Using Assembly Language in Linux.

Intel和AT&T匯編語法差異：

1。前綴：

Intel匯編寄存器和立即數無需前綴。后者寄存器前綴為%，立即數前綴為$。

eg：

Intex Syntax

mov eax,1

mov ebx,0ffh

int 80h

AT&T Syntax

movl $1,%eax

movl $0xff,%ebx

int?? $0x80

2。二者對操作數處理方向不同：

eg：

Intel 匯編語法：

instr dest,source

mov eax,[ecx]

AT&T 匯編語法：

instr?? source,dest

movl (%ecx),%eax

3。內存變量語法差異：

Intel語法使用中括號[]，后者使用小括號()

eg：

Intex Syntax

mov eax,[ebx]

mov eax,[ebx+3]

AT&T Syntax

movl (%ebx),%eax

movl 3(%ebx),%eax

4。后綴：

AT&T匯編指令有后綴，以表明數據類型(8位、16位等)；Intel則根據寄存器自動識別。

eg：

Intel Syntax

mov al,bl

mov ax,bx

mov eax,ebx

mov eax, dword ptr [ebx]

AT&T Syntax

movb %bl,%al

movw %bx,%ax

movl %ebx,%eax

movl (%ebx),%eax

5。

Intel：segreg:[base+index*scale+disp]

AT&T： %segreg:disp(base,index,scale).

例子：

1 #include

2

3 int main(void) {

4????? long eax=4;

5????? long ebx=2;

6

7????? __asm__ __volatile__ ("addl %1, %0"

8????????????? : "=b"((long)ebx)

9????????????? : "a"((long)eax), "b"((long)ebx)

10????????????? : "1"

11????????????? );

12

13????? printf("ebx=%d\n", ebx);

14????? return 0;

15 }

輸出結果：ebx=6

linux下c語言內嵌匯編格式：

__asm__("" : output : input : modify);

output, input, modify都是引號括起來的字符串，他們直接用冒號分隔。

每個都可以有多項，項之間用逗號分隔，最多總共不能超過10個。

output要用“=”開頭

寄存器縮寫約定

Abbrev Register

a?? %eax/%ax/%al

b?? %ebx/%bx/%bl

c?? %ecx/%cx/%cl

d?? %edx/%dx/%dl

S?? %esi/%si

D?? %edi/%di

m?? memory

q 由編譯器在a、b、c、d中任意選擇

寄存器還可以使用數字形式的縮寫，0～9 (%0-%9)，所以會有最多10個項的限制。

系統調用：

1。系統調用號存在eax中

2。系統調用參數要少于6個，分別存放在ebx, ecx, edx, esi, edi

3。返回值存在eax中

4。參數超過5個，用ebx指向存放參數的內存。如果壓入堆棧，要注意參數順序反過來。

匯編文件入口：

如果使用gcc編譯，入口為main；如果用as和ld編譯連接，入口使用_start，可以用ld的-e選項指定程序入口：ld -e main -o hello hello.o。

匯編程序運行時出現segmentation fault：

程序運行完時，處理器試圖去執行下一個內存單元的指令，內存中沒有指令或者為非法指令，硬件或者os包含機制就會發現

這個異常而產生段包含錯誤。解決方法，加上退出程序的系統調用就可以了。

eg：

1 #.include "defines.h"

2 .data

3 hello:

4 .string "hello world\n"

5

6 .globl?? main

7 main:

8 #write

9 movl???? $4,%eax

10 #stdout

11 movl???? $1,%ebx

12 #content

13 movl???? $hello,%ecx

14 #length of string

15 movl???? $12,%edx

16 #system call

17 int????? $0x80

18

19 #exit

20 movl???? $1,%eax

21 int????? $0x80

22

23 ret

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

//? 詳細說明：

//------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1.內嵌匯編舉例

在內嵌匯編中，可以將C語言表達式指定為匯編指令的操作數，而且不用去管如何將C語言表達式的值讀入哪個寄存器，以及如何將計算結果寫回C變量，你只要告訴程序中C語言表達式與匯編指令操作數之間的對應關系即可， GCC會自動插入代碼完成必要的操作。使用內嵌匯編，要先編寫匯編指令模板，然后將C語言表達式與指令的操作數相關聯，并告訴GCC對這些操作有哪些限制條件。例如在下面的匯編語句：

__asm__ __violate__(

"movl %1,%0"

: "=r" (result)

