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[導(dǎo)讀]來(lái)源 :cnblogs,作者:byeyear 有時(shí)候我們希望在C/C++代碼中使用嵌入式匯編,因?yàn)镃中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的函數(shù)或語(yǔ)法可用。比如我最近在ARM上寫FIR程序時(shí),需要對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行飽和處理,但gcc沒(méi)有提供ssat這樣的函數(shù),于是不得不在C代碼中嵌入?yún)R編指令。 在C語(yǔ)言中如

來(lái)源 :cnblogs,作者:byeyear

有時(shí)候我們希望在C/C++代碼中使用嵌入式匯編,因?yàn)镃中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的函數(shù)或語(yǔ)法可用。比如我最近在ARM上寫FIR程序時(shí),需要對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行飽和處理,但gcc沒(méi)有提供ssat這樣的函數(shù),于是不得不在C代碼中嵌入匯編指令。

在C語(yǔ)言中如何使用匯編語(yǔ)言呢?這個(gè)問(wèn)題在 不同的編譯器中,具體實(shí)現(xiàn)方法是不同的。不過(guò)在實(shí)現(xiàn)大方上也不過(guò)就是有兩種,而且各種編譯器的實(shí)現(xiàn)方法也是大同小異。一種是在C語(yǔ)言中嵌入?yún)R編語(yǔ)言代碼, 另一種是讓C語(yǔ)言從外部調(diào)用匯編。下面我們就以 Borland格式為例來(lái)說(shuō)一說(shuō)具體用法。但是,匯編指令與Microsoft的實(shí)現(xiàn)方法的與Borland只在格式上有點(diǎn)區(qū)別。當(dāng)然,GCC的嵌入?yún)R編是 AT&T格式的。還好,不管什么格式,只是表達(dá)形式的不同而已,其內(nèi)在含義是一模一樣的。還是那句話各種編譯器的實(shí)現(xiàn)方法是大同小異的,并沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。


兩種實(shí)現(xiàn)方式


首先,我們看一看在C語(yǔ)言中如何嵌入?yún)R編語(yǔ)言代碼。在C語(yǔ)言中嵌入?yún)R編語(yǔ)言代碼,也有兩種格式,一種是單句的,一種是模塊的。

我們來(lái)看看一些簡(jiǎn)單的例子。


例子1:


單句格式的:


main()asm mov ah,2;asm mov bh,0;asm mov dl, 20;asm mov dh,10;asm     int 10h; /*調(diào)用BIOS中斷設(shè)置光標(biāo)位置*/模塊格式的:main()asm{mov ah,2mov bh,0mov dl, 20mov dh,10int 10h   }


在這個(gè)小程序里面并沒(méi)有突出“嵌入”二字。不過(guò)從這個(gè)程序中可以看出其基本格式。嵌入的各行代碼前面加上asm關(guān)鍵字或者把匯編語(yǔ)句放入asm代碼塊中,每行以分號(hào)或換行符結(jié)束,而注釋必須是C語(yǔ)言格式的。

下面我們來(lái)看一個(gè)讓C語(yǔ)言和匯編協(xié)作的例子:


例子2:


main(){char const *MESSAGE=”O(jiān)utPut from asm..\n$”;asm{ mov ah, 9mov dx, MESSAGEint 21h}}



上面這個(gè)例子十分的簡(jiǎn)單,它的純C語(yǔ)言版本是:


#include <stdio.h>main(){ printf(“OutPut from asm..\n$”);}


接下來(lái)我們看一看如何讓C語(yǔ)言調(diào)用匯編例程。我們還是看一個(gè)簡(jiǎn)單的小程序:


C語(yǔ)言部分如下:


extern cursor (int,int),main(){ cursor(15,12);}


匯編語(yǔ)言部分如下:


.MODEL SMALL.CODEPUBLIC
_CURSOR PROC
PUSH BPMOV BP,SPMOV DH,[BP+4]MOV DL,[BP+6]MOV AH,02MOV BH,00INT 10HPOP BPRET
_CURSOR ENDP


通過(guò)上面這個(gè)程序,你會(huì)看到調(diào)用匯編語(yǔ)言的關(guān)鍵就是如何傳遞參數(shù)。事實(shí)上,是通過(guò)堆棧來(lái)傳遞的但是具體規(guī)則是什么呢?下面我就來(lái)看看。

 

調(diào)用規(guī)則


實(shí)際上,在C語(yǔ)言中使用匯編語(yǔ)言最困難的就是如何安全有效的傳遞參數(shù)。否則在調(diào)用匯編子程序時(shí)就會(huì)從堆棧中取出錯(cuò)誤的參數(shù)。更可惡的是這種錯(cuò)誤在編譯的時(shí)候是不會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤提示的。


