c++中内联汇编(收藏)

一、 优点

        使用内联汇编可以在 C/C++ 代码中嵌入汇编语言指令，而且不需要额外的汇编和连接步骤。在 Visual C++ 中，内联汇编是内置的编译器，因此不需要配置诸如 MASM 一类的独立汇编工具。这里，我们就以 Visual Studio .NET 2003 为背景，介绍在 Visual C++ 中使用内联汇的相关知识（如果是早期的版本，可能会有些许出入）。

        内联汇编代码可以使用 C/C++ 变量和函数，因此它能非常容易地整合到 C/C++ 代码中。它能做一些对于单独使用 C/C++ 来说非常笨重或不可能完成的任务。

        内联汇编的用途包括：

        * 使用汇编语言编写特定的函数；
        * 编写对速度要求非常较高的代码；
        * 在设备驱动程序中直接访问硬件；
        * 编写 naked 函数的初始化和结束代码。

二、 关键字

        使用内联汇编要用到 __asm 关键字，它可以出现在任何允许 C/C++ 语句出现的地方。我们来看一些例子：

        * 简单的 __asm 块：

            __asm
            {
                MOV AL, 2
                MOV DX, 0xD007
                OUT AL, DX
            }

        * 在每条汇编指令之前加 __asm 关键字：

            __asm MOV AL, 2
            __asm MOV DX, 0xD007
            __asm OUT AL, DX

        * 因为 __asm 关键字是语句分隔符，所以可以把多条汇编指令放在同一行：

            __asm MOV AL, 2      __asm MOV DX, 0XD007      __asm OUT AL, DX

        显然，第一种方法与 C/C++ 的风格很一致，并且把汇编代码和 C/C++ 代码清楚地分开，还避免了重复输入 __asm 关键字，因此推荐使用第一种方法。

        不像在 C/C++ 中的“{}”，__asm 块的“{}”不会影响 C/C++ 变量的作用范围。同时，__asm 块可以嵌套，而且嵌套也不会影响变量的作用范围。

        为了与低版本的 Visual C++ 兼容，_asm 和 __asm 具有相同的意义。另外，Visual C++ 支持标准 C++ 的 asm 关键字，但是它不会生成任何指令，它的作用仅限于使编译器不会出现编译错误。要使用内联汇编，必须使用 __asm 而不是 asm 关键字。

三、 汇编语言

1. 指令集

        内联汇编支持 Intel Pentium 4 和 AMD Athlon 的所有指令。更多其它处理器的指令可以通过 _EMIT 伪指令来创建（_EMIT 伪指令说明见下文）。

2. MASM 表达式

        在内联汇编代码中，可以使用所有的 MASM 表达式（MASM 表达式是指用来计算一个数值或一个地址的操作符和操作数的组合）。

3. 数据指示符和操作符

        虽然 __asm 块中允许使用 C/C++ 的数据类型和对象，但它不能使用 MASM 指示符和操作符来定义数据对象。这里特别指出，__asm 块中不允许 MASM 中的定义指示符（DB、DW、DD、DQ、DT 和 DF），也不允许使用 DUP 和 THIS 操作符。MASM 中的结构和记录也不再有效，内联汇编不接受 STRUC、RECORD、WIDTH 或者 MASK。

4. EVEN 和 ALIGN 指示符

        尽管内联汇编不支持大多数 MASM 指示符，但它支持 EVEN 和 ALIGN。当需要的时候，这些指示符在汇编代码里面加入 NOP 指令（空操作）使标号对齐到特定边界。这样可以使某些处理器取指令时具有更高的效率。

5. MASM 宏指示符

        内联汇编不是宏汇编，不能使用 MASM 宏指示符（MACRO、REPT、IRC、IRP 和 ENDM）和宏操作符（<>、!、&、% 和 .TYPE）。

6. 段

        必须使用寄存器而不是名称来指明段（段名称“_TEXT”是无效的）。并且，段跨越必须显式地说明，如 ES:[EBX]。

7. 类型和变量大小

        在内联汇编中，可以用 LENGTH、SIZE 和 TYPE 来获取 C/C++ 变量和类型的大? ?

        * LENGTH 操作符用来取得 C/C++ 中数组的元素个数（如果不是一个数组，则结果为 1）。
        * SIZE 操作符可以获取 C/C++ 变量的大小（一个变量的大小是 LENGTH 和 TYPE 的乘积）。
        * TYPE 操作符可以返回 C/C++ 类型和变量的大小（如果变量是一个数组，它得到的是数组中单个元素的大小）。

        例如，程序中定义了一个 8 维的整数型变量：

            int iArray[8];

        下面是 C 和汇编表达式中得到的 iArray 及其元素的相关值：

            __asm                       C                                       Size

            LENGTH iArray               sizeof(iArray)/sizeof(iArray[0])        8
            SIZE iArray                 sizeof(iArray)                          32
            TYPE iArray                 sizeof(iArray[0])                       4

