AT&T 汇编 (AT&T ASM) 参考

 

AT&TASM

 

  开发一个 OS ， 尽管绝大部分代码只需要用 C/C++ 等高级语言就可以了，但至少和硬件相关部分的代码需要使用汇编语言，另外，由于启动部分的代码有大小限制，使用精练的汇 编可以缩小目标代码的尺寸。另外，对于某些需要被经常调用的代码，使用汇编可以提高性

 

能。所以我们必须了解汇编语言，即使你有可能并不喜欢它。

 

如果你是计算机专业的话，在大学里你应该学习过 Inte l 格式的 8086/8038 6 汇编，这 里就不再讨论。如果我们选择的 O S 开发工具 是 GC C 以及 GA S 的话，就必须了解 AT& T 汇编语言语法，因为 GCC / GAS 只支持这种汇编语法。

 

本书不会去讨论 8086/8038 6 的汇编编程，这类的书籍很多，你可以参考它们。这里只 会讨论 AT& T 的汇编语法，以及 GC C 的内嵌汇编语法。

 

 

1. Syntax

 

 

 

Register Reference

 

 

 

ﾟ      引用寄存器要在寄存器号前加百分号 % , 如 “movl %eax, %ebx” 。

 

ﾟ      80386 有如下寄存器：

 

ﾟ      8 个 32-bit 寄存器  %eax ， %eb x ， %ecx ， %ed x ， %ed i ， %esi ， %eb p ， %esp ；

 

ﾟ      8 个 16-bit 寄存器，它们事实上是上面 8 个 32-bit 寄存器的 低 16 位： %ax ， %bx ，

 

%cx ， %d x ， %d i ， %s i ， %bp ， %sp ；

 

ﾟ      8 个 8-bit 寄存器： %ah ， %al ， %bh ， %b l ， %ch ， %cl ， %d h ， %d l 。它们事实上 是寄存器 %ax ， %b x ， %cx ， %d x 的高 8 位和低 8 位；

 

ﾟ      6 个段寄存器： %cs(code ) ， %ds(data) ， %ss(stack),%es ， %f s ， %gs ；

 

ﾟ      3 个控制寄存器： %cr 0 ， %cr 2 ， %cr 3 ；

 

ﾟ      6 个 debu g 寄存器： %db0 ， %db1 ， %db2 ， %db3 ， %db6 ， %db7 ；

 

ﾟ      2 个测试寄存器： %tr6 ， %tr7 ；

 

ﾟ      8  个浮点寄存器栈： %st(0 ) ， %st(1 ) ， %st(2 ) ， %st(3 ) ， %st(4 ) ， %st(5 ) ， %st(6 ) ，

 

%st(7 ) 。

 

 

Operato r Sequence

 

 

 

操作数排列是从源（左）到目的（右），如 “movl %eax ( 源） , %ebx ( 目的） ”

 

 

Immediately Operato r

 

 

 

使用立即数，要在数前面加符号 $ ,   如 “movl $0x04, %ebx”

 

或者：

 

 

para = 0x04

 

movl$para,%ebx

 

指令执行的结果是将立即数 04 h 装入寄存器 eb x 。

 

 

Symbol Constant

 

符号常数直接引用如 value:.long0x12a3f2de movlvalue,%ebx

 

指令执行的结果是将常数 0x12a3f2d e 装入寄存器 ebx 。

 

引用符号地址在符号前加符号 $ ,   如 “movl $value, % ebx ” 则是将符号 valu e 的地址装入 寄存器 eb x 。

 

 

Length of Operator

 

 

 

操作数的长度用加在指令后的符号表 示 b(byte ,  8-bit), w(word, 16-bits), l(long,

 

32-bits) ，如 “movb %al, %bl” ， “movw %a x, %bx ” ， “movl %eax , %eb x” 。

 

如果没有指定操作数长度的话，编译器将按照目标操作数的长度来设置。比如指令 “mov

 

%ax,%bx” ， 由于目标操作数 bx 的长度为 wor d ， 那么编译器将把此指令等同于 “movw %ax,

 

%bx ” 。同样道理，指令 “mov $4, %ebx ” 等同于指令 “movl $4, %ebx ” ， “push %al ” 等同于

“pushb %al ” 。对于没有指定操作数长度，但编译器又无法猜测的指令，编译器将会报错，比如指令 “push $4 ” 。

 

 

Sign and Zero Extension

 

 

绝大多数面向 80386 的 AT& T 汇编指令与 Inte l 格式的汇编指令都是相同的，符号扩展 指令和零扩展指令则是仅有的不同格式指令。

 

符号扩展指令和零扩展指令需要指定源操作数长度和目的操作数长度，即使在某些指令中这些操作数是隐含的。

 

在 AT& T 语法中，符号扩展和零扩展指令的格式为，基本部分 "movs" 和 "movz" （对应 Inte l 语法 的 movs x 和 movzx ） ， 后面跟上源操作数长度和目的操作数长度。 movsbl 意味着 movs （ fro m ） byte （ t o ） lon g ； movb w 意味着 mov s （ f ro m ） byt e （ t o ） wor d ； movswl 意味着 mov s   （ fro m ） wor d   （ t o ） lon g 。对 于 movz 指令也一样。比如指令 “movsbl %al,

 

%edx” 意味着将 a l 寄存器的内容进行符号扩展后放置到 ed x 寄存器中。

 

其它的 Inte l 格式的符号扩展指令还有：

 

ﾟ      cb w--sign-extendbytein%altowordin%ax ；

 

ﾟ      cwd e--sign-extendwordin%axtolongin%eax ；

 

ﾟ      cw d--sign-extendwordin%axtolongin%dx:%ax ；

 

ﾟ      cd q--sign-extenddwordin%eaxtoquadin%edx:%eax ；

 

对应的 AT& T 语法的指令为 cbtw ， cwt l ， cwt d ， clt d 。

 

 

Call and Jump

 

 

段内调用和跳转指令 为 "call " ， "ret " 和 "jmp " ，段间调用和跳转指令为 "lcall " ， "lret " 和

 

"ljmp " 。

 

段间调用和跳转指令的格式为 “lcall/ljmp $SECTION, $OFFSET ” ，而段间返回指令则 为 “lre t $STACK-ADJUST” 。

 

 

Prefi x

 

 

 

操作码前缀被用在下列的情况：

ﾟ      字符串重复操作指令 (rep,repne ) ； ﾟ      指定被操作的段 (cs,ds,ss,es,fs,gs ) ； ﾟ       进行总线加锁 (lock ) ；

 

ﾟ      指定地址和操作的大小 (data16,addr16 ) ；

在 AT& T 汇编语法中，操作码前缀通常被单独放在一行，后面不跟任何操作数。例如， 对于重复 sca s 指令，其写法为：

 

repne

 

   scas

 

上述操作码前缀的意义和用法如下：

 

ﾟ      指定被操作的段前缀 为 cs,ds,ss,e s,fs, 和 g s 。在 AT& T   语法 中，只需要按照 section:memory-operand  的格式就指定了相应的段前 缀。比如： lcal l%cs:realmode_swtch

 

ﾟ      操作数／地址大小前缀是 “data16 ” 和 "addr16" ， 它们被用来在 32-bit 操作数／地址 代码中指定 16-bit 的操作数／地址。

 

ﾟ      总线加锁前缀 “lock ” ， 它是为了在多处理器环境中，保证在当前指令执行期间禁止 一切中断。这个前缀仅仅对 ADD, ADC, AND, BTC, BTR, BTS, CMPXCHG,DEC, INC, N EG,NOT,OR,SBB,SUB,XOR,XADD,XCHG 指令有效，如果将 Loc k 前 缀用在其它指令之前，将会引起异常。

 

ﾟ      字符串重复操作前缀 "rep","repe","repne" 用来让字符串操作重复 “%ecx ” 次。

 

 

Memory Reference

 

 

 

Inte l 语法的间接内存引用的格式为：

 

section:[base+index*scale+displacement]

 

而在 AT& T 语法中对应的形式为：

 

 

section:displacement(base,index,scale)

 

