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AT&T汇编语言与GCC内嵌汇编简介

   版本 0.1
   时间04/3/30
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1 AT&T 与INTEL的汇编语言语法的区别
1.1大小写
1.2操作数赋值方向
1.3前缀
1.4间接寻址语法
1.5后缀
1.6指令

2 GCC内嵌汇编
2.1简介
2.2内嵌汇编举例
2.3语法
2.3.1汇编语句模板
2.3.2输出部分
2.3.3输入部分
2.3.4限制字符
2.3.5破坏描述部分
2.4GCC如何编译内嵌汇编代码

3后记

本节先介绍
AT&T汇编语言语法与INTEL汇编语法的差别，然后介绍GCC内嵌汇编语法。阅读本节需要读者具有INTEL
汇编语言基础。

1 AT&T 与INTEL的汇编语言语法的区别

1.1   
指令大小写
INTEL格式的指令使用大写字母，而AT&T
格式的使用小写字母。
例：
INTEL AT&T
MOV EAX,EBX movl %ebx,%eax
1.2   
指令操作数赋值方向

在INTEL语法中，第一个表示目的操作数，第二个表示源操作数，赋值方向从右向左。
    AT&T语法第一个为源操作数，第二个为目的操作数，方向从左到右，合乎自然。

例：
INTEL AT&T
MOV EAX,EBX movl %ebx,%eax
1.3   
指令前缀
在INTEL语法中寄存器和立即数不需要前缀；
    AT&T中寄存器需要加前缀“%”；立即数需要加前缀“$”。

例：
INTEL AT&T
MOV EAX,1 movl $1,%eax

符号常数直接引用，不需要加前缀，如：
movl value , %ebx
value为一常数；
在符号前加前缀 $, 表示引用符号地址,
如
movl $value, %ebx
是将value的地址放到ebx中。

总线锁定前缀“lock”：
总线锁定操作。“lock”前缀在Linux
核心代码中使用很多，特别是SMP
代码中。当总线锁定后其它CPU
不能存取锁定地址处的内存单元。

远程跳转指令和子过程调用指令的操作码使用前缀“l“，分别为ljmp，lcall，
与之相应的返回指令伪lret。
例：

   INTEL AT&T

lcall $secion:$offset
JMP FAR SECTION:OFFSET ljmp $secion:$offset
RET FAR SATCK_ADJUST lret $stack_adjust

1.4    间接寻址语法

INTEL中基地址使用“[”、“]”，而在AT&T“(”、“)”；
另外处理复杂操作数的语法也不同，
INTEL为Segreg:[base+index*scale+disp]
，而在AT&T中为%segreg:disp(base,index,sale)，其中segreg
，index,scale，disp都是可选的，在指定index而没有显式指定Scale
的情况下使用默认值1。Scale,disp不需要加前缀“&”。

INTEL AT&T
Instr   foo,segreg:[base+index*scale+disp] instr %segreg:disp(base,index,scale),foo

1.5   
指令后缀

        AT&T
语法中大部分指令操作码的最后一个字母表示操作数大小，“b”表示byte
（一个字节）；“w”表示word（2，个字节）；“l”表示long（4，个字节）。
INTEL中处理内存操作数时也有类似的语法如：
BYTE PTR、WORD PTR、DWORD PTR。

例：
   INTEL AT&T
   mov al, bl movb %bl,%al
   mov ax,bx movw %bx,%ax
   mov eax, dword ptr [ebx] movl (%ebx), %eax

AT&T汇编指令中，操作数扩展指令有两个后缀，一个指定源操作数的字长，另一个指定目标操作数的字长。AT&T的符号扩展指令的为“movs”，零扩展指令为“movz
”（相应的Intel指令为“movsx”和“movzx”）。因此，“movsbl %al,%edx”表示对寄存器al
中的字节数据进行字节到长字的符号扩展，计算结果存放在寄存器edx
中。下面是一些允许的操作数扩展后缀：

l        
bl: ，字节>->长字 l        
bw: ，字节>->字 l        
wl: ，字->长字

跳转指令标号后的后缀表示跳转方向，“f”表示向前（forward），
“b，”表示向后（back）。
例：

jmp 1f
jmp 1f

1.6    指令
INTEL汇编与AT&T汇编指令基本相同，差别仅在语法上。关于每条指令的语法可以参考I386Manual。

2       GCC内嵌汇编

2.1    简介

内核代码绝大部分使用C
语言编写，只有一小部分使用汇编语言编写，例如与特定体系结构相关的代码和对性能影响很大的代码。GCC提供了内嵌汇编的功能，可以在C代码中直接内嵌汇编语言语句，大大方便了程序设计。

简单的内嵌汇编很容易理解

例：

__asm__
__volatile__("hlt");

“__asm__”表示后面的代码为内嵌汇编，“asm”是“__asm__”的别名。
“__volatile__”表示编译器不要优化代码，后面的指令保留原样，
“volatile”是它的别名。括号里面是汇编指令。