: "m" (input)

);

其中“movl %1,%0”是指令模板；“%0”和“%1”代表指令的操作數，稱為占位符，內嵌匯編靠它們將C語言表達式與指令操作數相對應。指令模板后面用小括號括起來的是C語言表達式也即我們通常所說的變量，本例中只有兩個：“result”和“input”，他們按照出現的順序分別與指令操作數“%0”，“%1，”對應；注意對應順序：第一個C表達式對應“%0”；第二個表達式對應“%1”，依次類推，操作數至多有10個，分別用“%0”，“%1”….“%9，”表示。在每個操作數前面有一個用引號括起來的字符串，字符串的內容是對該操作數的限制或者說要求。“result”前面的限制字符串是“=r”，其中“=”表示“result”是輸出操作數，“r”表示需要將“result”與某個通用寄存器相關聯，先將操作數的值讀入寄存器，然后在指令中使用相應寄存器，而不是“result”本身，當然指令執行完后需要將寄存器中的值存入變量“result”，從表面上看好像是指令直接對“result”進行操作，實際上GCC做了隱式處理，這樣我們可以少寫一些指令。“input”前面的“r”表示該表達式需要先放入某個寄存器，然后在指令中使用該寄存器參加運算。

我們將上面的內嵌代碼放到一個C源文件中，然后使用gcc –c–S得到該C文件源代碼相對應的匯編代碼，然后查看一下匯編代碼，看看GCC是如何處理的。

C源文件如下內容如下，注意該代碼沒有實際意義，僅僅作為例子。

extern int

input,result;

void test(void)

{

input= 1;

__asm__ __volatile__ ("movl %1,%0" :

"=r" (result) : "r" (input));

return;

}

對應的匯編代碼如下;

行號????????? 代碼???????????????? 解釋

1

7

8?????????????? movl $1, input???? 對應C語言語句input = 1;

9?????????????? movl input, %eax

10 #APP GCC插入的注釋，表示內嵌匯編開始

11???????????? movl %eax,%eax?????? 我們的內嵌匯編語句

12 #NO_APP GCC 插入的注釋，表示內嵌匯編結束

13???????????? movl %eax, result????? 將結果存入result變量

從匯編代碼可以看出，第9行和第13行是GCC，自動增加的代碼，GCC根據限定字符串決定如何處理C表達式，本例兩個表達式都被指定為“r”型，所以先使用指令：

movl input, %eax

將input讀入寄存器%eax；GCC，也指定一個寄存器與輸出變量result相關，本例也是%eax，等得到操作結果后再使用指令：

movl %eax, result

將寄存器的值寫回C變量result中。

從上面的匯編代碼我們可以看出與result和input，相關連的寄存器都是%eax，GCC使用%eax，替換內嵌匯編指令模板中的%0，%1 。movl %eax,%eax顯然這一句可以不要。但是沒有優化，所以這一句沒有被去掉。

由此可見，C表達式或者變量與寄存器的關系由GCC自動處理，我們只需使用限制字符串指導GCC如何處理即可。限制字符必須與指令對操作數的要求相匹配，否則產生的匯編代碼將會有錯，讀者可以將上例中的兩個“r”，都改為“m”(m，表示操作數放在內存，而不是寄存器中)，編譯后得到的結果是：movl input, result? 很明顯這是一條非法指令，因此限制字符串必須與指令對操作數的要求匹配。例如指令movl允許寄存器到寄存器，立即數到寄存器等，但是不允許內存到內存的操作，因此兩個操作數不能同時使用“m”作為限定字符。

2 語法

內嵌匯編語法如下：

__asm__(

匯編語句模板:

輸出部分:

輸入部分:

破壞描述部分)

共四個部分：匯編語句模板，輸出部分，輸入部分，破壞描述部分，各部分使用“:”格開，匯編語句模板必不可少，其他三部分可選，如果使用了后面的部分，而前面部分為空，也需要用“:”格開，相應部分內容為空。例如：

__asm__ __volatile__(

"CLI":

:"memory")

2.1 匯編語句模板

匯編語句模板由匯編語句序列組成，語句之間使用“;”、“\n”或“\n\t”分開。指令中的操作數可以使用占位符引用C語言變量，操作數占位符最多10個，名稱如下：%0，%1…，%9。指令中使用占位符表示的操作數，總被視為long型(4，個字節)，但對其施加的操作根據指令可以是字或者字節，當把操作數當作字或者字節使用時，默認為低字或者低字節。對字節操作可以顯式的指明是低字節還是次字節。方法是在%和序號之間插入一個字母，“b”代表低字節，“h”代表高字節，例如：%h1。

