C语言內嵌汇编

￡神魔★判官ぃ 2022-08-19 14:11 189阅读 0赞

说明：学校开设的《微机原理与接口》讲的是8086汇编是Inter 的汇编，可是GCC 使用的是AT&T汇编。  
AT&T 和 Inter 汇编的一些区别

AT&T Inter  
寄存器的命名规则

%eax eax

源目的操作顺序

%eax %ebx ebx eax  
常数立即数的格式  
%movl $\_value ebx mov eax,\_value  
把value的地址放进eax寄存器  
movl $0xd00d ,%ebx mov ebx,0xd00d  
操作数长度标识  
movw %ax,%bx mov bx,ax  
寻值方式  
immed32(basepointer,indexpointer,indexscale)  
basepointer + indexpointer\*indexscale + imm32

直接寻址  
ATT： \_boo  
Inter: \[\_boo\]

寄存器间接寻址  
ATT : (%eax)  
Intel: \[eax\]

变址寻址  
ATT \_variable(%eax)  
Intel \[eax+\_variable\]  
ATT \_array(,%eax,4)  
Intel \[eax\*4+\_array\]  
ATT \_array(%ebx,%eax,8)  
Intel \[ebx+eax\*8+\_array\]

GCC 内联汇编

例如：  
asm("statments")  
asm("nop");asm("cli")

asm和\_\_asm\_\_ 含义是一样的，如果有多行汇编都要加上“\\\\n\\\\t".其中"\\\\n“是换行符，”\\\\t"是tab符。  
在每条命令的结束加上着两个符号，是为了让gcc把内联汇编代码翻译成一般的汇编代码时，能够保证换行和留有一定的空格。  
eg:  
asm("pushl %eax\\n\\t"  
"movl S0.%eax\\n\\t"  
"popl %eax"  
);  
实际上gcc 在处理汇编的时后，就是要把asm(...)打印到汇编文件中。  
扩展GCC内联汇编  
基本的格式如下  
\_\_asm\_\_ \_\_volatile\_\_("<asm routine>":output:input:modify);

1.\_\_asm\_\_ 表示汇编代码开始，其后可以跟\_\_volatile\_\_ （可选项），其含义时避免asm 指令被删除移动组合，就是指令重组  
2.如果执行的时候不希望GCC 优化就使用asm volatile(...); 等价于 \_\_asm\_\_ \_\_volatile\_\_(....);  
3."<asm routinue>" 为汇编指令的部分，数字前面加前缀%，  
4.汇编指令部分中有几个操作数，就说明有几个变量需要与寄存器结合，由GCC 在编译后根据输出部分和输入部分的约束条件进行相应的处理，  
由于这些样办操作数的前缀使用了“%”，因此，在用到具体的寄存器时就再前边加上两个% 。  
5.输出部分用来规定输出变量和寄存器的结合，可以由多个约束，互相以逗号分开，每个以“=”开头，接着用一个字母来标示操作数的类型，然后是关于变量的约束。  
："=r"(\_\_dummy)  
"=r"表示相应的目标操作数（指令部分%0）可以使用任何一个通用寄存器并且变量存放在\_\_dummy 存放在这个寄存器中  
："=m"(\_dummy)  
"= m"就表示相应的目标操作数是存放在内存单元\_\_dummy 中，表示约束的字母很多，下标给出几个主要约束的字母及表示含义。

字母 含义  
m,v,o 内存单元  
R 任何通用寄存器  
Q 寄存器eax,ebx,ecx,edx 之一  
I，h 直接操作数  
E，F 浮点数  
G 任意  
a,b,c,d 寄存器 eax/ax/al ,ebx/bx/bl,或 edx/dx/dl  
S,D 寄存器esi 或 edi  
I 常数（0～31）

6.输入部分类似输出部分 但是没有“=”  
7.修改部分（Modify),以表示操作完成后内存中的内容已有改变

举个例子,一个简单的例子，没有实际意义，我们只是看看效果  
首先是一个C源代码  
\#include<stdio.h>  
int input,result;

void test(void)\{  
input = 1;  
\_\_asm\_\_ \_\_volatile\_\_("movl %1,%0" : "=r"(result): "r"(input));  
return;  
\}

