經(jīng)典實用技術(shù)文：GCC如何內(nèi)嵌匯編指令？
在C語言中如何使用匯編語言呢？這個問題在 不同的編譯器中，具體實現(xiàn)方法是不同的。不過在實現(xiàn)大方上也不過就是有兩種，而且各種編譯器的實現(xiàn)方法也是大同小異。一種是在C語言中嵌入?yún)R編語言代碼， 另一種是讓C語言從外部調(diào)用匯編。下面我們就以 Borland格式為例來說一說具體用法。但是,匯編指令與Microsoft的實現(xiàn)方法的與Borland只在格式上有點區(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現(xiàn)方法是大同小異的，并沒有本質(zhì)的區(qū)別。
兩種實現(xiàn)方式
首先，我們看一看在C語言中如何嵌入?yún)R編語言代碼。在C語言中嵌入?yún)R編語言代碼，也有兩種格式，一種是單句的，一種是模塊的。
我們來看看一些簡單的例子。
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｝｝
在這個小程序里面并沒有突出“嵌入”二字。不過從這個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)鍵字或者把匯編語句放入asm代碼塊中，每行以分號或換行符結(jié)束，而注釋必須是C語言格式的。
下面我們來看一個讓C語言和匯編協(xié)作的例子：
例子2：
main(){char const *MESSAGE=”O(jiān)utPut from asm..\n$”;asm{mov ah, 9mov dx, MESSAGEint 21h}}
上面這個例子十分的簡單，它的純C語言版本是：
＃include <stdio.h>main(){printf(“OutPut from asm..\n$”);}
接下來我們看一看如何讓C語言調(diào)用匯編例程。我們還是看一個簡單的小程序：
C語言部分如下：
extern cursor (int,int),main(){cursor(15,12);}
匯編語言部分如下：
SMALL.CODEPUBLIC_CURSOR PROCPUSH BPMOV BP,SPMOV DH,[BP+4]MOV DL,[BP+6]MOV AH,02MOV BH,00INT 10HPOP BPRET_CURSOR ENDP
通過上面這個程序，你會看到調(diào)用匯編語言的關(guān)鍵就是如何傳遞參數(shù)。事實上，是通過堆棧來傳遞的但是具體規(guī)則是什么呢？下面我就來看看。
調(diào)用規(guī)則
實際上，在C語言中使用匯編語言最困難的就是如何安全有效的傳遞參數(shù)。否則在調(diào)用匯編子程序時就會從堆棧中取出錯誤的參數(shù)。更可惡的是這種錯誤在編譯的時候是不會發(fā)現(xiàn)錯誤提示的。
下面是C與MASM匯編語言混合是用的時候采用的規(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存儲模式下編譯的（或者過程是NEAR型的），那么只保存IP，而 在MEDIUM、LARGE或HUGE模式下編譯的（或者過程是FAR型的），那么CS和IP都會被壓入堆棧，其順序是CS在前，IP在后。不過這個過程 是C語言自動進行的而不需要我們干預(yù)。這也就是我們在例子2中為什么用MOV DH,[BP+4]而不是MOV DH,[BP]。因為前面是CS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BP和偏移地址來訪問參數(shù)。
4、最后一條指令應(yīng)當(dāng)是后面不帶數(shù)字的RET，因為把堆棧到原始位置的工作將由C程序重新獲得控制權(quán)以后才會執(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語言只識別前8個字
符。
6、對于普通的參數(shù)C語言傳遞的是參數(shù)值，而對于數(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，那么匯編語言過程應(yīng)該設(shè)為FAR型，C程序是SMALL或COMPACT存儲模式下編譯的，那么匯編語言過程應(yīng)該設(shè)為NEAR型。
不過在MASM5.1或TASM1.0以及更高的版本的時候就不必擔(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，因為它們可以由編譯器自動完成了。很顯然例子2是舊格式的。
把匯編語言程序與C語言程序鏈接到一起
1、確保匯編語言中的過程被定義為PUBLIC，過程名以下劃線開始。例如，在C語言中叫做“sum”到匯編語言中就應(yīng)該是“_sum”.
