gcc中的内嵌汇编语言.docx
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gcc中的内嵌汇编语言
gcc中的内嵌汇编语言
作者：
欧阳光ouyangguang@
初次接触到AT&T格式的汇编代码,看着那一堆莫名其妙的怪符号,真是有点痛不欲生的感觉,
只好慢慢地去啃gcc文档,在似懂非懂的状态下过了一段时间。
后来又在网上找到了灵溪写的
《gcc中的内嵌汇编语言》一文,读后自感大有裨益。
几个月下来，接触的源代码多了以后,慢慢
有了一些经验。
为了使初次接触AT&T格式的汇编代码的同志不至于遭受我这样的痛苦,就整理出
该文来和大家共享.如有错误之处,欢迎大家指正,共同提高.
本文主要以举例的方式对gcc中的内嵌汇编语言进行进一步的解释。
一、gcc对内嵌汇编语言的处理方式
gcc在编译内嵌汇编语言时,采取的步骤如下
1.变量输入:
根据限定符的内容将输入操作数放入合适的寄存器,如果限定符指定为立即
数（"I"）或内存变量（"m"）,则该步被省略,如果限定符没有具体指定输入操作数的类型（如
常用的"g"）,gcc会视需要决定是否将该操作数输入到某个寄存器.这样每个占位符都与某
个寄存器,内存变量,或立即数形成了一一对应的关系.这就是对第二个冒号后内容的解释.
如:
:
"a"（foo）,"I"（100）,"m"（bar）表示%0对应eax寄存器,%1对应100,%2对应内存变量
bar.
2.生成代码:
然后根据这种一一对应的关系（还应包括输出操作符）,用这些寄存器,内存变
量,或立即数来取代汇编代码中的占位符（则有点像宏操作）,注意,则一步骤并不检查由这
种取代操作所生成的汇编代码是否合法,例如,如果有这样一条指令asm（"movl
%0,%1":
:
"m"（foo）,"m"（bar））;如果你用gcc-c-S选项编译该源文件,那么在生成的汇
编文件中,你将会看到生成了movlfoo,bar这样一条指令,这显然是错误的.这个错误在稍
后的编译检查中会被发现.
3.变量输出:
按照输出限定符的指定将寄存器的内容输出到某个内存变量中,如果输出操
作数的限定符指定为内存变量（"m"）,则该步骤被省略.这就是对第一个冒号后内容的解
释,如:
asm（"mov%0,%1":
"=m"（foo）,"=a"（bar）:
）;编译后为
#APP
movlfoo,eax
#NO_APP
movleax,bar
该语句虽然有点怪怪的,但它很好的体现了gcc的运作方式.
再以arch/i386/kernel/apm.c中的一段代码为例，我们来比较一下它们编译前后的情况
源程序
编译后的汇编代码
__asm__（
"pushl%%edi\n\t"
"pushl%%ebp\n\t"
"lcall%%cs:
\n\t"
"setc%%al\n\t"
"addl%1,%2\n\t"
"popl%%ebp\n\t"
"popl%%edi\n\t"
:
"=a"（ea）,"=b"（eb）,
"=c"（ec）,"=d"（ed）,"=S"（es）
:
"a"（eax_in）,"b"（ebx_in）,"c"（ecx_in）
:
"memory","cc"）;
movleax_in,%eax
movlebx_in,%ebx
movlecx_in,%ecx
#APP
pushl%edi
pushl%ebp
lcall%cs:
setc%al
addleb,ec
popl%ebp
popl%edi
#NO_APP
movl%eax,ea
movl%ebx,eb
movl%ecx,ec
movl%edx,ed
movl%esi,es
二.对第三个冒号后面内容的解释
第三个冒号后面内容主要针对gcc优化处理,它告诉gcc在本段汇编代码中对寄存器和内存的
使用情况,以免gcc在优化处理时产生错误.
1.它可以是"eax","ebx","ecx"等寄存器名,表示本段汇编代码对该寄存器进行了显式操作,
如asm（"mov%%eax,%0",:
"=r"（foo）:
:
"eax"）;这样gcc在优化时会避免使用eax作临
时变量,或者避免cache到eax的内存变量通过该段汇编码.
下面的代码均用gcc的-O2级优化,它显示了嵌入汇编中第三个冒号后"eax"的作用
源程序
编译后的汇编代码
正
常
情
况
下
intmain（）
{intbar=1;
bar=fun（）;
bar++;
returnbar;
}
pushl%ebp
movl%esp,%ebp
callfun
incl%eax#显然,bar缺省使用eax寄存器
leave
ret
加
了
汇
编
后
intmain（）
{intbar=1;
bar=fun（）;
asmvolatile（"":
:
:
"eax"）;
bar++;
returnbar;
}
pushl%ebp
movl%esp,%ebp#建立堆栈框架
callfun
#fun的返回值放入bar中,此时由于嵌入汇编
#指明改变了eax的值,为了避免冲突,
#bar改为使用edx寄存器
movl%eax,%edx
#APP
#NO_APP
incl%edx
movl%edx,%eax#放入main（）的返回值
leave
ret
2."merory"是一个常用的限定,它表示汇编代码以不可预知的方式改变了内存,这样gcc在优
化时就不会让cache到寄存器的内存变量使用该寄存器通过汇编代码,否则可能会发生同
步出错.有了上面的例子,这个问题就很好理解了
三.对"&"限定符的解释
这是一个较常见用于输出的限定符.它告诉gcc输出操作数使用的寄存器不可再让输入操作数
使用.