其中， bas e 和 index 是任意的 32-bitbase 和 index 寄存器。 scale 可以取 值 1 ， 2 ， 4 ， 8 。 如果不指定 scale 值，则默认值为 1 。 sectio n 可以指定任意的段寄存器作为段前缀，默认的段寄存器在不同的情况下不一样。如果你在指令中指定了默认的段前缀，则编译器在目标代 码中不会产生此段前缀代码。

 

 

下面是一些例子：

 

-4(%ebp) ： base=%eb p ， displacement=-4 ， sectio n 没有指定，由于 bas e ＝ %eb p ，所 以默认的 section=%ss ， index,scal e 没有指定，则 inde x 为 0 。

 

foo(,%eax,4 ) ： index=%eax ， scale=4 ， displacement=foo 。 其它域没有指定。这里默认 的 section=%d s 。

 

foo(,1 ) ： 这个表达式引用的是指 针 foo 指向的地址所存放的值。注意这个表达式中没有

 

bas e 和 inde x ，并且只有一个逗号，这是一种异常语法，但却合法。

 

%gs:fo o ：这个表达式引用的是放置于 %g s 段里变量 fo o 的值。

 

如果 cal l 和 jum p 操作在操作数前指定前缀 “* ” ， 则表示是一个绝对地址调用 / 跳转，也 就是说 jmp/cal l 指令指定的是一个绝对地址。如果没有指定 "*" ， 则操作数是一个相对地址。

 

任何指令如果其操作数是一个内存操 作，则指令必须指定它的操作尺寸

 

(byte,word,lon g ） ，也就是说必须带有指令后缀 (b,w,l ) 。

 

 

2. GCC Inline ASM

 

 

GC C   支持 在 C/C+ + 代码中嵌入汇编代 码，这些汇编代码被称作 GCC  Inline ASM— — GCC   内联汇编。这是一个非常有用的功能，有利于我们将一些 C/C++ 语法无法 表达的指令直接潜入 C/C++ 代码中，另外也允许我们直接写 C/C++ 代码中使用汇编编写简 洁高效的代码。

 

 

2.1 EssentialInlineASM

 

 

 

GC C 中基本的内联汇编非常易懂，我们先来看两个简单的例子：

 

__ asm __("mov l%esp,%eax"); // 看起来很熟悉吧！

 

或者是

 

 

__asm__ ("

mov l$1,%eax   //SYS_exit xor%ebx,%ebx

 

in t $0x80

");

 

 

 

或

 

 

__asm__ (

 

"mov l$1,%eax/r/t"

"xo r%ebx,%ebx/r/t"

 

"in t$0x80"

 

);

 

 

 

基本内联汇编的格式是

 

 

__asm__ __volatile_ _ ("InstructionList");

 

 

1. __asm__

 

 

 

__asm__ 是 GC C 关键 字 as m 的宏定义：

 

#define __asm_ _asm

 

__asm__ 或 as m   用来声明一个内联汇编表达式，所以任何一个内联汇编表达式都是以 它开头的，是必不可少的。

 

 

 

2. Instruction List

 

 

 

Instruction Lis t 是汇编指令序列。它可以是空的，比如： __asm__ __volatile__("");   或

__asm__(""); 都是完全合法的内联汇编表达式，只不过这两条语句没有什么意义。但并非所 有 Instruction Lis t 为空的内联汇编表达式都是没有意义的，比如： __asm__ ("":::"memory"); 就非常有意义，它向 GC C   声明： “ 我对内存作了改动 ” ， GC C   在编译的时候，会将此因素 考虑进去。

 

我们看一看下面这个例子：

 

 

$ cat example1.c

 

in t m ain(int__argc,char*__argv[])

 

{

 

in t * __p = ( int *)__argc ;

(*__p) = 9999 ;

 

 

//_ _ as m __("":::"memory");

 

 

if ((*__p) == 9999)

retur n 5 ;

 

 

retur n (*__p) ;

 

}

 

 

在这段代码中，那条内联汇编是被注释掉的。在这条内联汇编之前，内存指针 __ p 所指 向的内存被赋值为 9999 ，随即在内联汇编之后，一条 i f 语句判断 __ p 所指向的内存与 9999 是否相等。很明显，它们是相等的。 GC C   在优化编译的时候能够很聪明的发现这一点。我 们使用下面的命令行对其进行编译：

 

$gcc-O-Sexample1.c

 

 

选项 -O 表示优化编译，我们还可以指定优化等级，比如 -O2 表示优化等级为 2 ； 选项 -S

 

表示将 C/C++ 源文件编译为汇编文件，文件名和 C/C++ 文件一样，只不过扩展名由 . c   变

 

为 . s 。

 

我们来查看一下被放在 example1.s 中的编译结果，我们这里仅仅列出了使用 gcc  2.96 在 redhat 7. 3 上编译后的相关函数部分汇编代码。为了保持清晰性，无关的其它代码未被列 出。

$catexample1.s main:

push l %ebp

 

mov l   %esp,%ebp

mov l   8(%ebp),%eax   #int*__p=(int*)__argc movl    $9999,(%eax)       # (*__p) = 9999

 

mov l   $5,%eax        #return5

pop l   %ebp ret

 

 

参照一下 C 源码和编译出的汇编代码，我们会发现汇编代码中，没有 i f 语句相关的代 码，而是在赋值语句 (*__p)=999 9 后直接 return 5 ； 这是因为 GC C 认为在 (*__p ) 被赋值之后， 在 i f 语句之前没有任何改变 (*__p ) 内容的操作，所以那条 i f 语句的判断条件 (*__p) == 9999 肯定是为 tru e   的，所以 GC C 就不再生成相关代码，而是直接根据为 tru e 的条件生 成 return

 

5 的汇编代码（ GC C 使 用 eax 作为保存返回值的寄存器）。

 

我们现在将 example1. c 中内联汇编的注释去掉，重新编译，然后看一下相关的编译结 果。

 

$gcc-O-Sexample1.c

$ cat example1.s main:

 

push l %ebp

 

mov l   %esp,%ebp

mov l   8(%ebp),%eax   #int*__p=(int*)__argc movl $9999,(%eax) # (*__p) = 9999

 

#AP P

 

#_ _asm__("":::"memory")

 

#NO_APP

cmp l   $9999,(%eax)    #(*__p)==9999

 

jn e    .L3              #false

 

mov l   $5,%eax        #true,return5

 

jm p    .L2

 

.L3 :

mov l   (%eax),%eax

 

.L 2:

pop l   %ebp ret

 

由于内联汇编语句 __asm__("":::"memory" ) 向 GC C   声明，在此内联汇编语句出现的位 置内存内容可能了改变，所以 GC C   在编译时就不能像刚才那样处理。这次， GC C   老老实 实的将 i f 语句生成了汇编代码。

 

可能有人会质疑：为什么要使用 __asm__("":::"memory" ) 向 GC C 声明内存发生了变化？ 明明 “Instruction List ” 是空的，没有任何对内存的操作，这样做只会增加 GC C 生成汇编代 码的数量。

 

确实，那条内联汇编语句没有对内存作任何操作，事实上它确实什么都没有做。但影响 内存内容的不仅仅是你当前正在运行的程序。比如，如果你现在正在操作的内存是一块内存 映射，映射的内容是外围 I/ O 设备寄存器。那么操作这块内存的就不仅仅是当前的程序， I/O 设备也会去操作这块内存。既然两者都会去操作同一块内存，那么任何一方在任何时候都不 能对这块内存的内容想当然。所以当你使用高级语言 C/C++ 写这类程序的时候，你必须让 编译器也能够明白这一点，毕竟高级语言最终要被编译为汇编代码。

 

你可能已经注意到了，这次输出的汇编结果中，有两个符号： #AP P 和 #NO_AP P ， GC C

 

将内联汇编语句 中 "Instruction List" 所列出的指令放 在 #AP P   和 #NO_AP P   之 间，由于

__asm__("":::"memory" ) 中 “Instruction List ” 为空，所以 #AP P 和 #NO_AP P 中间也没有任何 内容。但我们以后的例子会更加清楚的表现这一点。

 

关于为什么内联汇编 __asm__("":::"memory") 是一条声明内存改变的语句，我们后面会 详细讨论。

 

刚才我们花了大量的内容来讨论 "Instruction List " 为空是的情况，但在实际的编程中，

 

