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在 Visual C++ 中使用内联汇编

在 Visual C++ 中使用内联汇编


一、 优点

    使用内联汇编可以在 C/C++ 代码中嵌入汇编语言指令，而且不需要额外的汇编和连接步骤。在 Visual C++ 中，内联汇编是内置的编译器，因此不需要配置诸如 MASM 一类的独立汇编工具。这里，我们就以 Visual Studio .NET 2003 为背景，介绍在 Visual C++ 中使用内联汇的相关知识（如果是早期的版本，可能会有些许出入）。

    内联汇编代码可以使用 C/C++ 变量和函数，因此它能非常容易地整合到 C/C++ 代码中。它能做一些对于单独使用 C/C++ 来说非常笨重或不可能完成的任务。

    内联汇编的用途包括：

    * 使用汇编语言编写特定的函数；
    * 编写对速度要求非常较高的代码；
    * 在设备驱动程序中直接访问硬件；
    * 编写 naked 函数的初始化和结束代码。


二、 关键字

    使用内联汇编要用到 __asm 关键字，它可以出现在任何允许 C/C++ 语句出现的地方。我们来看一些例子：

    * 简单的 __asm 块：

        __asm
        {
            MOV AL, 2
            MOV DX, 0xD007
            OUT AL, DX
        }

    * 在每条汇编指令之前加 __asm 关键字：

        __asm MOV AL, 2
        __asm MOV DX, 0xD007
        __asm OUT AL, DX

    * 因为 __asm 关键字是语句分隔符，所以可以把多条汇编指令放在同一行：

        __asm MOV AL, 2  __asm MOV DX, 0xD007  __asm OUT AL, DX

    显然，第一种方法与 C/C++ 的风格很一致，并且把汇编代码和 C/C++ 代码清楚地分开，还避免了重复输入 __asm 关键字，因此推荐使用第一种方法。

    不像在 C/C++ 中的“{}”，__asm 块的“{}”不会影响 C/C++ 变量的作用范围。同时，__asm 块可以嵌套，而且嵌套也不会影响变量的作用范围。

    为了与低版本的 Visual C++ 兼容，_asm 和 __asm 具有相同的意义。另外，Visual C++ 支持标准 C++ 的 asm 关键字，但是它不会生成任何指令，它的作用仅限于使编译器不会出现编译错误。要使用内联汇编，必须使用 __asm 而不是 asm 关键字。


三、 汇编语言

1. 指令集

    内联汇编支持 Intel Pentium 4 和 AMD Athlon 的所有指令。更多其它处理器的指令可以通过 _EMIT 伪指令来创建（_EMIT 伪指令说明见下文）。

2. MASM 表达式

    在内联汇编代码中，可以使用所有的 MASM 表达式（MASM 表达式是指用来计算一个数值或一个地址的操作符和操作数的组合）。

3. 数据指示符和操作符

    虽然 __asm 块中允许使用 C/C++ 的数据类型和对象，但它不能使用 MASM 指示符和操作符来定义数据对象。这里特别指出，__asm 块中不允许 MASM 中的定义指示符（DB、DW、DD、DQ、DT 和 DF），也不允许使用 DUP 和 THIS 操作符。MASM 中的结构和记录也不再有效，内联汇编不接受 STRUC、RECORD、WIDTH 或者 MASK。

4. EVEN 和 ALIGN 指示符

    尽管内联汇编不支持大多数 MASM 指示符，但它支持 EVEN 和 ALIGN。当需要的时候，这些指示符在汇编代码里面加入 NOP 指令（空操作）使标号对齐到特定边界。这样可以使某些处理器取指令时具有更高的效率。

5. MASM 宏指示符

    内联汇编不是宏汇编，不能使用 MASM 宏指示符（MACRO、REPT、IRC、IRP 和 ENDM）和宏操作符（<>、!、&、% 和 .TYPE）。

6. 段

    必须使用寄存器而不是名称来指明段（段名称“_TEXT”是无效的）。并且，段跨越必须显式地说明，如 ES:[EBX]。

7. 类型和变量大小

    在内联汇编中，可以用 LENGTH、SIZE 和 TYPE 来获取 C/C++ 变量和类型的大大小。
    * LENGTH 操作符用来取得 C/C++ 中数组的元素个数（如果不是一个数组，则结果为 1）。
    * SIZE 操作符可以获取 C/C++ 变量的大小（一个变量的大小是 LENGTH 和 TYPE 的乘积）。
    * TYPE 操作符可以返回 C/C++ 类型和变量的大小（如果变量是一个数组，它得到的是数组中单个元素的大小）。

    例如，程序中定义了一个 8 维的整数型变量：

        int iArray[8];

    下面是 C 和汇编表达式中得到的 iArray 及其元素的相关值：

        __asm                   C                                   Size

        LENGTH iArray           sizeof(iArray)/sizeof(iArray[0])    8
        SIZE iArray             sizeof(iArray)                      32
        TYPE iArray             sizeof(iArray[0])                   4

