兩個(gè) 限定：數(shù)字0到數(shù)字9作為操作約束只能用在Input操作表達(dá)式中，被指定的操作表達(dá)式（比如某個(gè)Input操作表達(dá)式使用數(shù)字1作為約束，那么被指定的 就是編號為1的操作表達(dá)式）只能是Output操作表達(dá)式。
由于GCC規(guī)定最多只能有10個(gè)Input/Output操作表達(dá)式，所以事 實(shí)上數(shù)字9作為操作約束永遠(yuǎn)也用不到，因?yàn)镺utput操作表達(dá)式排在Input操作表達(dá)式的前面，那么如果有一個(gè)Input操作表達(dá)式指定了數(shù)字9作為 操作約束的話，那么說明Output操作表達(dá)式的數(shù)量已經(jīng)至少為10個(gè)了，那么再加上這個(gè)Input操作表達(dá)式，則至少為11個(gè)了，以及超出GCC的限 制。
5、Modifier Characters（修飾符）
等號(=)和加號(+)用于對Output操作表達(dá)式的修 飾，一個(gè)Output操作表達(dá)式要么被等號(=)修飾，要么被加號(+)修飾，二者必居其一。使用等號(=)說明此Output操作表達(dá)式是Write- Only的，使用加號(+)說明此Output操作表達(dá)式是Read-Write的。它們必須被放在約束字符串的第一個(gè)字母。比如"a="(foo)是非 法的，而"+g"(foo)則是合法的。
當(dāng)使用加號(+)的時(shí)候，此Output表達(dá)式等價(jià)于使用等號(=)約束加上一個(gè)Input表達(dá)式。比如
__asm__ ("movl %0, %%eax; addl %%eax, %0" : "+b"(foo)) 等價(jià)于
__asm__ ("movl %1, %%eax; addl %%eax, %0" : "=b"(foo) : "b"(foo))
但如果使用后一種寫法，"Instruction List"中的別名也要相應(yīng)的改動。關(guān)于別名，我們后面會討論。
像 等號(=)和加號(+)修飾符一樣，符號(&)也只能用于對Output操作表達(dá)式的修飾。當(dāng)使用它進(jìn)行修飾時(shí)，等于向GCC聲明："GCC不得 為任何Input操作表達(dá)式分配與此Output操作表達(dá)式相同的寄存器"。其原因是&修飾符意味著被其修飾的Output操作表達(dá)式要在所有的 Input操作表達(dá)式被輸入前輸出。我們看下面這個(gè)例子：
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int __in1 = 8, __in2 = 4, __out = 3;
__asm__ ("popl %0 \n\t"
"movl %1, %%esi \n\t"
"movl %2, %%edi \n\t"
: "=a"(__out)
: "r" (__in1), "r" (__in2));
return 0;
}
此 例中，%0對應(yīng)的就是Output操作表達(dá)式，它被指定的寄存器是%eax，整個(gè)Instruction List的第一條指令popl %0，編譯后就成為popl %eax，這時(shí)%eax的內(nèi)容已經(jīng)被修改，隨后在Instruction List后，GCC會通過movl %eax, address_of_out這條指令將%eax的內(nèi)容放置到Output變量__out中。對于本例中的兩個(gè)Input操作表達(dá)式而言，它們的寄存器約 束為"r"，即要求GCC為其指定合適的寄存器，然后在Instruction List之前將__in1和__in2的內(nèi)容放入被選出的寄存器中，如果它們中的一個(gè)選擇了已經(jīng)被__out指定的寄存器%eax，假如是__in1，那 么GCC在Instruction List之前會插入指令movl address_of_in1, %eax，那么隨后popl %eax指令就修改了%eax的值，此時(shí)%eax中存放的已經(jīng)不是Input變量__in1的值了，那么隨后的movl %1, %%esi指令，將不會按照我們的本意——即將__in1的值放入%esi中——而是將__out的值放入%esi中了。
下面就是本例的編譯結(jié)果，很明顯，GCC為__in2選擇了和__out相同的寄存器%eax，這與我們的初衷不符。
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $12, %esp
