GCC嵌入汇编特性

news2025/1/11 11:08:42

前言

在C语言编程中，使用汇编指令有两种方式，一种是使用单独的汇编源文件，在最后编译的时候和其它C工程文件编译到一起，这种方式能够做到汇编函数和C函数的互相调用，但是如果希望在C语言中直接调用汇编表达式就不是那么方便了，为此我们需要使用另一种方式，即内嵌汇编。

内嵌汇编使用一种约束好的格式来实现C调用汇编指令，GCC使用的嵌入汇编语法的基本格式如下所示

__asm__ (汇编指令模板
    :输出部分
    :输入部分
    :破坏描述部分);

上述格式给出了嵌入汇编时可能需要使用到的基本元素，依次为汇编指令模板、输出部分、输入部分和破坏描述部分，各部分使用”:”格开，其中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。示例如下：

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

在GNU C嵌入汇编中，我们常看到__asm__后都会带上__volatile__，__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。一个更加完整的嵌入汇编使用如下所示：

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

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，其中%0表示第一个参数，%1表示第二个参数。另外，为了增强代码可读性，可以使用汇编符号名字来替代以%表示的操作数。

__asm__ __violate__ ("addl %[in], %%eax;"
    "movl %%eax, %0;" 
    : [res] "=r" (result) 
    : [in]"r" (input));

其中，[res]表示定义了一个汇编符号操作数，符号名为res，对应于输出参数"=r" (result)；同理，[in]对应于输入参数"r" (input)。

汇编指令模板规定了一些特殊字符的含义：

输出部分描述输出操作数，不同的输出操作数之间用逗号格开，每个操作数由限制字符串和C语言变量组成。每个输出操作数的限制字符串通常以”=”或者“+”开头，然后是一个字母表示对操作数类型的说明，接着是关于变量结合的约束。“=”表示被修饰的操作只具有可写属性，“+”号表示被修饰的操作数具有可读可写属性。

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

上面的示例会使用eax寄存器存放pop出的值，然后存储到变量x中

输入部分描述输入操作数，不同的操作数之间使用逗号格开，每个操作数描述符由限制字符串和C语言变量组成。输入部分描述的操作数只有只读属性，不允许修改，因此，在输入部分中，不能使用“=”或者“+”约束条件，否则编译器会报错。

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

破坏描述符用于通知编译器我们使用了哪些寄存器或内存，由逗号格开的字符串组成，每个字符串描述一种情况，一般是寄存器名；除寄存器外比较常用的还有“memory”和“cc”：

memory：告知GCC编译器，嵌入汇编代码修改了内存中的值，强迫编译器在执行该汇编代码前存储所有缓存的值，在执行完汇编代码之后重新加载该值，目的是防止编译乱序；
cc：表示嵌入汇编代码修改了状态寄存器的相关标志位。

限制字符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。限制字符有很多种。有些是与特定体系结构相关，此处列出常用的限定字符和x86中可能用到的一些常用的限定符。