"Instruction List " 绝大多数情况下都不是空的。它可以有 1 条或任意多条汇编指令。

 

当在 "Instruction List " 中有多条指令的时候，你可以在一对引号中列出全部指令，也可 以将一条或几条指令放在一对引号中，所有指令放在多对引号中。如果是前者，你可以将每 一条指令放在一行，如果要将多条指令放在一行，则必须用分号（；）或换行符（ / n ，大多 数情况下 / n 后还要跟一个 / t ， 其中 / n 是为了换行， / t 是为了空出一个 ta b 宽度的空格）将 它们分开。下面的例子都是合法的写法。

 

__ asm __("movl %eax, %eb x sti

popl %ed i

 

subl %ecx, %ebx");

 

 

__ asm __("movl %eax, %ebx; st i popl%edi;subl%ecx,%ebx");

 

 

__ asm __("mo v l %eax, %ebx; st i /n/tpopl%edi subl%ecx,%ebx");

 

如果你将指令放在多对引号中，则除了最后一对引号之外，前面的所有引号里的最后一 条指令之后都要有一个分号 ( ； ) 或 (/n) 或 (/n/t) 。比如：

 

 

__ asm __("movl %eax, %eb x sti/n"

 

"popl %edi;"

 

"subl%ecx,%ebx");

 

 

__ asm __("movl %eax, %ebx; st i /n/t"

"popl %edi; subl %ecx, %ebx");

 

 

__ asm __("movl %eax, %ebx; st i/n/tpopl%edi/n"

 

"subl%ecx,%ebx");

 

 

__ asm __("movl %eax, %ebx; st i /n/tpopl%edi;"

 

"subl%ecx,%ebx");

 

 

 

上述原则可以归结为：

 

ﾟ      任意两个指令间要么被分号 ( ； ) 分开，要么被放在两行；

 

ﾟ      放在两行的方法既可以从通过 / n 的方法来实现，也可以真正的放在两行；

 

ﾟ      可以使用 1 对或多对引号，每 1 对引号里可以放任一多条指令，所有的指令都要被放到引号中。

 

在基本内联汇编中， “Instruction List ” 的书写的格式和你直接在汇编文件中写非内联汇 编没有什么不同，你可以在其中定义 Labe l ，定义对齐 (.align n ) ，定义段 (.section name ) 。 例如：

 

 

__ asm __(".align2/n/t"

 

"movl % eax,%ebx/n/t"

 

"test %ebx, %ec x/n/t"

 

"jne error /n/t"

"st i / n/t"

 

"error: popl %ed i /n/t"

 

"subl%ecx,%ebx");

 

 

上面例子的格式是 Linu x   内联代码常用的格式，非常整齐。也建议大家都使用这种格 式来写内联汇编代码。

 

 

3. __volatile__

 

 

 

__volatile_ _ 是 GC C 关键 字 volatil e 的宏定义：

 

#define __volatile__volatile

 

__volatile_ _ 或 volatil e  是可选的，你可以用它也可以不用它。如果你用了它，则是向 GC C 声明 “ 不要动我所写的 Instruction Lis t ，我需要原封不动的保留每一条指令 ” ，否则当 你使用了优化选项 (-O) 进行编译时， GC C   将会根据自己的判断决定是否将这个内联汇编表 达式中的指令优化掉。

 

那么 GC C   判断的原则是什么？我不知道（如果有哪位朋友清楚的话，请告诉我）。我 试验了一下，发现一条内联汇编语句如果是基本内联汇编的话（即只有 “Instruction List ” ， 没有 Input/Output/Clobber  的内联汇 编 ，我们后面将会讨论这一点），无论你是否使用

 

__volatile_ _ 来修 饰， GCC  2.96   在优化编译 时，都会原封不动的保留内联汇编中的

“Instruction List ” 。但或许我的试验的例子并不充分，所以这一点并不能够得到保证。 为了保险起见，如果你不想让 GC C 的优化影响你的内联汇编代码，你最好在前面都加上 __volatile_ _ ， 而不要依赖于编译器的原则，因为即使你非常了解当前编译器的优化原则，

 

你也无法保证这种原则将来不会发生变化。而 __volatile_ _ 的含义却是恒定的。

 

 

2.2 Inline ASM with C/C++ Expression

 

 

GC C   允许你通过 C/C++ 表达式指定内联汇编中 "Instrcuction  List" 中指令的输入和输 出，你甚至可以不关心到底使用哪个寄存器被使用，完全靠 GC C 来安排和指定。这一点可以让程序员避免去考虑有限的寄存器的使用，也可以提高目标代码的效率。先来看几个例子：

 

 

__ asm __ (" " : : : "memory" ) ; // 前面提到的

 

 

__ asm __("mov%%eax,%%ebx"

: "=b"(rv)

 

: "a"(foo)

 

: "eax", "ebx");

 

 

__ asm __ __ volatil e __("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));

 

 

怎么样，有点印象了吧，是不是也有点晕？没关系，下面讨论完之后你就不会再晕了。

 

（当然，也有可能更晕 ☺ ） 。讨论开始——

 

带有 C/C++ 表达式的内联汇编格式为：

 

 

__ asm _ _ __volatile__("InstructionList"

 

: Output

 

: Input

 

:Clobber/Modify);

 

 

从中我们可以看出它和基本内联汇编的不同之处在于：它多了 3 个部分 (Inpu t ， Outpu t ，

 

Clobber/Modify ) 。在括号中的 4 个部分通过冒号 (: ) 分开。

 

这 4 个部分都不是必须的，任何一个部分都可以为空，其规则为：

 

ﾟ      如果 Clobber / Modif y   为空，则其前面的冒号 (: ) 必须省 略 。比如 __asm__("mo v

 

%%eax,  %%ebx" : "=b"(foo) : "a"(inp) : ) 就是非法的写 法；而 __asm__("mov

 

%%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : "a"(inp) ) 则是正确的。

 

ﾟ      如果 Instruction Lis t 为空，则 Inpu t ， Outpu t ， Clobber/Modif y 可以不为空，也 可以为空。比如 __asm__ ( " " : : : "memory" ); 和 __asm__(" " ::); 都是合法的写法。

 

ﾟ      如果 Outpu t ， Inpu t ， Clobber/Modif y 都为空， Outpu t ， Inpu t 之前的冒号 (: ) 既 可以省略，也可以不省略。如果都省略，则此汇编退化为一个基本内联汇编，否则， 仍然是一个带有 C/C++ 表达式的内联汇编，此时 "Instruction List " 中的寄存器写法 要遵守相关规定，比如寄存器前必须使用两个百分号 (%% ) ，而不是像基本汇编格 式一样在寄存器前只使用一个百分号 (% ) 。比如 __asm__(  " mov %%eax,

 

%%ebx" : :) ； __asm__("mov%%eax,%%ebx":) 和 __asm__( " mov %eax, %ebx" )

 

都是正确的写法，而 __asm__( " mov %eax, %ebx" : :) ； __asm__( " mov %eax,

 

%ebx" :) 和 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" ) 都是错误的写法。

 

ﾟ      如果 Inpu t ， Clobber/Modif y 为空，但 Outpu t 不为空， Inpu t 前的冒号 (: ) 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)) 都是正确的。

 

ﾟ      如果后面的部分不为空，而前面的部分为空，则前面的冒号 (: ) 都必须保留，否则无 法说明不为空的部分究竟是第几部分。比如， Clobber/Modif y ， Outpu t   为空， 而 Inpu t 不为空，则 Clobber/Modif y 前的冒号必须省略（前面的规则），而 Output 前的冒号必须为保留。如果 Clobber/Modif y 不为空，而 Inpu t 和 Outpu t 都为空， 则 Inpu t 和 Out p u t 前的冒号都必须保留。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : :

 

"a"(foo )) 和 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : ::"ebx") 。

从上面的规则可以看到另外一个事实，区分一个内联汇编是基本格式的还是带有 C/C++ 表达式格式的，其规则在于在 "Instruction List " 后是否有冒号 (:) 的存在，如果没有则 是基本格式的，否则，则是带有 C/C++ 表达式格式的。

 

两种格式对寄存器语法的要求不同：基本格式要求寄存器前只能使用一个百分号 (% ) ， 这一点和非内联汇编相同；而带有 C/C++ 表达式格式则要求寄存器前必须使用两个百分号