2.2    内嵌汇编举例在内嵌汇编中，可以将C
语言表达式指定为汇编指令的操作数，而且不用去管如何将C
语言表达式的值读入哪个寄存器，以及如何将计算结果写回C
变量，你只要告诉程序中C语言表达式与汇编指令操作数之间的对应关系即可， GCC
会自动插入代码完成必要的操作。

使用内嵌汇编，要先编写汇编指令模板，然后将C语言表达式与指令的操作数相关联，并告诉
GCC对这些操作有哪些限制条件。例如在下面的汇编语句：

__asm__ __violate__
   ("movl %1,%0" : "=r" (result) : "m" (input));

“movl %1,%0”是指令模板；“%0”和“%1”代表指令的操作数，称为占位符，内嵌汇编靠它们将C
语言表达式与指令操作数相对应。指令模板后面用小括号括起来的是C
语言表达式，本例中只有两个：“result”和“input”，他们按照出现的顺序分别与指令操作
数“%0”，“%1，”对应；注意对应顺序：第一个C表达式对应“%0”；第二个表达式对应“%1
”，依次类推，操作数至多有10个，分别用“%0”，“%1”….“%9，”表示。在每个操作数前
面有一个用引号括起来的字符串，字符串的内容是对该操作数的限制或者说要求。“result”前面
的限制字符串是“=r”，其中“=”表示“result”是输出操作数，“r
”表示需要将“result”与某个通用寄存器相关联，先将操作数的值读入寄存器，然后
在指令中使用相应寄存器，而不是“result”本身，当然指令执行完后需要将寄存器中的值
存入变量“result”，从表面上看好像是指令直接对“result”进行操作，实际上GCC
做了隐式处理，这样我们可以少写一些指令。“input”前面的“r”表示该表达式需要先放入
某个寄存器，然后在指令中使用该寄存器参加运算。

我们将上面的内嵌代码放到一个C源文件中，然后使用gcc –c–S得到该C
文件源代码相对应的汇编代码，然后查看一下汇编代码，看看GCC是如何处理的。

C源文件如下内容如下，注意该代码没有实际意义，仅仅作为例子。

   extern      int
   input,result;

   void test(void)
   {
          input
   = 1;
   __asm__ __volatile__ ("movl %1,%0" :
   "=r" (result) : "r" (input));
          return
   ;
   }

对应的汇编代码如下;

   行号    代码 解释

   1
   7
   8 movl     $1, input 对应C语言语句input = 1;
   9 input, %eax
10 #APP GCC插入的注释，表示内嵌汇编开始
11 movl %eax,%eax 我们的内嵌汇编语句
12 #NO_APP GCC   插入的注释，表示内嵌汇编结束
13 movl %eax, result 将结果存入result变量
14
－
18
。。。。。。

从汇编代码可以看出，第9行和第13行是GCC，自动增加的代码，GCC
根据限定字符串决定如何处理C表达式，本例两个表达式都被指定为“r”型，所以先使用指令：
movl     input, %eax

将input读入寄存器%eax；GCC，也指定一个寄存器与输出变量result
相关，本例也是%eax，等得到操作结果后再使用指令：

movl %eax, result

将寄存器的值写回C变量result中。从上面的汇编代码我们可以看出与result
和input，相关连的寄存器都是%eax，GCC使用%eax，替换内嵌汇编指令模板中的
%0，%1

movl %eax,%eax
显然这一句可以不要。但是没有优化，所以这一句没有被去掉。

由此可见，C表达式或者变量与寄存器的关系由GCC自动处理，我们只需使用限制字符串指导GCC
如何处理即可。限制字符必须与指令对操作数的要求相匹配，否则产生的汇编代码
将会有错，读者可以将上例中的两个“r”，都改为“m”(m，表示操作数放在内存，而不是寄
存器中)，编译后得到的结果是：

movl input, result

很明显这是一条非法指令，因此限制字符串必须与指令对操作数的要求匹配。例如指令movl
允许寄存器到寄存器，立即数到寄存器等，但是不允许内存到内存的操作，因此两个操作数
不能同时使用“m”作为限定字符。

2.3    语法

内嵌汇编语法如下：

__asm__(
汇编语句模板:
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，各部分使用“:”格
开，汇编语句模板必不可少，其他三部分可选，如果使用了后面的部分，而前面部分为空，
也需要用“:”格开，相应部分内容为空。例如：

   __asm__ __volatile__(
   "cli":
   :
   :"memory")

2.3.1    汇编语句模板

汇编语句模板由汇编语句序列组成，语句之间使用“;”、“\n”或“\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，名称如下：%0，%1…，%9。
指令中使用占位符表示的操作数，总被视为long型（4，个字节），但对其施加的操作
根据指令可以是字或者字节，当把操作数当作字或者字节使用时，默认为低字或者低字节。
对字节操作可以显式的指明是低字节还是次字节。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，例如：%h1。