2、在C語言程序中過程定義為外部類型，例如在例子2中的extern cursor (int,int)。
3、用匯編器對匯編語言程序匯編，得到XXX.obj文件。
4、用C語言編譯器編譯C語言程序，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語言和匯編語言應(yīng)該注意的幾點問題。關(guān)于在GCC中使用匯編語言大體上是和上面一樣的，只是實現(xiàn)細節(jié)上有一點區(qū)別而已。下面的這篇文章對于在GCC中使用內(nèi)嵌匯編進行詳細的解釋。
GCC使用的內(nèi)嵌匯編語法格式小教程
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浮點寄存器作為操作數(shù)。作為專職處理C語言的gcc編譯器，它是沒辦法知道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”，表示這是兩個浮點寄存器操作數(shù)。這被稱為操作數(shù)規(guī)則（constraint）。規(guī)則前面加上”=”表示這是一個輸出操作數(shù)，否則是輸入操作數(shù)。constraint后面括號內(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句轉(zhuǎn)成實際的匯編指令了：
-
fsinx：匯編指令名 -
%1, %0：匯編指令操作數(shù) -
“=f”(result)：操作數(shù)%0是一個浮點寄存器，與變量result關(guān)聯(lián)（對輸出操作數(shù)，“關(guān)聯(lián)”的意思就是說gcc執(zhí)行完這條匯編指令后會把寄存器%0的內(nèi)容送到變量result中） -
“f”(angle)：操作數(shù)%1是一個浮點寄存器，與變量angle關(guān)聯(lián)（對輸入操作數(shù)，“關(guān)聯(lián)”的意思是就是說gcc執(zhí)行這條匯編指令前會先將變量angle的值讀取到寄存器%1中）
因此這條嵌入式匯編會轉(zhuǎn)換為至少三條匯編指令（非優(yōu)化）：
-
將angle變量的值加載到寄存器%1 -
fsinx匯編指令，源寄存器%1，目標(biāo)寄存器%0 -
將寄存器%0的值存儲到變量result
當(dāng)然，在高優(yōu)化級別下上面的敘述可能不適用；比如源操作數(shù)可能本來就已經(jīng)在某個浮點寄存器中了。
這里我們也看到constraint前加”=”符號的意義：gcc需要知道這個操作數(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)行后從寄存器存儲到變量中。
-
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 浮點寄存器操作數(shù) -
F 立即數(shù)操作數(shù)（浮點）
從這個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；這個顯然。
如果某個指令有多個輸入或輸出操作數(shù)怎么辦？例如arm有很多指令是三操作數(shù)指令。這個時候用逗號分隔多個規(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。
對于沒有輸出操作數(shù)的情況，在匯編指令后就沒有輸出規(guī)則，于是就出現(xiàn)兩個連續(xù)冒號，后跟輸入規(guī)則。
有時候一個操作數(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同時作為輸入操作數(shù)和輸出操作數(shù)。對這樣的操作數(shù)，在規(guī)則前使用”+”字符：
asm("add %1, %0" : "+r"(a) : "r"(b));
對應(yīng)C語言語句a=a+b。
注意這樣的操作數(shù)不能使用”=”符號，因為gcc看到”=”符號會認為這是一個單輸出操作數(shù)，于是在將嵌入?yún)R編轉(zhuǎn)換為真正匯編的時候就不會預(yù)先將變量a的值加載到寄存器%0中。
另一個辦法是將讀-寫操作數(shù)在邏輯上拆分為兩個操作數(shù)：
asm(“add %2, %0” : “=r”(a) : “0”(a), “r”(b));
對“邏輯”輸入操作數(shù)1指定數(shù)字規(guī)則”0”，表示這個邏輯操作數(shù)占用和操作數(shù)0一樣的“位置”（占用同一個寄存器）。這種方法的特點是可以將兩個“邏輯”操作數(shù)關(guān)聯(lián)到兩個不同的C語言變量上：
asm("add %2, %0" : "=r"(c) : "0"(a), "r"(b));
對應(yīng)于C程序語句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)。拿上例來說，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)計數(shù)1。
有時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。為了達到這個目的，我們要在聲明變量時使用擴展語法：
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)行匯編指令時能確定a在eax中，b在ebx中，其他時候a和b的存放位置是不可知的。
另外，在這么用的時候要注意，防止statement 2在執(zhí)行時覆蓋了eax。例如statement 2改成下面這句：
register int b asm(“%ebx”) = func();
函數(shù)調(diào)用約定會將func()的返回值放在eax里，于是破壞了statement 1對a的賦值。這個時候可以先用一條語句將func返回值放在臨時變量里：
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
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（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。
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