movl $8, -4(%ebp)
movl $4, -8(%ebp)
movl $3, -12(%ebp)
movl -4(%ebp), %edx # __in1使用寄存器%edx
movl -8(%ebp), %eax # __in2使用寄存器%eax
#APP
popl %eax
movl %edx, %esi
movl %eax, %edi
#NO_APP
movl %eax, %eax
movl %eax, -12(%ebp) # __out使用寄存器%eax
movl $0, %eax
leave
ret
為 了避免這種情況，我們必須向GCC聲明這一點(diǎn)，要求GCC為所有的Input操作表達(dá)式指定別的寄存器，方法就是在Output操作表達(dá)式"=a" (__out)的操作約束中加入&約束，由于GCC規(guī)定等號(=)約束必須放在第一個(gè)，所以我們寫作"=&a"(__out)。
下面是我們將&約束加入之后編譯的結(jié)果：
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $12, %esp
movl $8, -4(%ebp)
movl $4, -8(%ebp)
movl $3, -12(%ebp)
movl -4(%ebp), %edx #__in1使用寄存器%edx
movl -8(%ebp), %eax
movl %eax, %ecx # __in2使用寄存器%ecx
#APP
popl %eax
movl %edx, %esi
movl %ecx, %edi
#NO_APP
movl %eax, %eax
movl %eax, -12(%ebp) #__out使用寄存器%eax
movl $0, %eax
leave
ret
OK！這下好了，完全與我們的意圖吻合。
如 果一個(gè)Output操作表達(dá)式的寄存器約束被指定為某個(gè)寄存器，只有當(dāng)至少存在一個(gè)Input操作表達(dá)式的寄存器約束為可選約束時(shí)，（可選約束的意思是可 以從多個(gè)寄存器中選取一個(gè)，或使用非寄存器方式），比如"r"或"g"時(shí)，此Output操作表達(dá)式使用&修飾才有意義。如果你為所有的 Input操作表達(dá)式指定了固定的寄存器，或使用內(nèi)存/立即數(shù)約束，則此Output操作表達(dá)式使用&修飾沒有任何意義。比如：
__asm__ ("popl %0 \n\t"
"movl %1, %%esi \n\t"
"movl %2, %%edi \n\t"
: "=&a"(__out)
: "m" (__in1), "c" (__in2));
此例中的Output操作表達(dá)式完全沒有必要使用&來修飾，因?yàn)開_in1和__in2都被指定了固定的寄存器，或使用了內(nèi)存方式，GCC無從選擇。
但如果你已經(jīng)為某個(gè)Output操作表達(dá)式指定了&修飾，并指定了某個(gè)固定的寄存器，你就不能再為任何Input操作表達(dá)式指定這個(gè)寄存器，否則會出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。比如：
__asm__ ("popl %0 \n\t"
"movl %1, %%esi \n\t"
"movl %2, %%edi \n\t"
: "=&a"(__out)
: "a" (__in1), "c" (__in2));
本例中，由于__out已經(jīng)指定了寄存器%eax，同時(shí)使用了符號&修飾，則再為__in1指定寄存器%eax就是非法的。
反過來，你也可以為Output指定可選約束，比如"r","g"等，讓GCC為其選擇到底使用哪個(gè)寄存器，還是使用內(nèi)存方式，GCC在選擇的時(shí)候，會首先排除掉已經(jīng)被Input操作表達(dá)式使用的所有寄存器，然后在剩下的寄存器中選擇，或干脆使用內(nèi)存方式。比如：
__asm__ ("popl %0 \n\t"
"movl %1, %%esi \n\t"
"movl %2, %%edi \n\t"
: "=&r"(__out)
: "a" (__in1), "c" (__in2));
本例中，由于__out指定了約束"r"，即讓GCC為其決定使用哪一格寄存器，而寄存器%eax和%ecx已經(jīng)被__in1和__in2使用，那么GCC在為__out選擇的時(shí)候，只會在%ebx和%edx中選擇。