2.3.2 输出部分

输出部分描述输出操作数，不同的操作数描述符之间用逗号格开，每个操作数描述符由限定字符串和
C语言变量组成。每个输出操作数的限定字符串必须包含“=”表示他是一个输出操作数。

例：
   __asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x) )

描述符字符串表示对该变量的限制条件，这样GCC就可以根据这些条件决定如何
分配寄存器，如何产生必要的代码处理指令操作数与C表达式或C变量之间的联系。

2.3.3    输入部分

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

例1：
   __asm__ __volatile__ ("lidt %0" : : "m" (real_mode_idt));

例二（bitops.h）：

   Static __inline__ void __set_bit(int nr,
   volatile void * addr)
   {
          __asm__(
"btsl%1,%0"    :
"=m"(ADDR)     :
"Ir"(nr));
   }

后例功能是将(*addr)的第nr位设为1。第一个占位符%0与C，语言变量ADDR
对应，第二个占位符%1与C，语言变量nr对应。因此上面的汇编语句代码与下面的伪代码等价：
btsl nr, ADDR，该指令的两个操作数不能全是内存变量，因此将nr的限定字符串指定为“Ir”，
将nr，与立即数或者寄存器相关联，这样两个操作数中只有ADDR为内存变量。

2.3.4    限制字符
2.3.4.1             限制字符列表
限制字符有很多种，有些是与特定体系结构相关，此处仅列出常用的限定字符和i386
中可能用到的一些常用的限定符。它们的作用是指示编译器如何处理其后的C
语言变量与指令操作数之间的关系，例如是将变量放在寄存器中还是放在内存中等，
下表列出了常用的限定字母。

   分类
   限定符 描述   通用寄存器

   “a”将输入变量放入eax

   这里有一个问题：假设eax已经被使用，那怎么办？

   其实很简单：因为GCC知道eax已经被使用，它在这段汇编代码的起始处插入一条
   语句pushl %eax，将eax内容保存到堆栈，然后在这段代码结束处再增加一条
   语句popl %eax，恢复eax的内容

   “b”将输入变量放入ebx
   “c”将输入变量放入ecx
   “d”将输入变量放入edx
   “s”将输入变量放入esi
   “d”将输入变量放入edi
   “q”将输入变量放入eax，ebx   ,ecx   ，edx中的一个
   “r”将输入变量放入通用寄存器，也就是eax ，ebx，ecx,edx，esi，edi中的一个
   “A”把eax和edx，合成一个64位的寄存器(uselong longs)
   “m”内存变量
   “o”操作数为内存变量，但是其寻址方式是偏移量类型，也即是基址寻址，或者是基址加变址寻址
   “V”操作数为内存变量，但寻址方式不是偏移量类型
   “,” 操作数为内存变量，但寻址方式为自动增量
   “p”操作数是一个合法的内存地址（指针）

   寄存器或内存

   “g” 将输入变量放入eax，ebx，ecx   ，edx中的一个或者作为内存变量
   “X”操作数可以是任何类型

   立即数
   “I” 0-31 之间的立即数（用于32位移位指令）
   “J” 0-63 之间的立即数（用于64 位移位指令）
   “N” 0-255   ，之间的立即数（用于out   指令）
   “i” 立即数
   “n” 立即数，有些系统不支持除字以外的立即数，这些系统应该使用“n”而不是“i”

   匹配

   “0”，“1   ，”...   “9 ”

   表示用它限制的操作数与某个指定的操作数匹配，也即该操作数就是指定的那个操作数，
   例如用“0   ”去描述“％1”操作数，那么“%1”引用的其实就是“%0”操作数，注意作为
   限定符字母的0－9 ，与指令中的“％0”－“％9”的区别，前者描述操作数，后者代表操作数。

   后面有详细描述 &   该输出操作数不能使用过和输入操作数相同的寄存器

   后面有详细描述

   操作数类型
   “=” 操作数在指令中是只写的（输出操作数）
   “+” 操作数在指令中是读写类型的（输入输出操作数）

    浮点数
   “f”

   浮点寄存器
   “t”第一个浮点寄存器
   “u”第二个浮点寄存器
   “G”标准的80387

   浮点常数
    %   该操作数可以和下一个操作数交换位置

   例如addl的两个操作数可以交换顺序（当然两个操作数都不能是立即数）

   #   部分注释，从该字符到其后的逗号之间所有字母被忽略

   *   表示如果选用寄存器，则其后的字母被忽略

现在继续看上面的例子，
"=m" (ADDR)表示ADDR为内存变量（“m”），而且是输出变量（“=”）；"Ir" (nr)表示nr，为
0－31之间的立即数（“I”）或者一个寄存器操作数（“r”）。