对于"g","r"等限定符,为了有效利用为数不多的几个通用寄存器,gcc一般会让输入操作数
和输出操作数选用同一个寄存器.但如果代码没编好,会引起一些意想不到的错误:
如
asm（"callfun;movebx,%1":
"=a"（foo）:
"r"（bar））;gcc编译的结果是foo和bar同时使用
eax寄存器:
movlbar,eax
#APP
callfun
movlebx,eax
#NO_APP
movleax,foo
本来这段代码的意图是将fun（）函数的返回值放入foo变量,但半路杀出个程咬金,用ebx的值冲
掉了返回值,所以这是一段错误的代码,解决的方法是加上一个给输出操作数加上一个"&"限定
符:
asm（"callfun;movebx,%1":
"=&a"（foo）:
"r"（bar））;这样gcc就会让输入操作数另寻高
就,不再使用eax寄存器了
GCC内嵌汇编简介
发表：
2004-4-30:
16:
23出处：
你的博客网（yourblog.org）
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。
1、简单的内嵌汇编
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、内嵌汇编举例
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。
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。
GCC内嵌汇编2
出处:
http:
//www.yourblog.org/Data/20044/35012.html
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"）
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，名称如下：
%0，%1，…，%9。
指令中使用占位符表示的操作数，总被视为long型（4个字节），但对其施加的操作根据指令可以是字或者字节，当把操作数当作字或者字节使用时，默认为低字或者低字节。
对字节操作可以显式的指明是低字节还是次字节。
方法是在%和序号之间插入一个字母，“b”代表低字节，“h”代表高字节，例如：
%h1。
2、输出部分
输出部分描述输出操作数，不同的操作数描述符之间用逗号格开，每个操作数描述符由限定字符串和C语言变量组成。
每个输出操作数的限定字符串必须包含“=”表示他是一个输出操作数。
例：
__asm____volatile__（"pushfl;popl%0;cli":
"=g"（x））
描述符字符串表示对该变量的限制条件，这样GCC就可以根据这些条件决定如何分配寄存器，如何产生必要的代码处理指令操作数与C表达式或C变量之间的联系。
3、输入部分
输入部分描述输入操作数，不同的操作数描述符之间使用逗号格开，每个操作数描述符由限定字符串和C语言表达式或者C语言变量组成。
例1：
__asm____volatile__（"lidt%0":
:
"m"（real_mode_idt））;
例二（bitops.h）：
Static__inline__void__set_bit（intnr,volatilevoid*addr）
{
__asm__（
"btsl%1,%0"
:
"=m"（ADDR）
:
"Ir"（nr））;
}
后例功能是将（*addr）的第nr位设为1。
第一个占位符%0与C语言变量ADDR对应，第二个占位符%1与C语言变量nr对应。
因此上面的汇编语句代码与下面的伪代码等价：
btslnr,ADDR，该指令的两个操作数不能全是内存变量，因此将nr的限定字符串指定为“Ir”，将nr与立即数或者寄存器相关联，这样两个操作数中只有ADDR为内存变量。
4、限制字符
4.1、限制字符列表
限制字符有很多种，有些是与特定体系结构相关，此处仅列出常用的限定字符和i386中可能用到的一些常用的限定符。
它们的作用是指示编译器如何处理其后的C语言变量与指令操作数之间的关系。
分类限定符描述
通用寄存器“a”将输入变量放入eax
这里有一个问题：
假设eax已经被使用，那怎么办？
其实很简单：
因为GCC知道eax已经被使用，它在这段汇编代码
的起始处插入一条语句pushl%eax，将eax内容保存到堆栈，然
后在这段代码结束处再增加一条语句popl%eax，恢复eax的内容
“b”将输入变量放入ebx
“c”将输入变量放入ecx
“d”将输入变量放入edx
“s”将输入变量放入esi
“d”将输入变量放入edi
“q”将输入变量放入eax，ebx，ecx，edx中的一个
“r”将输入变量放入通用寄存器，也就是eax，ebx，ecx，
edx，esi，edi中的一个
“A”把eax和edx合成一个64位的寄存器（uselonglongs）
内存“m”内存变量
“o”操作数为内存变量，但是其寻址方式是偏移量类型，
也即是基址寻址，或者是基址加变址寻址
“V”操作数为内存变量，但寻址方式不是偏移量类型
“”操作数为内存变量，但寻址方式为自动增量
“p”操作数是一个合法的内存地址（指针）
寄存器或内存“g”将输入变量放入eax，ebx，ecx，edx中的一个
或者作为内存变量
“X”操作数可以是任何类型
立即数
“I”0-31之间的立即数（用于32位移位指令）
“J”0-63之间的立即数（用于64位移位指令）
“N”0-255之间的立即数（用于out指令）
“i”立即数
“n”立即数，有些系统不支持除字以外的立即数，
这些系统应该使用“n”而不是“i”
匹配“0”，表示用它限制的操作数与某个指定的操作数匹配，
“1”...也即该操作数就是指定的那个操作数，例如“0”
“9”去描述“％1”操作数，那么“%1”引用的其实就
是“%0”操作数，注意作为限定符字母的0－9与
指令中的“％0”－“％9”的区别，前者描述操作数，
后者代表操作数。
&该输出操作数不能使用过和输入操作数相同的寄存器