下面是C與MASM匯編語(yǔ)言混合是用的時(shí)候采用的規(guī)則:


1、參數(shù)傳遞的次序與它們出現(xiàn)的次序是相反的。例如上例中的cursor (x,y)中,首先傳遞的是y,然后才是x。這與我們的一般想法是不一樣的,所以在這兒容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。


2、 傳遞完參數(shù)后,C程序還將保存(CS,IP)。如果C程序是SMALL或COMPACT存儲(chǔ)模式下編譯的(或者過(guò)程是NEAR型的),那么只保存IP,而 在MEDIUM、LARGE或HUGE模式下編譯的(或者過(guò)程是FAR型的),那么CS和IP都會(huì)被壓入堆棧,其順序是CS在前,IP在后。不過(guò)這個(gè)過(guò)程 是C語(yǔ)言自動(dòng)進(jìn)行的而不需要我們干預(yù)。這也就是我們?cè)诶?中為什么用MOV DH,[BP+4]而不是MOV  DH,[BP]。因?yàn)榍懊媸荂S和IP而不是參數(shù),真正的參數(shù)從[BP+4]開始。


3、還有BP也必須保存在堆棧中,然后我們才可以通過(guò)BP和偏移地址來(lái)訪問(wèn)參數(shù)。


4、最后一條指令應(yīng)當(dāng)是后面不帶數(shù)字的RET,因?yàn)榘讯褩5皆嘉恢玫墓ぷ鲗⒂蒀程序重新獲得控制權(quán)以后才會(huì)執(zhí)行。


5、任何于C程序共享的名稱都必須在前面加下劃線,而且C語(yǔ)言只識(shí)別前8個(gè)字

符。


6、對(duì)于普通的參數(shù)C語(yǔ)言傳遞的是參數(shù)值,而對(duì)于數(shù)組,傳遞的是指針(也就是數(shù)據(jù)的地址)。


7、如果C程序是在MEDIUM、LARGE或HUGE模式下編譯的,那么匯編語(yǔ)言過(guò)程應(yīng)該設(shè)為FAR型,C程序是SMALL或COMPACT存儲(chǔ)模式下編譯的,那么匯編語(yǔ)言過(guò)程應(yīng)該設(shè)為NEAR型。


不過(guò)在MASM5.1或TASM1.0以及更高的版本的時(shí)候就不必?fù)?dān)心偏移地址、在共享名稱前加下劃線以及保存BP這些瑣事了,因?yàn)樗鼈兛梢杂删幾g器自動(dòng)完成了。很顯然例子2是舊格式的。


把匯編語(yǔ)言程序與C語(yǔ)言程序鏈接到一起


1、確保匯編語(yǔ)言中的過(guò)程被定義為PUBLIC,過(guò)程名以下劃線開始。例如,在C語(yǔ)言中叫做“sum”到匯編語(yǔ)言中就應(yīng)該是“_sum”.


2、在C語(yǔ)言程序中過(guò)程定義為外部類型,例如在例子2中的extern cursor (int,int)。


3、用匯編器對(duì)匯編語(yǔ)言程序匯編,得到XXX.obj文件。


4、用C語(yǔ)言編譯器編譯C語(yǔ)言程序,得到Y(jié)YY.obj文件。


5、用鏈接器將它們鏈接到一起生成可執(zhí)行文件:

link XXX.obj + YYY.obj


以上就是混合使用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言應(yīng)該注意的幾點(diǎn)問(wèn)題。關(guān)于在GCC中使用匯編語(yǔ)言大體上是和上面一樣的,只是實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上有一點(diǎn)區(qū)別而已。下面的這篇文章對(duì)于在GCC中使用內(nèi)嵌匯編進(jìn)行詳細(xì)的解釋。


GCC使用的內(nèi)嵌匯編語(yǔ)法格式小教程


1. 入門

在C中嵌入?yún)R編的最大問(wèn)題是如何將C語(yǔ)言變量與指令操作數(shù)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)然,gcc都幫我們想好了。下面是是一個(gè)簡(jiǎn)單例子。

asm(“fsinx %1, %0”:”=f”(result):”f”(angle));