8. 注释

        内联汇编中可以使用汇编语言的注释，即“;”。例如：

            __asm MOV EAX, OFFSET pbBuff      ; Load address of pbBuff

        因为 C/C++ 宏将会展开到一个逻辑行中，为了避免在宏中使用汇编语言注释带来的混乱，内联汇编也允许使用 C/C++ 风格的注释。

9. _EMIT 伪指令

        _EMIT 伪指令相当于 MASM 中的 DB，但是 _EMIT 一次只能在当前代码段（.text 段）中定义一个字节。例如：

            __asm
            {
                JMP _CodeLabel

                _EMIT 0x00            ; 定义混合在代码段的数据
                _EMIT 0x01

            _CodeLabel:               ; 这里是代码
                _EMIT 0x90            ; NOP指令
            }

10. 寄存器使用

        一般来说，不能假定某个寄存器在 __asm 块开始的时候有已知的值。寄存器的值将不能保证会从 __asm 块保留到另外一个 __asm 块中。

        如果一个函数声明为 __fastcall 调用方式，则其参数将通过寄存器而不是堆栈来传递。这将会使 __asm 块产生问题，因为函数无法被告知哪个参数在哪个寄存器中。如果函数接收了 EAX 中的参数并立即储存一个值到 EAX 中的话，原来的参数将丢失掉。另外，在所有声明为 __fastcall 的函数中，ECX 寄存器是必须一直保留的。为了避免以上的冲突，包含 __asm 块的函数不要声明为 __fastcall 调用方式。

        * 提示：如果使用 EAX、EBX、ECX、EDX、ESI 和 EDI 寄存器，你不需要保存它。但如果你用到了 DS、SS、SP、BP 和标志寄存器，那就应该用 PUSH 保存这些寄存器。

        * 提示：如果程序中改变了用于 STD 和 CLD 的方向标志，必须将其恢复到原来的值。

四、 使用 C/C++ 元素

1. 可用的 C/C++ 元素

        C/C++ 与汇编语言可以混合使用，在内联汇编中可以使用 C/C++ 变量以及很多其它的 C/C++ 元素，包括：

        * 符号，包括标号、变量和函数名；
        * 常量，包括符号常量和枚举型成员；
        * 宏定义和预处理指示符；
        * 注释，包括“/**/”和“//”；
        * 类型名，包括所有 MASM 中合法的类型；
        * typedef 名称，通常使用 PTR 和 TYPE 操作符，或者使用指定的的结构或枚举成员。

        在内联汇编中，可以使用 C/C++ 或汇编语言的基数计数法。例如，0x100 和 100H 是相等的。

2. 操作符使用

        内联汇编中不能使用诸如“<<”一类的 C/C++ 操作符。但是，C/C++ 和 MASM 共有的操作符（比如“*”和“[]”操作符），都被认为是汇编语言的操作符，是可以使用的。举个例子：

            int iArray[10];

            __asm MOV iArray[6], BX                 ; Store BX at iArray + 6 (Not scaled)
            iArray[6] = 0;                          // Store 0 at iArray+12 (Scaled)

        * 提示：在内联汇编中，可以使用 TYPE 操作符使其与 C/C++ 一致。比如，下面两条语句是一样的：

            __asm MOV iArray[6 * TYPE int], 0       ; Store 0 at iArray + 12
            iArray[6] = 0;                          // Store 0 at iArray + 12

3. C/C++ 符号使用

        在 __asm 块中可以引用所有在作用范围内的 C/C++ 符号，包括变量名称、函数名称和标号。但是不能访问 C++ 类的成员函数。

        下面是在内联汇编中使用 C/C++ 符号的一些限制：

        * 每条汇编语句只能包含一个 C/C++ 符号。在一条汇编指令中，多个符号只能出现在 LENGTH、TYPE 或 SIZE 表达式中。
        * 在 __asm 块中引用函数必须先声明。否则，编译器将不能区别 __asm 块中的函数名和标号。
        * 在 __asm 块中不能使用对于 MASM 来说是保留字的 C/C++ 符号（不区分大小写）。MASM 保留字包含指令名称（如 PUSH）和寄存器名称（如 ESI）等。
        * 在 __asm 块中不能识别结构和联合标签。

4. 访问 C/C++ 中的数据

        内联汇编的一个非常大的方便之处是它可以使用名称来引用 C/C++ 变量。例如，如果 C/C++ 变量 iVar 在作用范围内：

            __asm MOV EAX, iVar      ; Stores the value of iVar in EAX

        如果 C/C++ 中的类、结构或者枚举成员具有唯一的名称，则在 __asm 块中可以只通过成员名称来访问（省略“.”操作符之前的变量名或 typedef 名称）。然而，如果成员不是唯一的，你必须在“.”操作符之前加上变量名或 typedef 名称。例如，下面的两个结构都具有 SameName 这个成员变量：

            struct FIRST_TYPE
            {
                char *pszWeasel;
                int SameName;
            };

            struct SECOND_TYPE
            {
                int iWonton;
                long SameName;
            };

        如果按下面方式声明变量：

            struct FIRST_TYPE ftTest;
            struct SECOND_TYPE stTemp;