前3 個(gè)修飾符只能用在Output操作表達(dá)式中，而百分號[%]修飾符恰恰相反，只能用在Input操作表達(dá)式中，用于向GCC聲明：“當(dāng)前Input操作表 達(dá)式中的C/C++表達(dá)式可以和下一個(gè)Input操作表達(dá)式中的C/C++表達(dá)式互換”。這個(gè)修飾符號一般用于符合交換律運(yùn)算，比如加(+)，乘(*)， 與(&)，或(|)等等。我們看一個(gè)例子：
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int __in1 = 8, __in2 = 4, __out = 3;
__asm__ ("addl %1, %0\n\t"
: "=r"(__out)
: "%r" (__in1), "0" (__in2));
return 0;
}
在 此例中，由于指令是一個(gè)加法運(yùn)算，相當(dāng)于等式__out = __in1 + __in2，而它與等式__out = __in2 + __in1沒有什么不同。所以使用百分號修飾，讓GCC知道__in1和__in2可以互換，也就是說GCC可以自動將本例的內(nèi)聯(lián)匯編改變?yōu)椋?br />
__asm__ ("addl %1, %0\n\t"
: "=r"(__out)
: "%r" (__in2), "0" (__in1));
修飾符 Input/Output 意義
= O 表示此Output操作表達(dá)式是Write-Only的
+ O 表示此Output操作表達(dá)式是Read-Write的
& O 表示此Output操作表達(dá)式獨(dú)占為其指定的寄存器
% I 表示此Input操作表達(dá)式中的C/C++表達(dá)式可以和下一個(gè)Input操作表達(dá)式中的C/C++表達(dá)式互換
4. 占位符
什么叫占位符？我們看一看下面這個(gè)例子：
__asm__ ("addl %1, %0\n\t"
: "=a"(__out)
: "m" (__in1), "a" (__in2));
這 個(gè)例子中的%0和%1就是占位符。每一個(gè)占位符對應(yīng)一個(gè)Input/Output操作表達(dá)式。我們在之前已經(jīng)提到，GCC規(guī)定一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語句最多可以有 10個(gè)Input/Output操作表達(dá)式，然后按照它們被列出的順序依次賦予編號0到9。對于占位符中的數(shù)字而言，和這些編號是對應(yīng)的。
由于占位符前面使用一個(gè)百分號(%)，為了區(qū)別占位符和寄存器，GCC規(guī)定在帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編中，"Instruction List"中直接寫出的寄存器前必須使用兩個(gè)百分號(%%)。
GCC 對其進(jìn)行編譯的時(shí)候，會將每一個(gè)占位符替換為對應(yīng)的Input/Output操作表達(dá)式所指定的寄存器/內(nèi)存地址/立即數(shù)。比如在上例中，占位符%0對應(yīng) Output操作表達(dá)式"=a"(__out)，而"=a"(__out)指定的寄存器為%eax，所以把占位符%0替換為%eax，占位符%1對應(yīng) Input操作表達(dá)式"m"(__in1)，而"m"(__in1)被指定為內(nèi)存操作，所以把占位符%1替換為變量__in1的內(nèi)存地址。
也許有人認(rèn)為，在上面這個(gè)例子中，完全可以不使用%0，而是直接寫%%eax，就像這樣：
__asm__ ("addl %1, %%eax\n\t"
: "=a"(__out)
: "m" (__in1), "a" (__in2));
和 上面使用占位符%0沒有什么不同，那么使用占位符%0就沒有什么意義。確實(shí)，兩者生成的代碼完全相同，但這并不意味著這種情況下占位符沒有意義。因?yàn)槿绻?不使用占位符，那么當(dāng)有一天你想把變量__out的寄存器約束由a改為b時(shí)，那么你也必須將addl指令中的%%eax改為%%ebx，也就是說你需要同 時(shí)修改兩個(gè)地方，而如果你使用占位符，你只需要修改一次就夠了。另外，如果你不使用占位符，將不利于代碼的清晰性。在上例中，如果你使用占位符，那么你一 眼就可以得知，addl指令的第二個(gè)操作數(shù)內(nèi)容最終會輸出到變量__out中；否則，如果你不用占位符，而是直接將addl指令的第2個(gè)操作數(shù)寫為%% eax，那么你需要考慮一下才知道它最終需要輸出到變量__out中。這是占位符最粗淺的意義。畢竟在這種情況下，你完全可以不用。