 

(%% ) ，其原因我们会在后面讨论。

 

 

1. Outpu t

 

 

 

Outpu t 用来指定当前内联汇编语句的输出。我们看一看这个例子：

 

__ asm __ ("movl %%cr0, %0": "=a" (cr0)) ;

 

这个内联汇编语句的输出部分为 "=r"(cr0) ， 它是一个 “ 操作表达式 ” ， 指定了一个输出操 作。我们可以很清楚得看到这个输出操作由两部分组成：括号里的部分 (cr0 ) 和引号引住的部 分 "=a" 。这两部分都是每一个输出操作必不可少的。括号里的部分是一个 C/C+ + 表达式， 用来保存内联汇编的一个输出值，其操作就等于 C/C++ 的相等赋值 cr0 = output_valu e ， 因此，括号中的输出表达式只能是 C/C++ 的左值表达式，也就是说它只能是一个可以合法 的放在 C/C++ 赋值操作中等号 (= ) 左边的表达式。那么右值 output_valu e 从何而来呢？

 

答案是引号中的内容，被称作 “ 操作约束 ” （ Operation Constrain t ），在这个例子中操 作约束为 "=a" ， 它包含两个约束：等号 (= ) 和字母 a ， 其中等号 (= ) 说明括号中左值表达式 cr 0 是一个 Writ e-Only 的，只能够被作为当前内联汇编的输入，而不能作为输入。而字母 a 是 寄存器 EAX / AX / A L 的简写，说明 cr 0 的值要从 ea x 寄存器中获取，也就是说 cr0 = eax ， 最终这一点被转化成汇编指令就是 movl %eax, address_of_cr0 。现在你应该清楚了吧，操 作约束中会给出：到底从哪个寄存器传递值给 cr 0 。

 

另外，需要特别说明的是，很多文档都声明，所有输出操作的操作约束必须包含一个等号 (= ) ，但 GC C 的文档中却很清楚的声明，并非如此。因为等号 (= ) 约束说明当前的表达式 是一个 Writ e-Only 的，但另外还有一个符号 — — 加号 (+ ) 用来说明当前表达式是一个

Rea d-Write 的，如果一个操作约束中没有给出这两个符号中的任何一个，则说明当前表达式是 Rea d-Only 的。因为对于输出操作来说，肯定是必须是可写的，而等号 (= ) 和加号 (+) 都表示可写，只不过加号 (+ ) 同时也表示是可读的。所以对于一个输出操作来说，其操作约 束只需要有等号 (= ) 或加号 (+ ) 中的任意一个就可以了。

 

二者的区别是：等号 (= ) 表示当前操作表达式指定了一个纯粹的输出操作，而加号 (+ ) 则 表示当前操作表达式不仅仅只是一个输出操作还是一个输入操作。但无论是等号 (= ) 约束还 是加号 (+ ) 约束所约束的操作表达式都只能放在 Outpu t 域中，而不能被用在 Inpu t 域中。

 

另外，有些文档声明：尽管 GC C 文档中提供了加号 (+ ) 约束，但在实际的编译中通不过；我不知道老版本会怎么样，我在 GCC 2.9 6 中对加号 (+ ) 约束的使用非常正常。

 

我们通过一个例子看一下，在一个输出操作中使用等号 (= ) 约束和加号 (+ ) 约束的不同。

 

 

$ cat example2.c

 

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

in t cr0 = 5 ;

__ asm __ __ volatil e __("movl%%cr0,%0"

 

:"=a" (cr0));

 

 

retur n 0 ;

 

}

 

 

$ gc c-Sexample2.c

 

 

$ cat example2.s main:

push l %ebp

mov l   %esp, %ebp subl    $4,%esp

 

mov l   $5, -4(%ebp)     #cr0=5

 

#AP P

movl %cr0, %eax

 

#NO_APP

 

m ov l   %eax,%eax

mov l   %eax,-4(%ebp)   #cr0=%eax movl $0,%eax

leave ret

 

 

这个例子是使用等号 (= ) 约束的情况，变量 cr 0   被放在内存 -4(%ebp) 的位置，所以指令

 

mov %eax,-4(%ebp) 即表示将 %ea x 的内容输出到变量 cr 0 中。

 

下面是使用加号 (+ ) 约束的情况：

 

 

$ cat example3.c

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

in t cr0 = 5 ;

 

__ asm __ __ volatile __("movl%%cr0,%0"

: "+a" (cr0)) ;

 

retur n 0 ;

 

}

 

 

$ gc c-Sexample3.c

$ cat example3.s main:

 

push l %ebp

mov l   %esp,%ebp subl   $4,%esp

 

mov l   $5, -4(%ebp)        #cr0= 5

 

mov l    -4(%ebp),%eax      #input(%eax=cr0)

 

#AP P

mov l   %cr0,%eax

 

#NO_APP

 

mov l   %eax,-4(%ebp)      #output(cr0=%eax)

mov l   $0,%eax leave

ret

 

从编译的结果可以看出，当使用加号 (+ ) 约束的时候， cr 0 不仅作为输出，还作为输入， 所使用寄存器都是寄存器约束 ( 字母 a ，表示使用 eax 寄存器 ) 指定的。关于寄存器约束我们 后面讨论。

 

在 Outpu t 域中可以有多个输出操作表达式，多个操作表达式中间必须用逗号 (, ) 分开。 例如：

 

 

$ cat example3.c

_ _asm__(

 

"mov l   %%eax, %0/n/t"

 

"push l %%ebx/n/t"

 

"pop l    %1/n/t"

 

"mov l   %1,%2"

: "+a"(cr0), "=b"(cr1), "=c"(cr2));

 

 

 

2. Input

 

 

 

Inpu t 域的内容用来指定当前内联汇编语句的输入。我们看一看这个例子：

 

 

__ asm _ _ ("movl %0, %%db7 "::"a"(cpu->db7));

 

例中 Inpu t   域的内容为一个表达式 "a"[cpu ->db7) ，被称作 “ 输入表达式 ” ，用来表示一 个对当前内联汇编的输入。

 

像输出表达式一样，一个输入表达式也分为两部分：带括号的部分 (cpu ->db7) 和带引号 的部分 "a" 。这两部分对于一个内联汇编输入表达式来说也是必不可少的。

 

括号中的表达式 cpu ->db7 是一个 C/C++ 语言的表达式，它不必是一个左值表达式， 也就是说它不仅可以是放在 C/C++ 赋值操作左边的表达式，还可以是放在 C/C++ 赋值操作 右边的表达式。所以它可以是一个变量，一个数字，还可以是一个复杂的表达式（比如 a+b/c* d ） 。比如上例可以改为：

 

__ asm __("movl %0, %%db7 ": : "a" (foo));

 

__ asm __("movl %0, %%db7 ": : "a" (0x1000));

__ asm __("movl %0, %%db7 "::"a"(va*vb/vc));

引号号中的部分是约束部分，和输出表达式约束不同的是，它不允许指定加号 (+ ) 约束 和等号 (= ) 约束，也就是说它只能是默认的 Rea d -Only 的 。 约束中必须指定一个寄存器约束， 例中的字母 a 表示当前输入变量 cpu ->db7 要通过寄存 器 eax 输入到当前内联汇编中。

 

我们看一个例子：

 

 

$ cat example4.c

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

in t cr 0 =5;

 

__ asm __ __ volatil e __("movl%0,%%cr0"::"a"(cr0));

 

return 0 ;

 

}

 

$ gc c-Sexample4.c

$ cat example4.s main:

 

push l %ebp

mov l   %esp,%ebp subl   $4,%esp

mov l   $5, -4(%ebp)          #cr0=5

 

mov l    -4(%ebp),%eax     #%eax=cr0

 

#AP P

 

mov l   %eax,%cr0

 

#NO_APP

mov l   $0,%eax leave

 

ret

 

我们从编译出的汇编代码可以看到，在 "Instruction List " 之前， GC C 按照我们的输入约 束 "a" ，将变量 cr 0 的内容装入了 eax 寄存器。

 

 

3.OperationConstraint

 

 

每一个 Inpu t 和 Out p u t 表达式都必须指定自己的操作约 束 Operation  Constraint ，我 们这里来讨论在 80386 平台上所可能使用的操作约束。