這里我們不需要關(guān)注fsinx指令是干啥的;只需要知道這條指令需要兩個(gè)浮點(diǎn)寄存器作為操作數(shù)。作為專職處理C語(yǔ)言的gcc編譯器,它是沒(méi)辦法知道fsinx這條匯編指令需要什么樣的操作數(shù)的,這就要求程序猿告知gcc相關(guān)信息,方法就是指令后面的”=f”和”f”,表示這是兩個(gè)浮點(diǎn)寄存器操作數(shù)。這被稱為操作數(shù)規(guī)則(constraint)。規(guī)則前面加上”=”表示這是一個(gè)輸出操作數(shù),否則是輸入操作數(shù)。constraint后面括號(hào)內(nèi)的是與該寄存器關(guān)聯(lián)的變量。這樣gcc就知道如何將這條嵌入式匯編語(yǔ)句轉(zhuǎn)成實(shí)際的匯編指令了:

  • fsinx:匯編指令名
  • %1, %0:匯編指令操作數(shù)
  • “=f”(result):操作數(shù)%0是一個(gè)浮點(diǎn)寄存器,與變量result關(guān)聯(lián)(對(duì)輸出操作數(shù),“關(guān)聯(lián)”的意思就是說(shuō)gcc執(zhí)行完這條匯編指令后會(huì)把寄存器%0的內(nèi)容送到變量result中)
  • “f”(angle):操作數(shù)%1是一個(gè)浮點(diǎn)寄存器,與變量angle關(guān)聯(lián)(對(duì)輸入操作數(shù),“關(guān)聯(lián)”的意思是就是說(shuō)gcc執(zhí)行這條匯編指令前會(huì)先將變量angle的值讀取到寄存器%1中)

因此這條嵌入式匯編會(huì)轉(zhuǎn)換為至少三條匯編指令(非優(yōu)化):
  1. 將angle變量的值加載到寄存器%1
  2. fsinx匯編指令,源寄存器%1,目標(biāo)寄存器%0
  3. 將寄存器%0的值存儲(chǔ)到變量result

當(dāng)然,在高優(yōu)化級(jí)別下上面的敘述可能不適用;比如源操作數(shù)可能本來(lái)就已經(jīng)在某個(gè)浮點(diǎn)寄存器中了。

這里我們也看到constraint前加”=”符號(hào)的意義:gcc需要知道這個(gè)操作數(shù)是在執(zhí)行嵌入?yún)R編前從變量加載到寄存器,還是在執(zhí)行后從寄存器存儲(chǔ)到變量中。
常用的constraints有以下幾個(gè)(更多細(xì)節(jié)參見gcc手冊(cè)):

  • m    內(nèi)存操作數(shù)
  • r    寄存器操作數(shù)
  • i    立即數(shù)操作數(shù)(整數(shù))
  • f    浮點(diǎn)寄存器操作數(shù)
  • F   立即數(shù)操作數(shù)(浮點(diǎn))

從這個(gè)栗子也可以看出嵌入式匯編的基本格式:

asm(“匯編指令”:”=輸出操作數(shù)規(guī)則”(關(guān)聯(lián)變量):”輸入操作數(shù)規(guī)則”(關(guān)聯(lián)變量));

輸出操作數(shù)必須為左值;這個(gè)顯然。
 
2. 多個(gè)操作數(shù),或沒(méi)有輸出操作數(shù)

如果某個(gè)指令有多個(gè)輸入或輸出操作數(shù)怎么辦?例如arm有很多指令是三操作數(shù)指令。這個(gè)時(shí)候用逗號(hào)分隔多個(gè)規(guī)則:

asm(“add %0, %1, %2”:”=r”(sum):”r”(a), “r”(b));


每條操作數(shù)規(guī)則按順序?qū)?yīng)操作數(shù)%0, %1, %2。

對(duì)于沒(méi)有輸出操作數(shù)的情況,在匯編指令后就沒(méi)有輸出規(guī)則,于是就出現(xiàn)兩個(gè)連續(xù)冒號(hào),后跟輸入規(guī)則。
 
3. 輸入-輸出(或讀-寫)操作數(shù)

有時(shí)候一個(gè)操作數(shù)既是輸入又是輸出,比如x86下的這條指令:

add %eax, %ebx


注意指令使用AT&T格式而不是Intel格式。寄存器ebx同時(shí)作為輸入操作數(shù)和輸出操作數(shù)。對(duì)這樣的操作數(shù),在規(guī)則前使用”+”字符:

asm("add %1, %0" : "+r"(a) : "r"(b));


對(duì)應(yīng)C語(yǔ)言語(yǔ)句a=a+b。

注意這樣的操作數(shù)不能使用”=”符號(hào),因?yàn)間cc看到”=”符號(hào)會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)單輸出操作數(shù),于是在將嵌入?yún)R編轉(zhuǎn)換為真正匯編的時(shí)候就不會(huì)預(yù)先將變量a的值加載到寄存器%0中。

另一個(gè)辦法是將讀-寫操作數(shù)在邏輯上拆分為兩個(gè)操作數(shù):

asm(“add %2, %0” : “=r”(a) : “0”(a), “r”(b));