2.2 輸出部分

輸出部分描述輸出操作數，不同的操作數描述符之間用逗號格開，每個操作數描述符由限定字符串和C語言變量組成。每個輸出操作數的限定字符串必須包含“=”表示他是一個輸出操作數。

例：

__asm__ __volatile__(

"pushfl ;

popl %0 ;

cli"

:"=g" (x)

)

描述符字符串表示對該變量的限制條件，這樣GCC就可以根據這些條件決定如何分配寄存器，如何產生必要的代碼處理指令操作數與C表達式或C變量之間的聯系。

2.3 輸入部分

輸入部分描述輸入操作數，不同的操作數描述符之間使用逗號格開，每個操作數描述符由限定字符串和C語言表達式或者C語言變量組成。

例1：

__asm__ __volatile__ (

"lidt %0"

:

: "m" (real_mode_idt)

);

例二(bitops.h)：

Static __inline__ void __set_bit(int nr, volatile void * addr)

{

__asm__(

"btsl%1,%0" :

"=m"(ADDR) :

"Ir"(nr));

}

后例功能是將(*addr)的第nr位設為1。第一個占位符%0與C語言變量ADDR對應，第二個占位符%1與C語言變量nr對應。因此上面的匯編語句代碼與下面的偽代碼等價：

btsl nr, ADDR，

該指令的兩個操作數不能全是內存變量，因此將nr的限定字符串指定為“Ir”，將nr，與立即數或者寄存器相關聯，這樣兩個操作數中只有ADDR為內存變量。

2.4 限制字符

2.4.1 限制字符列表

限制字符有很多種，有些是與特定體系結構相關，此處僅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。它們的作用是指示編譯器如何處理其后的C語言變量與指令操作數之間的關系，例如是將變量放在寄存器中還是放在內存中等，下表列出了常用的限定字母。

分類 限定符 描述 通用寄存器

“a”將輸入變量放入eax

這里有一個問題：假設eax已經被使用，那怎么辦？

其實很簡單：因為GCC知道eax已經被使用，它在這段匯編代碼的起始處插入一條語句pushl %eax，將eax內容保存到堆棧，然后在這段代碼結束處再增加一條語句popl %eax，恢復eax的內容

“b”將輸入變量放入ebx

“c”將輸入變量放入ecx

“d”將輸入變量放入edx

“s”將輸入變量放入esi

“d”將輸入變量放入edi

“q”將輸入變量放入eax，ebx ,ecx ，edx中的一個

“r”將輸入變量放入通用寄存器，也就是eax ，ebx，ecx,edx，esi，edi中的一個

“A”把eax和edx，合成一個64位的寄存器(uselong longs)

“m”內存變量

“o”操作數為內存變量，但是其尋址方式是偏移量類型，也即是基址尋址，或者是基址加變址尋址

“V”操作數為內存變量，但尋址方式不是偏移量類型

“,” 操作數為內存變量，但尋址方式為自動增量

“p”操作數是一個合法的內存地址(指針)

寄存器或內存

“g” 將輸入變量放入eax，ebx，ecx ，edx中的一個或者作為內存變量

“X”操作數可以是任何類型

立即數

“I” 0-31 之間的立即數(用于32位移位指令)

“J” 0-63 之間的立即數(用于64 位移位指令)

“N” 0-255 ，之間的立即數(用于out 指令)

“i” 立即數

“n” 立即數，有些系統不支持除字以外的立即數，這些系統應該使用“n”而不是“i”

匹配

“0”，“1 ，”... “9 ”

表示用它限制的操作數與某個指定的操作數匹配，也即該操作數就是指定的那個操作數，例如用“0 ”去描述“％1”操作數，那么“%1”引用的其實就是“%0”操作數，注意作為限定符字母的0－9 ，與指令中的“％0”－“％9”的區別，前者描述操作數，后者代表操作數。

后面有詳細描述 & 該輸出操作數不能使用過和輸入操作數相同的寄存器后面有詳細描述

操作數類型

“=” 操作數在指令中是只寫的(輸出操作數)

“+” 操作數在指令中是讀寫類型的(輸入輸出操作數)