16                                                                                                     Developing Your OwnUnix-LikeOS on IBM PC

 

 

 

3.1 Register Constraint

 

当你当前的输入或输入需要借助一个寄存器时，你需要为其指定一个寄存器约束。你可 以直接指定一个寄存器的名字，比如：

 

 

__ asm _ ___volatile__("movl%0,%%cr0"::"eax"(cr0));

 

也可以指定一个缩写，比如：

 

__ asm _ ___volatile__("movl%0,%%cr0"::"a"(cr0));

 

如果你指定一个缩写，比如字母 a ， 则 GC C 将会根据当前操作表达式中 C/C++ 表达式 的宽度决定使用 %ea x ，还是 %ax 或 %al 。比如：

 

 

unsignedshort __shrt;

__ asm __ ("mov %0 ， %%bx" : : "a"(__shrt)) ;

 

 

由于变量 __shr t 是 16-bitshort 类型，则编译出来的汇编代码中，会让变量 __shr t 使用

 

%e x 寄存器。编译结果为：

 

 

Mov w   -2(%ebp),%ax #%ax=__shrt

#AP P

 

mov l   %ax,%bx

 

#NO_APP

 

 

无论是 Inpu t ，还是 Outpu t 操作表达式约束，都可以使用寄存器约束。

 

下表中列出了常用的寄存器约束的缩写。

 

 

约束        意义

 

r                    表示使用一个通用寄存器，由 GC C   在 %eax/%ax/%al, %ebx/%bx/%bl,

 

%ecx/%cx/%cl,%edx/%dx/%dl 中选取一 个 GC C 认为合适的。

 

g                   表示使用任意一个寄存器，由 GC C 在所有的可以使用的寄存器中选取一个

 

GC C 认为合适的。

 

q                   表示使用一个通用寄存器，和约束 r 的意义相同。

 

a                   表示使用 %eax/%ax/ %al

 

b                   表示使用 %ebx/%bx / %b l

 

c                    表示使用 %ecx/%cx/ %cl

 

d                   表示使用 %edx/%dx / %d l

 

D                  表示使用 %edi /%di

 

S                   表示使用 %esi/%si

 

f                    表示使用浮点寄存器

 

t                    表示使用第一个浮点寄存器

 

u                   表示使用第二个浮点寄存器

 

3.2 Memory Constraint

 

如果一个 Input/Outpu t   操作表达式的 C/C++ 表达式表现为一个内存地址，不想借助 于任何寄存器，则可以使用内存约束。比如：

 

 

__ asm _ _("lidt%0":"=m"(__idt_addr));

__ asm __ ("lidt %0" : :"m"(__idt_addr)) ;

 

 

我们看一下它们分别被放在一个 C 源文件中，然后被 GC C 编译后的结果：

 

 

$ cat example5.c

/ * 本例中，变量 _ _s h 被作为一个内存输入 * /

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

cha r *__sh=(char*)&__argc;

 

 

__ asm __ __ volatil e __ (

 

"lidt %0"

 

:/*nooutput*/

 

:"m"(__sh)

 

);

 

 

retur n 0 ;

 

}

 

 

$ gc c-Sexample5.c

 

 

$ cat example5.s main:

 

push l %ebp

mov l   %esp,%ebp subl   $4,%esp

 

lea l    8(%ebp),%eax

 

mov l   %eax,-4(%ebp) #sh=(char*)&__argc

 

#AP P

 

lid t      -4(%ebp)

#NO_APP

mov l   $0,%eax leave

 

ret

 

 

$ cat example6.c

/ * 本例中，变量 _ _s h 被作为一个内存输出 * /

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

cha r *__sh=(char*)&__argc;

 

 

__ asm __ __volatile__ (

"lidt %0"

 

: "=m" (__sh)

 

);

 

 

retur n 0 ;

}

 

 

$ gc c-Sexample6.c

 

 

$ cat example6.s main:

 

push l %ebp

mov l   %esp,%ebp subl $4,%esp

 

lea l   8(%ebp),%eax

mov l   %eax,-4(%ebp) # sh = (char*) &__argc

 

# AP P

 

lid t   -4(%ebp)

 

#NO_APP

mov l   $0,%eax leave

 

ret

 

首先，你会注意到，在这两个例子中，变量 s h 没有借助任何寄存器，而是直接参与了 指令 lid t 的操作。

 

其次，通过仔细观察，你会发现一个惊人的事实，两个例子编译出来的汇编代码是一样 的！虽然，一个例子中变量 s h 作为输入，而另一个例子中变量 s h 作为输出。这是怎么回事？

 

原来，使用内存方式进行输入输出时，由于不借助寄存器，所以 GC C 不会按照你的声 明对其作任何的输入输出处理。 GC C 只会直接拿来用，究竟对这个 C/C++ 表达式而言是输 入还是输出，完全依赖与你写在 "Instruction List " 中的指令对其操作的指令。

 

由于上例中，对其操作的指令为 lid t ， lid t 指令的操作数是一个输入型的操作数，所以 事实上对变量 s h 的操作是一个输入操作，即使你把它放在 Outpu t   域也不会改变这一点。 所以，对此例而言，完全符合语意的写法应该是将 s h 放在 Inpu t 域，尽管放在 Outpu t 域 也会有正确的执行结果。

 

所以，对于内存约束类型的操作表达式而言，放在 Inpu t 域还是放在 Outpu t 域，对编 译结果是没有任何影响的，因为本来我们将一个操作表达式放在 Inpu t 域或放在 Outpu t 域 是希望 GC C 能为我们自动通过寄存器将表达式的值输入或输出。既然对于内存约束类型的 操作表达式来说， GC C   不会自动为它做任何事情，那么放在哪儿也就无所谓了。但从程序 员的角度而言，为了增强代码的可读性，最好能够把它放在符合实际情况的地方。

 

 

约束        意义

 

M                  表示使用系统所支持的任何一种内存方式，不需要借助寄存器。

 

3.3 ImmediatelyNumberConstraint

 

如果一个 Inpu t/Outpu t   操作表达式的 C/C++ 表达式是一个数字常数，不想借助于任 何寄存器，则可以使用立即数约束。

 

由于立即数在 C/C++ 中只能作为右值，所以对于使用立即数约束的表达式而言，只能 放在 Inpu t 域。比如：

 

 

__ asm __ __ volatil e __("movl%0,%%eax"::"i"(100));

 

立即数约束很简单，也很容易理解，我们在这里就不再赘述。

 

 

约束        意义

 

i                    表示输入表达式是一个立即数 ( 整数 ) ，不需要借助任何寄存器。

 

F                   表示输入表达式是一个立即数 ( 浮点数 ) ，不需要借助任何寄存器。

 

 

 

 

3.4 Generic Constraint

 

 

约束        输入 / 输出        意义

g                   I,O                         表示可以使用通用寄存器，内存，立即数等任何一种处理方式。

 

0-9                I                             表示和第 n 个操作表达式使用相同的寄存器 / 内存。

 

通用约束 g 是一个非常灵活的约束，当程序员认为一个 C/C++ 表达式在实际的操作中， 究竟使用寄存器方式，还是使用内存方式或立即数方式并无所谓时，或者程序员想实现一个灵活的模板，让 GC C 可以根据不同的 C/C++ 表达式生成不同的访问方式时，就可以使用 通用约束 g 。比如：

 

 

#define JUST_MOV(foo)    /

 

__ asm __("movl%0,%%eax"::"g"(foo))

 

 

JUST_MOV(100) 和 JUST_MOV(var ) 则会让编译器产生不同的代码。

 

 

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

JU ST_MOV(100);

 

retur n 0 ;

}

 

 

编译后生成的代码为：

 

 

main:

push l %ebp

 

mov l   %esp,%ebp

 

#AP P

 

movl $100, %eax

 

#NO_APP

mov l   $0,%eax popl %ebp

 

ret

 

很明显这是立即数方式。而下一个例子：

 

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

JUST_MOV(__argc);

 

retur n 0 ;

 

}

 

 

经编译后生成的代码为：

 

 

main:

 

push l %ebp

 

mov l   %esp,%ebp

 

#AP P

mov l   8(%ebp),%eax

 