操作数类型“=”操作数在指令中是只写的（输出操作数）
“+”操作数在指令中是读写类型的（输入输出操作数）
浮点数“f”浮点寄存器
“t”第一个浮点寄存器
“u”第二个浮点寄存器
“G”标准的80387浮点常数
%该操作数可以和下一个操作数交换位置
例如addl的两个操作数可以交换顺序
（当然两个操作数都不能是立即数）
#部分注释，从该字符到其后的逗号之间所有字母被忽略
*表示如果选用寄存器，则其后的字母被忽略
5、破坏描述部分
破坏描述符用于通知编译器我们使用了哪些寄存器或内存，由逗号格开的字符串组成，每个字符串描述一种情况，一般是寄存器名；除寄存器外还有“memory”。
例如：
“%eax”，“%ebx”，“memory”等。
AT&T与INTEL的汇编语言语法的区别
出处:
http:
//www.yourblog.org/Data/20044/34973.html
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&T
MOVEAX,EBXmovl%ebx,%eax
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&T
MOVEAX,EBXmovl%ebx,%eax
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&T
MOVEAX,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$value,%ebx，是将value的地址放到ebx中。
总线锁定前缀“lock”：
总线锁定操作。
“lock”前缀在Linux核心代码中使用很多，特
别是SMP代码中。
当总线锁定后其它CPU不能存取锁定地址处的内存单元。
远程跳转指令和子过程调用指令的操作码使用前缀“l“，分别为ljmp，lcall，与之
相应的返回指令伪lret。
例：
INTELAT&T
CALLFARSECTION:
OFFSETlcall$secion:
$offset
JMPFARSECTION:
OFFSETljmp$secion:
$offset
RETFARSATCK_ADJUSTlret$stack_adjust
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&T
Instrinstr
foo,segreg:
[base+index*scale+disp]%segreg:
disp（base,index,scale）,foo
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&T
moval,blmovb%bl,%al
movax,bxmovw%bx,%ax
moveax,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：
bl:
字节->长字
bw:
字节->字
wl:
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：
jmp1f
1:
jmp1f
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。
gcc中的内嵌汇编语言
出处:
gcc采用的是AT&T的汇编格式,MS采用Intel的格式．
一 基本语法
语法上主要有以下几个不同.
★寄存器命名原则
AT&T:
%eaxIntel:
eax
★源/目的操作数顺序
AT&T:
movl%eax,%ebxIntel:
movebx,eax
★常数/立即数的格式
AT&T:
movl$_value,%ebxIntel:
moveax,_value
把_value的地址放入eax寄存器
AT&T:
movl$0xd00d,%ebxIntel:
movebx,0xd00d
★操作数长度标识
AT&T:
movw%ax,%bxIntel:
movbx,ax
★寻址方式
AT&T:
immed32（basepointer,indexpointer,indexscale）
Intel:
[basepointer+indexpointer*indexscale+imm32）
Linux工作于保护模式下，用的是３２位线性地址，所以在计算地址时
不用考虑segment
ffset的问题．上式中的地址应为：
imm32+basepointer+indexpointer*indexscale
下面是一些例子：
★直接寻址
AT&T:
_booga ;_booga是一个全局的C变量
注意加上$是表示地址引用，不加是表示值引用．
注：
对于局部变量，可以通过堆栈指针引用．
Intel:
[_booga]
★寄存器间接寻址
AT&T:
（%eax）
Intel:
[eax]
★变址寻址
AT&T:
_variable（%eax）
Intel:
[eax+_variable]
AT&T:
_array（,%eax,4）
Intel:
[eax*4+_array]
AT&T:
_array（%ebx,%eax,8）
Intel:
[ebx+eax*8+_array]
二 基本的行内汇编
基本的行内汇编很简单，一般是按照下面的格式
asm（"statements"）;
例如：
asm（"nop"）;asm（"cli"）;
asm 和 __asm__是完全一样的．
如果有多行汇编，则每一行都要加上 "nt"
例如：
asm（"pushl%eaxnt"
"movl$0,%eaxnt"
"popl%eax"）;
实际上gcc在处理汇编时，是要把asm（...）的内容"打印"到汇编
文件中，所以格式控制字符是必要的．
再例如：
asm（"movl%eax,%ebx"）;
asm（"xorl%ebx,%edx"）;
asm（"movl$0,_booga）;
在上面的例子中，由于我们在行内汇编中改变了edx和ebx的值，但是
由于gcc的特殊的处理方法，即先形成汇
升级会员 