浮點數

“f”浮點寄存器“t”第一個浮點寄存器“u”第二個浮點寄存器“G”標準的80387浮點常數% 該操作數可以和下一個操作數交換位置例如addl的兩個操作數可以交換順序(當然兩個操作數都不能是立即數)# 部分注釋，從該字符到其后的逗號之間所有字母被忽略* 表示如果選用寄存器，則其后的字母被忽略現在繼續看上面的例子，"=m" (ADDR)表示ADDR為內存變量(“m”)，而且是輸出變量(“=”)；"Ir" (nr)表示nr，為0－31之間的立即數(“I”)或者一個寄存器操作數(“r”)。

2.4.2 匹配限制符

I386

指令集中許多指令的操作數是讀寫型的(讀寫型操作數指先讀取原來的值然后參加運算，最后將結果寫回操作數)，例如addl %1,%0，它的作用是將操作數%0與操作數%1的和存入操作數%0，因此操作數%0是讀寫型操作數。老版本的GCC對這種類型操作數的支持不是很好，它將操作數嚴格分為輸入和輸出兩種，分別放在輸入部分和輸出部分，而沒有一個單獨部分描述讀寫型操作數，因此在GCC中讀寫型的操作數需要在輸入和輸出部分分別描述，靠匹配限制符將兩者關聯到一起注意僅在輸入和輸出部分使用相同的C變量，但是不用匹配限制符，產生的代碼很可能不對，后面會分析原因。匹配限制符是一位數字：“0”、“1”……“9，”，分別表示它限制的C表達式分別與占位符%0，%1，……%9對應的C變量匹配.

例如使用“0”作為%1，的限制字符，那么%0和％1表示同一個C，變量。看一下下面的代碼就知道為什么要將讀寫型操作數，分別在輸入和輸出部分加以描述。該例功能是求input+result的和，然后存入result：

extern int input,result;

void test_at_t()

{

result= 0;

input = 1;

__asm__

__volatile__ ("addl %1,%0":"=r"(result): "r"(input));

}

對應的匯編代碼為：

movl $0,_result

movl $1,_input

movl _input,%edx /APP

addl %edx,%eax /NO_APP

movl %eax,%edx

movl %edx,_result

input 為輸入型變量，而且需要放在寄存器中，GCC給它分配的寄存器是%edx，在執行addl之前%edx，的內容已經是input的值。可見對于使用“r”限制的輸入型變量或者表達式，在使用之前GCC會插入必要的代碼將他們的值讀到寄存器；“m”型變量則不需要這一步。讀入input后執行addl，顯然%eax的值不對，需要先讀入result的值才行。再往后看：movl %eax,%edx和movl %edx,_result的作用是將結果存回result，分配給result的寄存器與分配給input的一樣，都是%edx。

綜上可以總結出如下幾點：

1. 使用“r”限制的輸入變量，GCC先分配一個寄存器，然后將值讀入寄存器，最后用該寄存器替換占位符；

2. 使用“r”限制的輸出變量，GCC會分配一個寄存器，然后用該寄存器替換占位符，但是在使用該寄存器之前并不將變量值先讀入寄存器，GCC認為所有輸出變量以前的值都沒有用處，不讀入寄存器(可能是因為AT&T匯編源于CISC架構處理器的匯編語言，在CISC處理器中大部分指令的輸入輸出明顯分開，而不像RISC那樣一個操作數既做輸入又做輸出，例如add r0,r1,r2，r0，和r1是輸入，r2是輸出，輸入和輸出分開，沒有使用輸入輸出型操作數，這樣我們就可以認為r2對應的操作數原來的值沒有用處，也就沒有必要先將操作數的值讀入r2，因為這是浪費處理器的CPU周期)，最后GCC插入代碼，將寄存器的值寫回變量；

3. 輸入變量使用的寄存器在最后一處使用它的指令之后，就可以挪做其他用處，因為已經不再使用。例如上例中的%edx。在執行完addl之后就作為與result對應的寄存器。

因為第二條，上面的內嵌匯編指令不能奏效，因此需要在執行addl之前把result的值讀入寄存器，也許再將result放入輸入部分就可以了(因為第一條會保證將result先讀入寄存器)。修改后的指令如下(為了更容易說明問題將input限制符由“r，”改為“m”)：

extern int input,result;

void test_at_t()

{

result = 0;

input = 1;