對(duì)“邏輯”輸入操作數(shù)1指定數(shù)字規(guī)則”0”,表示這個(gè)邏輯操作數(shù)占用和操作數(shù)0一樣的“位置”(占用同一個(gè)寄存器)。這種方法的特點(diǎn)是可以將兩個(gè)“邏輯”操作數(shù)關(guān)聯(lián)到兩個(gè)不同的C語(yǔ)言變量上:

asm("add %2, %0" : "=r"(c) : "0"(a), "r"(b));


對(duì)應(yīng)于C程序語(yǔ)句c=a+b。

數(shù)字規(guī)則僅能用于輸入操作數(shù),且必須引用到輸出操作數(shù)。拿上例來(lái)說(shuō),數(shù)字規(guī)則”0”位于輸入規(guī)則段,且引用到輸出操作數(shù)0,該數(shù)字規(guī)則自身占用操作數(shù)計(jì)數(shù)1。

這里要注意,通過(guò)同名C語(yǔ)言變量是無(wú)法保證兩個(gè)操作數(shù)占用同一“位置”的。比如下面這樣的寫法是不行的:

(錯(cuò)誤寫法)asm(“add %2, %0”:”=r”(a):”r”(a), “r”(b));
 
4. 指定寄存器

有時(shí)候我們需要在指令中使用指定的寄存器;典型的栗子是系統(tǒng)調(diào)用,必須將系統(tǒng)調(diào)用碼和參數(shù)放在指定寄存器中。為了達(dá)到這個(gè)目的,我們要在聲明變量時(shí)使用擴(kuò)展語(yǔ)法:

register int a asm(“%eax”) = 1;              // statement 1

register int b asm(“%ebx”) = 2;              // statement 2

asm("add %1, %0" : "+r"(a) : "r"(b));         // statement 3


注意只有在執(zhí)行匯編指令時(shí)能確定a在eax中,b在ebx中,其他時(shí)候a和b的存放位置是不可知的。

另外,在這么用的時(shí)候要注意,防止statement 2在執(zhí)行時(shí)覆蓋了eax。例如statement 2改成下面這句:

register int b asm(“%ebx”) = func();


函數(shù)調(diào)用約定會(huì)將func()的返回值放在eax里,于是破壞了statement 1對(duì)a的賦值。這個(gè)時(shí)候可以先用一條語(yǔ)句將func返回值放在臨時(shí)變量里:

int t = func();

register int a asm(“%eax”) = 1;              // statement 1

register int b asm(“%ebx”) = t;              // statement 2

asm("add %1, %0" : "+r"(a) : "r"(b));         // statement 3

 
5. 隱式改變寄存器

有的匯編指令會(huì)隱含修改一些不在指令操作數(shù)中的寄存器,為了讓gcc知道這個(gè)情況,將隱式改變寄存器規(guī)則列在輸入規(guī)則之后。下面是VAX機(jī)上的栗子:

asm volatile(“movc3 %0,%1,%2”

                : /* no outputs */

                :”g”(from),”g”(to),”g”(count)

                :”r0”,”r1”,”r2”,”r3”,”r4”,”r5”);


(movc3是一條字符塊移動(dòng)(Move characters)指令)

這里要注意的是輸入/輸出規(guī)則中列出的寄存器不能和隱含改變規(guī)則中的寄存器有交叉。比如在上面的栗子里,規(guī)則“g”中就不能包含r0-r5。以指定寄存器語(yǔ)法聲明的變量,所占用的寄存器也不能和隱含改變規(guī)則有交叉。這個(gè)應(yīng)該好理解:隱含改變規(guī)則是告訴gcc有額外的寄存器需要照顧,自然不能和輸入/輸出寄存器有交集。

另外,如果你在指令里顯式指定某個(gè)寄存器,那么這個(gè)寄存器也必須列在隱式改變規(guī)則之中(有點(diǎn)繞了哈)。上面我們說(shuō)過(guò)gcc自身是不了解匯編指令的,所以你在指令中顯式指定的寄存器,對(duì)gcc來(lái)說(shuō)是隱式的,因此必須包含在隱式規(guī)則之中。另外,指令中的顯式寄存器前需要一個(gè)額外的%,比如%%eax。
 
6. volatile

asm volatile通知gcc你的匯編指令有side effect,千萬(wàn)不要給優(yōu)化沒(méi)了,比如上面的栗子。

如果你的指令只是做些計(jì)算,那么不需要volatile,讓gcc可以優(yōu)化它;除此以外,無(wú)腦給每個(gè)asm加上volatile或者是個(gè)好辦法。

-END-



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