8. 注释

    内联汇编中可以使用汇编语言的注释，即“;”。例如：

        __asm MOV EAX, OFFSET pbBuff  ; Load address of pbBuff

    因为 C/C++ 宏将会展开到一个逻辑行中，为了避免在宏中使用汇编语言注释带来的混乱，内联汇编也允许使用 C/C++ 风格的注释。

9. _EMIT 伪指令

    _EMIT 伪指令相当于 MASM 中的 DB，但是 _EMIT 一次只能在当前代码段（.text 段）中定义一个字节。例如：

        __asm
        {
            JMP _CodeLabel

            _EMIT 0x00        ; 定义混合在代码段的数据
            _EMIT 0x01

        _CodeLabel:           ; 这里是代码
            _EMIT 0x90        ; NOP指令
        }

10. 寄存器使用

    一般来说，不能假定某个寄存器在 __asm 块开始的时候有已知的值。寄存器的值将不能保证会从 __asm 块保留到另外一个 __asm 块中。

    如果一个函数声明为 __fastcall 调用方式，则其参数将通过寄存器而不是堆栈来传递。这将会使 __asm 块产生问题，因为函数无法被告知哪个参数在哪个寄存器中。如果函数接收了 EAX 中的参数并立即储存一个值到 EAX 中的话，原来的参数将丢失掉。另外，在所有声明为 __fastcall 的函数中，ECX 寄存器是必须一直保留的。为了避免以上的冲突，包含 __asm 块的函数不要声明为 __fastcall 调用方式。

    * 提示：如果使用 EAX、EBX、ECX、EDX、ESI 和 EDI 寄存器，你不需要保存它。但如果你用到了 DS、SS、SP、BP 和标志寄存器，那就应该用 PUSH 保存这些寄存器。

    * 提示：如果程序中改变了用于 STD 和 CLD 的方向标志，必须将其恢复到原来的值。


四、 使用 C/C++ 元素

1. 可用的 C/C++ 元素

    C/C++ 与汇编语言可以混合使用，在内联汇编中可以使用 C/C++ 变量以及很多其它的 C/C++ 元素，包括：

    * 符号，包括标号、变量和函数名；
    * 常量，包括符号常量和枚举型成员；
    * 宏定义和预处理指示符；
    * 注释，包括“/**/”和“//”；
    * 类型名，包括所有 MASM 中合法的类型；
    * typedef 名称，通常使用 PTR 和 TYPE 操作符，或者使用指定的的结构或枚举成员。

    在内联汇编中，可以使用 C/C++ 或汇编语言的基数计数法。例如，0x100 和 100H 是相等的。

2. 操作符使用

    内联汇编中不能使用诸如“<<”一类的 C/C++ 操作符。但是，C/C++ 和 MASM 共有的操作符（比如“*”和“[]”操作符），都被认为是汇编语言的操作符，是可以使用的。举个例子：

        int iArray[10];

        __asm MOV iArray[6], BX             ; Store BX at iArray + 6 (Not scaled)
        iArray[6] = 0;                      // Store 0 at iArray+12 (Scaled)

    * 提示：在内联汇编中，可以使用 TYPE 操作符使其与 C/C++ 一致。比如，下面两条语句是一样的：

        __asm MOV iArray[6 * TYPE int], 0   ; Store 0 at iArray + 12
        iArray[6] = 0;                      // Store 0 at iArray + 12

3. C/C++ 符号使用

    在 __asm 块中可以引用所有在作用范围内的 C/C++ 符号，包括变量名称、函数名称和标号。但是不能访问 C++ 类的成员函数。

    下面是在内联汇编中使用 C/C++ 符号的一些限制：

    * 每条汇编语句只能包含一个 C/C++ 符号。在一条汇编指令中，多个符号只能出现在 LENGTH、TYPE 或 SIZE 表达式中。
    * 在 __asm 块中引用函数必须先声明。否则，编译器将不能区别 __asm 块中的函数名和标号。
    * 在 __asm 块中不能使用对于 MASM 来说是保留字的 C/C++ 符号（不区分大小写）。MASM 保留字包含指令名称（如 PUSH）和寄存器名称（如 ESI）等。
    * 在 __asm 块中不能识别结构和联合标签。

4. 访问 C/C++ 中的数据

    内联汇编的一个非常大的方便之处是它可以使用名称来引用 C/C++ 变量。例如，如果 C/C++ 变量 iVar 在作用范围内：

        __asm MOV EAX, iVar  ; Stores the value of iVar in EAX

    如果 C/C++ 中的类、结构或者枚举成员具有唯一的名称，则在 __asm 块中可以只通过成员名称来访问（省略“.”操作符之前的变量名或 typedef 名称）。然而，如果成员不是唯一的，你必须在“.”操作符之前加上变量名或 typedef 名称。例如，下面的两个结构都具有 SameName 这个成员变量：

        struct FIRST_TYPE
        {
            char *pszWeasel;
            int SameName;
        };

        struct SECOND_TYPE
        {
            int iWonton;
            long SameName;
        };

    如果按下面方式声明变量：

        struct FIRST_TYPE ftTest;
        struct SECOND_TYPE stTemp;

    那么，所有引用 SameName 成员的地方都必须使用变量名，因为 SameName 不是唯一的。另外，由于上面的 pszWeasel 变量具有唯一的名称，你可以仅仅使用它的成员名称来引用它：

        __asm
        {
            MOV EBX, OFFSET ftTest
            MOV ECX, [EBX]ftTest.SameName       ; 必须使用“ftTest”
            MOV ESI, [EBX]. pszWeasel           ; 可以省略“ftTest”
        }

    * 提示：省略变量名仅仅是为了书写代码方便，生成的汇编指令还是一样的。

5. 用内联汇编写函数

    如果用内联汇编写函数的话，要传递参数和返回一个值都是非常容易的。看下面的例子，比较一下用独立汇编和内联汇编写的函数：

        ; PowerAsm.asm
        ; Compute the power of an integer

        PUBLIC      GetPowerAsm
        _TEXT       SEGMENT WORD PUBLIC 'CODE'
        GetPowerAsm PROC
            PUSH    EBP             ; Save EBP
            MOV     EBP, ESP        ; Move ESP into EBP so we can refer