然后GCC -c -S 看看汇编的结果

.file "GCC\_SUM1.c" /\*源文件名\*/  
.comm input,4,4 /\*common 段\*/  
.comm result,4,4  
.text  
.globl test  
.type test, @function  
test: /\*test 函数\*/  
.LFB0:  
.cfi\_startproc  
pushq %rbp  
.cfi\_def\_cfa\_offset 16  
.cfi\_offset 6, -16  
movq %rsp, %rbp  
.cfi\_def\_cfa\_register 6  
movl $1, input(%rip) /\*将1写入变量input放在寄存器rip 中\*/  
movl input(%rip), %eax /\*将 rip 的值写入eax中,这行是GCC 自动增加的代码\*/  
\#APP /\*GCC 插入的注释，表示内嵌汇编的开始\*/  
\# 13 "GCC\_SUM1.c" 1  
movl %eax,%eax /\*我们的内嵌汇编语句，由于没有指定使用的寄存器，GCC 都使用了eax 寄存器\*/  
\# 0 "" 2  
\#NO\_APP /\*表示内嵌汇编结束\*/  
movl %eax, result(%rip) /\*将eax 的值写进result，这行也是GCC自动增加的代码\*/  
nop  
popq %rbp  
.cfi\_def\_cfa 7, 8  
ret  
.cfi\_endproc  
.LFE0:  
.size test, .-test  
.ident "GCC: (GNU) 4.9.2 20150212 (Red Hat 4.9.2-6)"  
.section .note.GNU-stack,"",@progbits  
可以看出，首先将1写进了input.此时默认的寄存器是rip,接着我们的内嵌汇编开始了，由于我们并没有指定寄存器，所以GCC 自动选定了eax,生成了movl %eax %eax,但是很明显这是一句“废话”，但是也并没有优化这个部分，就直接打印出来了，之前说过了“=”是输出变量，所以我们这句内嵌汇编的本意就是将input 写到 result 中去。所以最终生成 movl %eax result(%rip)这句将input 写进了 result.

总结以上的一个小例子

\#include<stdio.h>

int main()\{  
int a = 10;  
int b = 22;  
\_\_asm\_\_ \_\_volatile\_\_("movl %1,%0":"=r"(b):"r"(a));  
printf("%d %d\\n",a,b);

输出结果如我们所料就是：10 10  
接下来我们来探讨探讨下比较通用的内嵌汇编写法。  
内嵌汇编语法如下：

\_\_asm\_\_ (  
汇编语言模板：  
输出部分：  
输入部分：  
破坏描述部分）

共四个部分：汇编语句模板，输出部分，输入部分，破坏描述部分，每个部分使用： 隔开，汇编模板部分必不可少，其他三部分可选，如果使用了后面的部分，前面部分为空，也需要使用：格开，相应部分为空。  
\_\_asm\_\_ \_\_volatile\_\_("cil":::"memory")  
汇编语句模板

汇编语句模板由汇编语句序列组成，使用; \\n \\n\\t 分开，指令中的操作数可以使用占位符引用C语言变量，操作数占位符最多10个，%0，%1，%2,%3.....指令中的占位符总被视为long 4B 大小，但对其时加的操作根据指令可以是字或者是字节，一般默认是低字，或者低字节，其实可以指明它的情况，方法是在%和序号之间插入一个字母，b 代表低字节，h 代表高字节。%h1

输出部分：每个输出操作数由字符串和C语言变量组成，其中每个变量的字符串必须有“=”。描述字符串表示对该变量的条件限制，这样GCC 就可以根据这些条件决定如和分配寄存器，如何产生必要的代码处理操作数与C表达式或C变量之间的联系。

输入部分：输入部分描述输入操作符，不同的操作数描述符之间使用逗号隔开，每个操作数描述符限定字符串和C语言表达式或者C语言变量组成。

bitops.h  
static \_\_inline\_\_ void \_\_set\_bit(int nr,volatile void \*addr)\{  
\_\_asm\_\_(  
"btsl %1,%0":  
"=m"(addr):  
"lr"(nr));  
\}

这个函数的作用是将addr 的对应第nr位设置成1。

限制字符以及一些小问题：  
当我们需要movl a , eax ;但是如果eax已经被使用了呢？GCC 会将它入栈，到代码结束的时候在出栈。  
使用“r“限制输入的变量，GCC 首先会分配一个寄存器，然后将值读入寄存器，最后使用该寄存器替换占位符；  
使用“r”限制输入的变量，GCC 会分配一个寄存器然后用该寄存器替换占位符，但是在使用该寄存器以前并不将变量值先读入寄存器，GCC 认为所有输出在最终完成运算之前都是没有用的，所以不读入寄存器。最后GCC 插入代码，将寄存器的值写回变量；  
输入变量使用的寄存器在最后一处使用它的指令后，就可以挪做它用。  
最新的GCC 增加了“+”操作符，直接使一个操作数变成“读写型”。  
\#include<stdio.h>  
int main()\{  
int result = 3;  
int input = 1;  
\_\_asm\_\_ \_\_volatile\_\_("addl %1,%0":"+r"(result):"m"(input));  
printf("the result = %d\\n",result);  
return 0;  
\}

&限制符在内核中使用的较多，它表示输入输出操作数不能使用相同的寄存器。  
memory 由两个作用：  
1.不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序；也就是执行内嵌汇编代码之前，他面前的指令全都执行完毕。  
2.不要将变量缓存到寄存器，因为这段代码可能会用到内存变量，而这些内存变量可以以一种不可预知的方式发生改变，因此GCC插入必要的代码先将缓存在寄存器的值写回内存。

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