但對于這些情況來說，不用占位符就完全不行了：
首 先，我們看一看上例中的第1個(gè)Input操作表達(dá)式"m"(__in1)，它被GCC替換之后，表現(xiàn)為addl address_of_in1, %%eax，__in1的地址是什么？編譯時(shí)才知道。所以我們完全無法直接在指令中去寫出__in1的地址，這時(shí)使用占位符，交給GCC在編譯時(shí)進(jìn)行替 代，就可以解決這個(gè)問題。所以這種情況下，我們必須使用占位符。
其次，如果上例中的Output操作表達(dá)式"=a"(__out)改為" =r"(__out)，那么__out在究竟使用那么寄存器只有到編譯時(shí)才能通過GCC來決定，既然在我們寫代碼的時(shí)候，我們不知道究竟哪個(gè)寄存器被選 擇，我們也就不能直接在指令中寫出寄存器的名稱，而只能通過占位符替代來解決。
5. Clobber/Modify
有時(shí)候，你想通知GCC當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語句可能會對某些寄存器或內(nèi)存進(jìn)行修改，希望GCC在編譯時(shí)能夠?qū)⑦@一點(diǎn)考慮進(jìn)去。那么你就可以在Clobber/Modify域聲明這些寄存器或內(nèi)存。
這 種情況一般發(fā)生在一個(gè)寄存器出現(xiàn)在"Instruction List"，但卻不是由Input/Output操作表達(dá)式所指定的，也不是在一些Input/Output操作表達(dá)式使用"r","g"約束時(shí)由GCC 為其選擇的，同時(shí)此寄存器被"Instruction List"中的指令修改，而這個(gè)寄存器只是供當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編臨時(shí)使用的情況。比如：
__asm__ ("movl %0, %%ebx" : : "a"(__foo) : "bx");
寄存器%ebx出現(xiàn)在"Instruction List中"，并且被movl指令修改，但卻未被任何Input/Output操作表達(dá)式指定，所以你需要在Clobber/Modify域指定"bx"，以讓GCC知道這一點(diǎn)。
因 為你在Input/Output操作表達(dá)式所指定的寄存器，或當(dāng)你為一些Input/Output操作表達(dá)式使用"r","g"約束，讓GCC為你選擇一 個(gè)寄存器時(shí)，GCC對這些寄存器是非常清楚的——它知道這些寄存器是被修改的，你根本不需要在Clobber/Modify域再聲明它們。但除此之外， GCC對剩下的寄存器中哪些會被當(dāng)前的內(nèi)聯(lián)匯編修改一無所知。所以如果你真的在當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編指令中修改了它們，那么就最好在Clobber/Modify 中聲明它們，讓GCC針對這些寄存器做相應(yīng)的處理。否則有可能會造成寄存器的不一致，從而造成程序執(zhí)行錯(cuò)誤。
在Clobber/Modify域中指定這些寄存器的方法很簡單，你只需要將寄存器的名字使用雙引號(" ")引起來。如果有多個(gè)寄存器需要聲明，你需要在任意兩個(gè)聲明之間用逗號隔開。比如：
__asm__ ("movl %0, %%ebx; popl %%ecx" : : "a"(__foo) : "bx", "cx" );
這些串包括：
聲明的串 代表的寄存器
"al","ax","eax" %eax
"bl","bx","ebx" %ebx
"cl","cx","ecx" %ecx
"dl","dx","edx" %edx
"si","esi" %esi
"di", "edi" %edi
由上表可以看出，你只需要使用"ax","bx","cx","dx","si","di"就可以了，因?yàn)槠渌亩己退鼈冎械囊粋€(gè)是等價(jià)的。
如 果你在一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語句的Clobber/Modify域向GCC聲明某個(gè)寄存器內(nèi)容發(fā)生了改變，GCC在編譯時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)這個(gè)被聲明的寄存器的內(nèi)容在此 內(nèi)聯(lián)匯編語句之后還要繼續(xù)使用，那么GCC會首先將此寄存器的內(nèi)容保存起來，然后在此內(nèi)聯(lián)匯編語句的相關(guān)生成代碼之后，再將其內(nèi)容恢復(fù)。我們來看兩個(gè)例 子，然后對比一下它們之間的區(qū)別。