__asm__

__volatile__ ("addl %2,%0":"=r"(result):"r"(result),"m"(input));

}

看上去上面的代碼可以正常工作，因為我們知道%0和%1都和result相關，應該使用同一個寄存器，但是GCC并不去判斷%0和%1，是否和同一個C表達式或變量相關聯(這樣易于產生與內嵌匯編相應的匯編代碼)，因此%0和%1使用的寄存器可能不同。我們看一下匯編代碼就知道了。

movl $0,_result

movl $1,_input

movl _result,%edx /APP

addl _input,%eax /NO_APP

movl %eax,%edx

movl %edx,_result

現在在執行addl之前將result的值被讀入了寄存器%edx，但是addl指令的操作數%0卻成了%eax，而不是%edx，與預料的不同，這是因為GCC給輸出和輸入部分的變量分配了不同的寄存器，GCC沒有去判斷兩者是否都與result相關，后面會講GCC如何翻譯內嵌匯編，看完之后就不會驚奇啦。

使用匹配限制符后，GCC知道應將對應的操作數放在同一個位置(同一個寄存器或者同一個內存變量)。使用匹配限制字符的代碼如下：

extern int input,result;

void test_at_t()

{

result = 0;

input = 1;

__asm__

__volatile__ ("addl %2,%0":"=r"(result):"0"(result),"m"(input));

}

輸入部分中的result用匹配限制符“0”限制，表示%1與％0，代表同一個變量，輸入部分說明該變量的輸入功能，輸出部分說明該變量的輸出功能，兩者結合表示result是讀寫型。因為%0和%1，表示同一個C變量，所以放在相同的位置，無論是寄存器還是內存。

相應的匯編代碼為：

movl $0,_result

movl $1,_input

movl _result,%edx

movl %edx,%eax /APP

addl _input,%eax /NO_APP

movl %eax,%edx

movl %edx,_result

可以看到與result相關的寄存器是%edx，在執行指令addl之前先從%edx將result讀入%eax，執行之后需要將結果從%eax讀入%edx，最后存入result中。這里我們可以看出GCC處理內嵌匯編中輸出操作數的一點點信息：addl并沒有使用%edx，可見它不是簡單的用result對應的寄存器%edx去替換%0，而是先分配一個寄存器，執行運算，最后才將運算結果存入對應的變量，因此GCC是先看該占位符對應的變量的限制符，發現是一個輸出型寄存器變量，就為它分配一個寄存器，此時沒有去管對應的C變量，最后GCC，知道還要將寄存器的值寫回變量，與此同時，它發現該變量與%edx關聯，因此先存入%edx，再存入變量。

至此讀者應該明白了匹配限制符的意義和用法。在新版本的GCC中增加了一個限制字符“+”，它表示操作數是讀寫型的，GCC知道應將變量值先讀入寄存器，然后計算，最后寫回變量，而無需在輸入部分再去描述該變量。

例;

extern int input,result;

void test_at_t()

{

result = 0;

input = 1;

__asm__

__volatile__ ("addl %1,%0":"+r"(result):"m"(input));

}

此處用“+”替換了“=”，而且去掉了輸入部分關于result的描述，產生的匯編代碼如下：

movl $0,_result

movl $1,_input

movl _result,%eax /APP

addl _input,%eax /NO_APP

movl %eax,_result

L2:

movl %ebp,%esp

處理的比使用匹配限制符的情況還要好，省去了好幾條匯編代碼。

2.4.3 “&”限制符

限制符“&”在內核中使用的比較多，它表示輸入和輸出操作數不能使用相同的寄存器，這樣可以避免很多錯誤。

舉一個例子，下面代碼的作用是將函數foo的返回值存入變量ret中

__asm__ ( “call foo;movl %%edx,%1”, :”=a”(ret) : ”r”(bar) );

我們知道函數的int型返回值存放在%eax中，但是gcc編譯的結果是輸入和輸出同時使用了寄存器%eax，如下：

movl bar, %eax

#APP

call foo

movl %ebx,%eax

#NO_APP

movl %eax, ret

結果顯然不對，原因是GCC并不知道%eax中的值是我們所要的。避免這種情況的方法是使用“&”限定符，這樣bar就不會再使用%eax寄存器，因為已被ret指定使用。

_asm__ ( “call foo;movl %%edx,%1”,:”=&a”(ret) : ”r”(bar) );

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 应用程序 嵌汇编,Linux下C语言嵌汇编的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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