#NO_APP

mov l   $0,%eax popl   %ebp

 

ret

 

 

这个例子是使用内存方式。

 

一个带有 C/C++ 表达式的内联汇编，其操作表达式被按照被列出的顺序编号，第一个 是 0 ，第 2 个 是 1 ，依次类推， GC C 最多允许有 1 0 个操作表达式。比如：

 

 

__ asm __("popl%0/n/t"

 

"movl %1, %%es i/n/t"

 

"movl %2, %%ed i/n/t"

 

: "=a"(__out)

: "r" (__in1), "r" (__in2));

 

 

此例中， __ou t 所在 的 Outpu t 操作表达式被编号为 0 ， "r"(__in1) 被编号 为 1 ， "r"(__in2)

 

被编号为 2 。

 

再如：

 

 

__asm__("movl%%eax,%%ebx"::"a"(__in1),"b"(__in2));

 

此例中， "a"(__in1 ) 被编号为 0 ， "b"(__in2) 被编号为 1 。

 

如果某个 Inpu t 操作表达式使用数字 0 到 9 中的一个数字（假设为 1 ） 作为它的操作约 束，则等于向 GC C 声明： “ 我要使用和编号为 1 的 Outpu t 操作表达式相同的寄存器（如果 Outpu t 操作表达式 1 使用的是寄存器），或相同的内存地址（如果 Outpu t 操作表达式 1 使 用的是内存） ” 。上面的描述包含两个限定：数字 0 到数字 9 作为操作约束只能用在 Input 操作表达式中，被指定的操作表达式（比如某个 Inpu t 操作表达式使用数字 1 作为约束，那 么被指定的就是编号为 1 的操作表达式）只能是 Outpu t 操作表达式。

 

由于 GC C 规定最多只能 有 10 个 Input/Outpu t 操作表达式，所以事实上数字 9 作为操 作约束永远也用不到，因为 Outpu t 操作表达式排在 Inpu t 操作表达式的前面，那么如果有一个 Inpu t 操作表达式指定了数字 9 作为操作约束的话，那么说明 Outpu t 操作表达式的数 量已经至少为 10 个了，那么再加上这个 Inpu t   操作表达式，则至少为 11 个了，以及超出 GC C 的限制。

 

5 、 Modifier Characters （修饰符）

 

等号 (= ) 和加号 (+ ) 用于对 Outpu t 操作表达式的修饰，一个 Outpu t 操作表达式要么被等 号 (= ) 修饰，要么被加号 (+ ) 修饰，二者必居其一。使用等号 (= ) 说明此 Outpu t 操作表达式是 Writ e-Only 的，使用加号 (+ ) 说明 此 Outpu t 操作表达式是 Rea d-Write 的 。 它们必须被放在 约束字符串的第一个字母。比如 "a="(foo ) 是非法的，而 "+g"(foo ) 则是合法的。

 

当使用加号 (+ ) 的时候，此 Outpu t   表达式等价于使用等号 (= ) 约束加上一个 Inpu t   表达 式。比如

 

__asm__("movl%0,%%eax;addl%%eax,%0": "+b"(foo))

 

 

等价于

 

 

__asm__("movl%0,%%eax;addl%%eax,%0":"+b"(foo))

 

但如果使用后一种写法， "Instruction List " 中的别名也要相应的改动。关于别名，我们

 

后面会讨论。

 

像等号 (= ) 和加号 (+ ) 修饰符一样，符号 (& ) 也只能用于 对 Outpu t 操作表达式的修饰。当 使用它进行修饰时，等于向 GC C 声明： "GC C 不得为任何 Inpu t 操作表达式分配与此 Output 操作表达式相同的寄存器 " 。 其原因是 & 修饰符意味着被其修饰的 Outpu t 操作表达式要在所 有的 Inpu t 操作表达式被输入前输出。我们看下面这个例子：

 

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

in t __in1 = 8, __in2 = 4, __out = 3 ;

 

 

__ asm __("popl%0/n/t"

"movl %1, %%es i/n/t"

 

"movl %2, %%ed i/n/t"

 

: "=a"(__out)

 

: "r" (__in1), "r" (__in 2));

 

 

retur n 0 ;

 

}

 

此例 中， % 0   对应的就 是 Outpu t   操作表达 式，它被指定的寄存器是 %ea x ，整个 Instruction Lis t 的第一条指令 popl % 0 ，编译后就成为 popl %eax ，这时 %ea x 的内容已经 被修改，随后在 Instruction Lis t 后， GC C 会通 过 movl %eax, address_of_ou t   这条指令将

%ea x 的内容放置到 Outpu t 变量 __ou t 中。对于本例中的两个 Inpu t 操作表达式而言，它们 的寄存器约束为 "r " ，即要求 GC C 为其指定合适的寄存器，然后在 Instruction  List 之前将

__in 1 和 __in 2 的内容放入被选出的寄存器中，如果它们中的一个选择了已经被 __ou t   指定的 寄存器 %ea x ，假如是 __in 1 ，那么 G CC   在 Instruction  List   之前会插入指 令 movl address_of_in1,%eax ， 那么随后 popl %ea x 指令就修改了 %ea x 的值，此时 %ea x 中存放的 已经不是 Inpu t 变量 __in 1 的值了，那么随后的 movl %1, %%es i 指令，将不会按照我们的 本意 — — 即将 __in 1 的值放入 %es i 中 — — 而是将 __ou t 的值放入 %es i 中了。

 

下面就是本例的编译结果，很明显， GC C 为 __in 2 选择了和 __ou t 相同的寄存器 %ea x ， 这与我们的初衷不符。

 

main:

 

push l %ebp

mov l   %esp,%ebp subl   $12,%esp movl       $8, -4(%ebp) movl $4, -8(%ebp) movl       $3, -12(%ebp)

mov l    -4(%ebp),%edx      #__in1 使用寄存器 %ed x movl -8(%ebp),%eax        #__in2 使用寄存器 %ea x

 

 

#AP P

 

pop l   %eax

mov l   %edx,%esi movl %eax,%edi

 

#NO_APP

 

mov l   %eax,%eax

mov l   %eax,-12(%ebp)   #__out 使用寄存器 %eax mov l $0,%eax

 

leave

 

为了避免这种情况，我们必须向 GC C 声明这一点，要求 GC C 为所有的 Inpu t 操作表 达式指定别的寄存器，方法就是在 Outpu t 操作表达式 "=a"(__out) 的操作约束中加入 & 约束， 由于 GC C 规定等号 (= ) 约束必须放在第一个，所以我们写作 "=&a"(__out) 。

 

下面是我们将 & 约束加入之后编译的结果：

 

main:

 

push l %ebp

mov l   %esp,%ebp subl $12,%esp movl       $8,-4(%ebp) movl   $4,-8(%ebp) movl   $3,-12(%ebp)

mov l   -4(%ebp),%edx    #__in1 使用寄存器 %ed x movl   -8(%ebp),%eax

mov l   %eax,%ecx       #__in2 使用寄存器 %ecx

 

#AP P

 

pop l   %eax

mov l   %edx,%esi movl %ecx,%edi

#NO_APP

 

mov l   %eax,%eax

mov l   %eax,-12(%ebp)   #__out 使用寄存器 %ea x movl   $0,%eax

leave ret

 

 

 

OK ！这下好了，完全与我们的意图吻合。

 

如果一个 Outpu t 操作表达式的寄存器约束被指定为某个寄存器，只有当至少存在一个 Inpu t   操作表达式的寄存器约束为可选约束时，（可选约束的意思是可以从多个寄存器中选 取一个，或使用非寄存器方式），比如 "r " 或 "g" 时，此 Outpu t 操作表达式使用 & 修饰才有意 义。如果你为所有的 Inpu t 操作表达式指定了固定的寄存器，或使用内存 / 立即数约束，则 此 Outpu t 操作表达式使用 & 修饰没有任何意义。比如：

 

 

__ asm __("popl%0/n/t"

 

"movl %1, %%es i/n/t"

 

"movl %2, %%ed i/n/t"

 

: "=&a " (__out )

: "m" (__in1), "c" (__in2));

 

 

此例中的 Outpu t 操作表达式完全没有必要使用 & 来修饰，因为 __in 1 和 __in 2 都被指定 了固定的寄存器，或使用了内存方式， GC C 无从选择。