這個(gè)例子中聲明了寄存器%ebx內(nèi)容發(fā)生了改變：
$ cat example7.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int in = 8;
__asm__ ("addl %0, %%ebx"
: /* no output */
: "a" (in) : "bx");
return 0;
}
$ gcc -O -S example7.c
$ cat example7.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
pushl %ebx # %ebx內(nèi)容被保存
movl $8, %eax
#APP
addl %eax, %ebx
#NO_APP
movl $0, %eax
movl (%esp), %ebx # %ebx內(nèi)容被恢復(fù)
leave
ret
下面這個(gè)例子的C源碼與上一個(gè)例子除了沒有聲明%ebx寄存器發(fā)生了改變之外，其它都相同。
$ cat example8.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int in = 8;
__asm__ ("addl %0, %%ebx"
: /* no output */
: "a" (in) );
return 0;
}
$ gcc -O -S example8.c
$ cat example8.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl $8, %eax
#APP
addl %eax, %ebx
#NO_APP
movl $0, %eax
popl %ebp
ret
仔細(xì)對比一下example7.s和example8.s，你就會明白在Clobber/Modify域聲明一個(gè)寄存器的意義。
另 外需要注意的是，如果你在Clobber/Modify域聲明了一個(gè)寄存器，那么這個(gè)寄存器將不能再被用做當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語句的Input/Output操 作表達(dá)式的寄存器約束，如果Input/Output操作表達(dá)式的寄存器約束被指定為"r"或"g"，GCC也不會選擇已經(jīng)被聲明在 Clobber/Modify中的寄存器。比如：
__asm__ ("movl %0, %%ebx" : : "a"(__foo) : "ax", "bx");
此例中，由于Output操作表達(dá)式"a"(__foo)的寄存器約束已經(jīng)指定了%eax寄存器，那么再在Clobber/Modify域中指定"ax"就是非法的。編譯時(shí)，GCC會給出編譯錯(cuò)誤。
除 了寄存器的內(nèi)容會被改變，內(nèi)存的內(nèi)容也可以被修改。如果一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語句"Instruction List"中的指令對內(nèi)存進(jìn)行了修改，或者在此內(nèi)聯(lián)匯編出現(xiàn)的地方內(nèi)存內(nèi)容可能發(fā)生改變，而被改變的內(nèi)存地址你沒有在其Output操作表達(dá)式使用"m" 約束，這種情況下你需要使用在Clobber/Modify域使用字符串"memory"向GCC聲明：“在這里，內(nèi)存發(fā)生了，或可能發(fā)生了改變”。例 如：
void * memset(void * s, char c, size_t count)
{
__asm__("cld\n\t"
"rep\n\t"
"stosb"
: /* no output */
: "a" (c),"D" (s),"c" (count)
: "cx","di","memory");
return s;
}
此 例實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫memset，其內(nèi)聯(lián)匯編中的stosb對內(nèi)存進(jìn)行了改動，而其被修改的內(nèi)存地址s被指定裝入%edi，沒有任何Output操作表達(dá) 式使用了"m"約束，以指定內(nèi)存地址s處的內(nèi)容發(fā)生了改變。所以在其Clobber/Modify域使用"memory"向GCC聲明：內(nèi)存內(nèi)容發(fā)生了變 動。