        那么，所有引用 SameName 成员的地方都必须使用变量名，因为 SameName 不是唯一的。另外，由于上面的 pszWeasel 变量具有唯一的名称，你可以仅仅使用它的成员名称来引用它：

            __asm
            {
                MOV EBX, OFFSET ftTest
                MOV ECX, [EBX]ftTest.SameName           ; 必须使用“ftTest”
                MOV ESI, [EBX]. pszWeasel               ; 可以省略“ftTest”
            }

        * 提示：省略变量名仅仅是为了书写代码方便，生成的汇编指令还是一样的。

5. 用内联汇编写函数

        如果用内联汇编写函数的话，要传递参数和返回一个值都是非常容易的。看下面的例子，比较一下用独立汇编和内联汇编写的函数：

            ; PowerAsm.asm
            ; Compute the power of an integer

            PUBLIC          GetPowerAsm
            _TEXT           SEGMENT WORD PUBLIC 'CODE'
            GetPowerAsm PROC
                PUSH        EBP                 ; Save EBP
                MOV         EBP, ESP            ; Move ESP into EBP so we can refer
                                        ; to arguments on the stack
                MOV         EAX, [EBP+4]        ; Get first argument
                MOV         ECX, [EBP+6]        ; Get second argument
                SHL         EAX, CL             ; EAX = EAX * (2 ^ CL)
                POP         EBP                 ; Restore EBP
                RET                         ; Return with sum in EAX
            GetPowerAsm ENDP
            _TEXT           ENDS
                        END

        C/C++ 函数一般用堆栈来传递参数，所以上面的函数中需要通过堆栈位置来访问它的参数（在 MASM 或其它一些汇编工具中，也允许通过名称来访问堆栈参数和局部堆栈变量）。

        下面的程序是使用内联汇编写的：

            // PowerC.c

            ＃i nclude <Stdio.h>

            int GetPowerC(int iNum, int iPower);

            int main()
            {
                printf("3 times 2 to the power of 5 is %d/n", GetPowerC( 3, 5));
            }

            int GetPowerC(int iNum, int iPower)
            {
                __asm
                {
                    MOV EAX, iNum       ; Get first argument
                    MOV ECX, iPower ; Get second argument
                    SHL EAX, CL         ; EAX = EAX * (2 to the power of CL)
                }
                // Return with result in EAX
            }

        使用内联汇编写的 GetPowerC 函数可以通过参数名称来引用它的参数。由于 GetPowerC 函数没有执行 C 的 return 语句，所以编译器会给出一个警告信息，我们可以通过 #pragma warning 禁止生成这个警告。

        内联汇编的其中一个用途是编写 naked 函数的初始化和结束代码。对于一般的函数，编译器会自动帮我们生成函数的初始化（构建参数指针和分配局部变量等）和结束代码（平衡堆栈和返回一个值等）。 使用内联汇编，我们可以自己编写干干净净的函数。当然，此时我们必须自己动手做一些有关函数初始化和扫尾的工作。例如：

            void __declspec(naked) MyNakedFunction()
            {
                // Naked functions must provide their own prolog.
                __asm
                {
                    PUSH EBP
                    MOV ESP, EBP
                    SUB ESP, __LOCAL_SIZE
                }

                .
                .
                .

                // And we must provide epilog.
                __asm
                {
                    POP EBP
                    RET
                }
            }

6. 调用 C/C++ 函数

        内联汇编中调用声明为 __cdecl 方式（默认）的 C/C++ 函数必须由调用者清除参数堆栈，下面是一个调用 C/C++ 函数例子:

            ＃i nclude <Stdio.h>

            char szFormat[] = "%s %s/n";
            char szHello[] = "Hello";
            char szWorld[] = " world";

            void main()
            {
                __asm
                {
                    MOV         EAX, OFFSET szWorld
                    PUSH        EAX
                    MOV         EAX, OFFSET szHello
                    PUSH        EAX
                    MOV         EAX, OFFSET szFormat
                    PUSH        EAX
                    CALL        printf

                    // 压入了 3 个参数在堆栈中，调用函数之后要调整堆栈
                    ADD         ESP, 12
                }
            }

        * 提示：参数是按从右往左的顺序压入堆栈的。

        如果调用 __stdcall 方式的函数，则不需要自己清除堆栈。因为这种函数的返回指令是 RET n，会自动清除堆栈。大多数 Windows API 函数均为 __stdcall 调用方式（仅除 wsprintf 等几个之外），下面是一个调用 MessageBox 函数的例子：

            ＃i nclude <Windows.h>

            TCHAR g_tszAppName[] = TEXT("API Test");

            void main()
            {
                TCHAR tszHello[] = TEXT("Hello, world!");

                __asm
                {
                    PUSH        MB_OK OR MB_ICONINFORMATION
                    PUSH        OFFSET g_tszAppName             ; 全局变量用 OFFSET
                    LEA         EAX, tszHello                   ; 局部变量用 LEA
                    PUSH        EAX
                    PUSH        0
                    CALL        DWORD PTR [MessageBox]      &

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