 

但如果你已经为某个 Outpu t 操作表达式指定了 & 修饰，并指定了某个固定的寄存器， 你就不能再为任何 Inp u t 操作表达式指定这个寄存器，否则会出现编译错误。比如：

 

 

__ asm __("popl%0/n/t"

 

"movl %1, %%es i/n/t"

"movl %2, %%ed i/n/t"

 

:"=&a"(__out)

 

: "a" (__in1), "c" (__in2));

 

 

本例中，由于 __ou t 已经指定了寄存器 %ea x ，同时使用了符号 & 修饰，则再为 __in 1 指 定寄存器 %ea x 就是非法的。

 

反过来，你也可以为 Outpu t   指定可选约束，比如 "r","g" 等，让 GC C 为其选择到底使 用哪个寄存器，还是使用内存方式， GC C 在选择的时候，会首先排除掉已经被 Inpu t 操作 表达式使用的所有寄存器，然后在剩下的寄存器中选择，或干脆使用内存方式。比如：

 

 

__ asm __("popl%0/n/t"

 

"movl %1, %%es i/n/t"

 

"movl %2, %%ed i/n/t"

 

:"=&r"(__out)

: "a" (__in1), "c "(__in2));

 

 

 

本例中，由于 __ou t 指定了约束 "r " ，即让 GC C 为其决定使用哪一格寄存器，而寄存器

 

%ea x 和 %ecx 已经被 __in 1 和 __in 2 使用，那么 GC C 在为 __ou t 选择的时候，只会在 %eb x

 

和 %ed x 中选择。

 

前 3 个修饰符只能用在 Outpu t   操作表达式中，而百分号 [% ] 修饰符恰恰相反，只能用 在 Inpu t 操作表达式中，用于向 GC C 声明： “ 当前 Inpu t 操作表达式中的 C/C++ 表达式可 以和下一个 Inpu t 操作表达式中的 C/C++ 表达式互换 ” 。 这个修饰符号一般用于符合交换律 运算，比如加 (+ ) ，乘 (* ) ，与 (& ) ，或 (| ) 等等。我们看一个例子：

 

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

in t __in1 = 8, __in2 = 4, __out = 3 ;

 

 

__ asm __ ("addl %1, % 0 / n/t"

 

: "=r"(__out)

 

:"%r"(__in1),"0"(__in2));

 

 

retur n 0 ;

}

 

 

在此例中，由于指令是一个加法运算，相当于等式 __out = __in1 + __in2 ，而它与等式

__out = __in2 + __in 1 没有什么不同。所以使用百分号修饰，让 GC C 知道 __in 1 和 __in 2 可 以互换，也就是说 GC C 可以自动将本例的内联汇编改变为：

 

 

__ asm __ ("addl %1, % 0 / n/t"

: "=r"(__out)

 

:"%r"(__in2),"0"(__in1));

 

 

 

下表总结了各种修饰符的意义：

 

 

修饰符      输入 / 输出       意义

 

=                   O                        表示此 Outpu t 操作表达式是 Write-Only 的。

 

+                   O                        表示此 Outpu t 操作表达式是 Rea d -Write 的。

 

&                  O                        表示此 Outpu t 操作表达式独占为其指定的寄存器。

%                  I                          表示此 Inpu t   操作表达式中的 C/C++ 表达式可以和下一 个 Inpu t 操作表达式中的 C/C++ 表达式互换。

 

 

4 .   占位符

 

 

 

什么叫占位符？我们看一看下面这个例子：

 

__ asm __("addl%1,%0/n/t"

 

: "=a"(__out)

 

: "m" (__in1), "a" (__in2));

 

这个例子中的 % 0 和 % 1 就是占位符。每一个占位符对应一个 Input/Outpu t 操作表达式。 我们在之前已经提到， GC C 规定一个内联汇编语句最多可以有 1 0 个 Input/Outpu t 操作表 达式，然后按照它们被列出的顺序依次赋予编号 0 到 9 。 对于占位符中的数字而言，和这些 编号是对应的。

 

由于占位符前面使用一个百分 号 (% ) ，为了区别占位符和寄存器， G C C   规定在带 有

 

C/C++ 表达式的内联汇编中， "Instruction List " 中直接写出的寄存器前必须使用两个百分号

 

(%% ) 。

 

GC C 对其进行编译的时候，会将每一个占位符替换为对应的 Input/Outpu t   操作表达 式所指定的寄存器 / 内存地址 / 立即数。比如在上例中，占位符 % 0 对应 Outpu t 操作表达式

 

"=a"(__out) ，而 "=a"(__out) 指定的寄存器为 %ea x ，所以把占位符 % 0   替换为 %ea x ，占位符

 

% 1 对应 Inpu t   操作表达式 "m"(__in1 ) ，而 "m"(__in1) 被指定为内存操作，所以把占位符 % 1

 

替换为变量 __in 1 的内存地址。

 

也许有人认为，在上面这个例子中，完全可以不使用 % 0 ，而是直接写 %%ea x ，就像这 样：

 

__ asm __ ("addl %1, %%ea x /n/t"

 

: "=a"(__out)

 

: "m" (__in1), "a" (__in2));

 

和上面使用占位符 % 0   没有什么不同，那么使用占位符 % 0   就没有什么意义。确实，两 者生成的代码完全相同，但这并不意味着这种情况下占位符没有意义。因为如果不使用占位符，那么当有一天你想把变量 __ou t 的寄存器约束由 a 改为 b 时，那么你也必须将 add l 指 令中的 %%ea x 改为 %%ebx ，也就是说你需要同时修改两个地方，而如果你使用占位符，你 只需要修改一次就够了。另外，如果你不使用占位符，将不利于代码的清晰性。在上例中，如果你使用占位符，那么你一眼就可以得知， add l   指令的第二个操作数内容最终会输出到 变量 __ou t 中；否则，如果你不用占位符，而是直接将 add l 指令的 第 2 个操作数写为 %%eax ， 那么你需要考虑一下才知道它最终需要输出到变量 __ou t 中。这是占位符最粗浅的意义。毕 竟在这种情况下，你完全可以不用。

 

但对于这些情况来说，不用占位符就完全不行了：

 

首先，我们看一看上例中的第 1 个 Inpu t 操作表达式 "m"(__in1) ，它 被 GC C 替换之后， 表现为 addl address_of_in1, % % eax ， __in 1 的地址是什么？编译时才知道。所以我们完全 无法直接在指令中去写出 __in 1 的地址，这时使用占位符，交给 GC C 在编译时进行替代， 就可以解决这个问题。所以这种情况下，我们必须使用占位符。

 

其次，如果上例中的 Outpu t   操作表达式 "=a"(__out) 改为 "=r"(__out) ，那么 __ou t   在究 竟使用那么寄存器只有到编译时才能通过 GC C 来决定，既然在我们写代码的时候，我们不 知道究竟哪个寄存器被选择，我们也就不能直接在指令中写出寄存器的名称，而只能通过占位符替代来解决。

 

 

 

5.Clobber/Modify

 

 

有时候，你想通知 GC C 当前内联汇编语句可能会对某些寄存器或内存进行修改，希望 GC C 在编译时能够将这一点考虑进去。那么你就可以在 Clobber/Modif y   域声明这些寄存 器或内存。

 

这种情况一般发生在一个寄存器出现在 "Instruction  List" ，但却不是由 Input/Output 操作表达式所指定的，也不是在一些 Input/Outpu t   操作表达式使用 "r","g" 约束时由 GC C 为其选择的，同时此寄存器被 "Instruction List " 中的指令修改，而这个寄存器只是供当前内 联汇编临时使用的情况。比如：

 

 

__ asm __ ("movl %0, %%ebx" : : "a"(__foo) : "bx");

 

寄存 器 %eb x   出现 在 "Instruction  List   中 " ，并且被 movl   指令修 改 ，但却未被任何 Input/Outpu t 操作表达式指定，所以你需要在 Clobber/Modif y 域指定 "bx" ， 以让 GC C 知 道这一点。

 