如果一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語句的Clobber/Modify域存在"memory"，那么GCC會保證在此內(nèi)聯(lián)匯編之前，如果某個(gè)內(nèi)存的內(nèi) 容被裝入了寄存器，那么在這個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編之后，如果需要使用這個(gè)內(nèi)存處的內(nèi)容，就會直接到這個(gè)內(nèi)存處重新讀取，而不是使用被存放在寄存器中的拷貝。因?yàn)檫@個(gè) 時(shí)候寄存器中的拷貝已經(jīng)很可能和內(nèi)存處的內(nèi)容不一致了。
這只是使用"memory"時(shí)，GCC會保證做到的一點(diǎn)，但這并不是全部。因?yàn)槭褂?memory"是向GCC聲明內(nèi)存發(fā)生了變化，而內(nèi)存發(fā)生變化帶來的影響并不止這一點(diǎn)。比如我們在前面講到的例子：
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int* __p = (int*)__argc;
(*__p) = 9999;
__asm__("":::"memory");
if((*__p) == 9999)
return 5;
return (*__p);
}
本 例中，如果沒有那條內(nèi)聯(lián)匯編語句，那個(gè)if語句的判斷條件就完全是一句廢話。GCC在優(yōu)化時(shí)會意識到這一點(diǎn)，而直接只生成return 5的匯編代碼，而不會再生成if語句的相關(guān)代碼，而不會生成return (*__p)的相關(guān)代碼。但你加上了這條內(nèi)聯(lián)匯編語句，它除了聲明內(nèi)存變化之外，什么都沒有做。但GCC此時(shí)就不能簡單的認(rèn)為它不需要判斷都知道 (*__p)一定與9999相等，它只有老老實(shí)實(shí)生成這條if語句的匯編代碼，一起相關(guān)的兩個(gè)return語句相關(guān)代碼。
當(dāng)一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編 指令中包含影響eflags寄存器中的條件標(biāo)志（也就是那些Jxx等跳轉(zhuǎn)指令要參考的標(biāo)志位，比如，進(jìn)位標(biāo)志，0標(biāo)志等），那么需要在 Clobber/Modify域中使用"cc"來聲明這一點(diǎn)。這些指令包括adc, div，popfl，btr，bts等等，另外，當(dāng)包含call指令時(shí)，由于你不知道你所call的函數(shù)是否會修改條件標(biāo)志，為了穩(wěn)妥起見，最好也使用 "cc"。
我很少在相關(guān)資料中看到有關(guān)"cc"的確切用法，只有一份文檔提到了它，但還不是i386平臺的，只是說"cc"是處理器平臺 相關(guān)的，并非所有的平臺都支持它，但即使在不支持它的平臺上，使用它也不會造成編譯錯(cuò)誤。我做了一些實(shí)驗(yàn)，但發(fā)現(xiàn)使用"cc"和不使用"cc"所生成的代 碼沒有任何不同。但Linux 2.4的相關(guān)代碼中用到了它。如果誰知道在i386平臺上"cc"的細(xì)節(jié)，請和我聯(lián)系。
另外，還可以在 Clobber/Modify域指定數(shù)字0到9，以聲明第n個(gè)Input/Output操作表達(dá)式所使用的寄存器發(fā)生了變化，但正如我們在前面所提到的， 如果你為某個(gè)Input/Output操作表達(dá)式指定了寄存器，或使用"g","r"等約束讓GCC為其選擇寄存器，GCC已經(jīng)知道哪個(gè)寄存器內(nèi)容發(fā)生了 變化，所以這么做沒有什么意義；我也作了相關(guān)的試驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)使用它會對GCC生成的匯編代碼有任何影響，至少在i386平臺上是這樣。Linux 2.4的所有i386平臺相關(guān)內(nèi)聯(lián)匯編代碼中都沒有使用這一點(diǎn)，但S390平臺相關(guān)代碼中有用到，但由于我對S390匯編沒有任何概念，所以，也不知道這么做的意義何在。 |
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