因为你在 Input/Outpu t 操作表达式所指定的寄存器，或当你为一些 Input/Outpu t 操 作表达式使用 "r","g" 约束，让 GC C 为你选择一个寄存器时， GC C 对这些寄存器是非常清楚 的 — — 它知道这些寄存器是被修改的，你根本不需要在 Clobber/Modify 域再声明它们。但 除此之外， GC C   对剩下的寄存器中哪些会被当前的内联汇编修改一无所知。所以如果你真 的在当前内联汇编指令中修改了它们，那么就最好在 Clobber/Modify 中声明它们，让 GCC 针对这些寄存器做相应的处理。否则有可能会造成寄存器的不一致，从而造成程序执行错误。

 

在 Clobber/Modif y 域中指定这些寄存器的方法很简单，你只需要将寄存器的名字使用双引号 (" " ) 引起来。如果有多个寄存器需要声明，你需要在任意两个声明之间用逗号隔开。 比如：

 

__asm __("movl%0,%%ebx;popl%%ecx"

 

: /* no output * /

 

: "a"( _ _foo):"bx","cx");

 

这些串包括：

 

 

声明的串                   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，因为其它的都和 它们中的一个是等价的。

 

如果你在一个内联汇编语句的 Clobber/Modif y 域向 GC C 声明某个寄存器内容发生了 改变， GC C   在编译时，如果发现这个被声明的寄存器的内容在此内联汇编语句之后还要继 续使用，那么 GC C 会首先将此寄存器的内容保存起来，然后在此内联汇编语句的相关生成 代码之后，再将其内容恢复。我们来看两个例子，然后对比一下它们之间的区别。

 

这个例子中声明了寄存器 %eb x 内容发生了改变：

 

$ cat example7.c

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

in t in=8;

 

__ asm __("addl%0,%%ebx"

 

:/*nooutput*/

 

: "a" (in) : "bx");

 

 

retur n 0 ;

 

}

 

$ gc c-O-Sexample7.c

$ cat example7.s main:

push l %ebp

 

mov l   %esp,%ebp

push l %ebx       #%ebx 内容被保存

 

mov l   $8,%eax

 

#AP P

add l   %eax,%ebx

 

#NO_APP

 

mov l   $0,%eax

mov l   (%esp),%ebx     #%ebx 内容被恢复

leave ret

 

下面这个例子的 C 源码与上一个例子除了没有声明 %eb x 寄存器发生了改变之外，其它 都相同。

 

 

$ cat example8.c

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

in t in=8;

 

 

__ asm __("addl%0,%%ebx"

 

:/*nooutput*/

 

: "a" (in) ) ;

 

 

retur n 0 ;

}

 

 

$ gcc-O-Sexample8.c

$ cat example8.s main:

 

push l %ebp

mov l   %esp,%ebp movl   $8,%eax

 

#AP P

 

addl %eax, %ebx

 

#NO_APP

mov l   $0,%eax popl %ebp

 

ret

 

仔细对比一下 example7.s 和 example8.s ，你就会明白在 Clobber/Modif y 域声明一个 寄存器的意义。

 

另外需要注意的是，如果你在 Clobber/Modify 域声明了一个寄存器，那么这个寄存器 将不能再被用做当前内联汇编语句的 Input/Outpu t   操作表达式的寄存器约 束，如果 Input/Outpu t   操作表达式的寄存器约束被指定为 "r " 或 "g" ， GC C 也不会选择已经被声明在 Clobber/Modif y 中的寄存器。比如：

 

__ asm __("movl%0,%%ebx"

::"a"(__foo):"ax","bx");

 

 

此例中，由于 Outpu t 操作表达式 "a"(__foo ) 的寄存器约束已经指定了 %ea x 寄存器，那 么再在 Clobber/Modif y 域中指定 "ax" 就是非法的。编译时， GC C 会给出编译错误。

 

除了寄存器的内容会 被改变，内存的内容也可以被修改。如果一个内联汇编语句

"Instruction List " 中的指令对内存进行了修改，或者在此内联汇编出现的地方内存内容可能发生改变，而被改变的内存地址你没有在其 Outpu t   操作表达式使用 "m" 约束，这种情况下 你需要使用在 Clobber/Modif y 域使用字符串 "memory" 向 GC C 声明： “ 在这里，内存发生 了，或可能发生了改变 ” 。例如：

 

 

voi d * memset (void*__s,char__c,size_t__count)

{

 

__ asm __("cl d /n/t"

 

"re p / n/t"

 

"stosb"

 

:/*nooutput*/

:"a"(__c),"D"(__s),"c"(__count)

 

: "cx","di","memory");

 

retur n _ _s;

 

}

此例实现了标准函数库 memset ，其内联汇编中的 stos b 对内存进行了改动，而其被修 改的内存地址 s 被指定装入 %ed i ，没有任何 Outpu t 操作表达式使用了 "m" 约束，以指定内 存地址 s 处的内容发生了改变。所以在其 Clobber/Modif y 域使用 "memory" 向 GC C 声明： 内存内容发生了变动。

 

如果一个内联汇编语句的 Clobber/Modif y 域存在 "memory" ， 那 么 GC C 会保证在此内 联汇编之前，如果某个内存的内容被装入了寄存器，那么在这个内联汇编之后，如果需要使 用这个内存处的内容，就会直接到这个内存处重新读取，而不是使用被存放在寄存器中的拷 贝。因为这个时候寄存器中的拷贝已经很可能和内存处的内容不一致了。

 

 

这只是使 用 "memor y" 时， GC C   会保证做到的一 点，但这并不是全部。因为使用

"memory" 是向 GC C   声明内存发生了变化，而内存发生变化带来的影响并不止这一点。比 如我们在前面讲到的例子：

 

 

in t main ( in t __argc,char*__argv[])

 

{

 

in t * __p = (int*)__arg c;

 

(*__p) = 9999 ;

 

__ asm __("":::"memory");

if ((*__p) = = 9999)

 

retur n 5 ;

 

 

retur n (*__p) ;

 

}

 

 

本例中，如果没有那条内联汇编语句，那个 i f 语句的判断条件就完全是一句废话。 GCC 在优化时会意识到这一点，而直接只生成 return  5 的汇编代码，而不会再生成 i f 语句的相 关代码，而不会生成 return (*__p ) 的相关代码。但你加上了这条内联汇编语句，它除了声明 内存变化之外，什么都没有做。但 GC C 此时就不能简单的认为它不需要判断都知道 (*__p) 一定与 9999 相等，它只有老老实实生成这条 i f 语句的汇编代码，一起相关的两个 return 语 句相关代码。

 

当一个内联汇编指令中包含影响 eflag s 寄存器中的条件标志（也就是那些 Jx x 等跳转指 令要参考的标志位，比如，进位标志， 0 标志等），那么需要在 Clobber/Modify 域中使用 "cc" 来声明这一点。这些指令包括 adc,div ， popfl ， btr ， bt s 等等，另外，当包含 cal l 指令时， 由于你不知道你所 cal l 的函数是否会修改条件标志，为了稳妥起见，最好也使用 "cc" 。

 

我很少在相关资料中看到有关 "cc" 的确切用法，只有一份文档提到了它，但还不是 i386 平台的，只是说 "cc" 是处理器平台相关的，并非所有的平台都支持它，但即使在不支持它的 平台上，使用它也不会造成编译错误。我做了一些实验，但发现使用 "cc " 和不使用 "cc" 所生 成的代码没有任何不同。但 Linux 2. 4 的相关代码中用到了它。如果谁知道在 i38 6 平台上 "cc" 的细节，请和我联系。

另外，还可以在 Clobber/Modif y 域指定数字 0 到 9 ，以声明第 n 个 Input/Outpu t 操 作表达式所使用的寄存器发生了变化，但正如我们在前面所提到的，如果你为某个 Input/Outpu t   操作表达式指定了寄存器，或使用 "g","r " 等约束让 GC C   为其选择寄存器， GC C   已经知道哪个寄存器内容发生了变化，所以这么做没有什么意义；我也作了相关的试 验，没有发现使用它会对 GC C   生成的汇编代码有任何影响，至少在 i38 6   平台上是这样。 Linux  2.4 的所有 i38 6 平台相关内联汇编代码中都没有使用这一点，但 S39 0 平台相关代码 中有用到，但由于我对 S39 0 汇编没有任何概念，所以，也不知道这么做的意义何在。