at&t汇编语言与gcc内嵌汇编简介.txt

AT&T汇编语言语法与INTEL汇编语法的差别

}

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"）。

2.3.4.2
匹配限制符

I386
指令集中许多指令的操作数是读写型的（读写型操作数指先读取原来的值然后参加运算，最后
将结果写回操作数），例如addl %1,%0，它的作用是将操作数%0与操作数%1的和存入操作数%0，
因此操作数%0是读写型操作数。老版本的GCC对这种类型操作数的支持不是很好，它将操作数严格
分为输入和输出两种，分别放在输入部分和输出部分，而没有一个单独部分描述读写型操作数，
因此在GCC中读写型的操作数需要在输入和输出部分分别描述，靠匹配限制符将两者关联到一起
注意仅在输入和输出部分使用相同的C变量，但是不用匹配限制符，产生的代码很可能不对，后
面会分析原因。

匹配限制符是一位数字："0"、"1"……"9，"，分别表示它限制的C表达式分别与
占位符%0，%1，……%9对应的C变量匹配。例如使用"0"作为%1，的限制字符，那么
%0和％1表示同一个C，变量。

看一下下面的代码就知道为什么要将读写型操作数，分别在输入和输出部分加以描述。

该例功能是求input+result的和，然后存入result：

extern int input,result;

void test_at_t()
{
result= 0;
input = 1;
__asm__
__volatile__ ("addl %1,%0":"=r"(result): "r"(input));

}

对应的汇编代码为：

movl $0,_result
movl $1,_input
movl _input,%edx /APP
addl %edx,%eax /NO_APP
movl %eax,%edx
movl %edx,_result

input 为输入型变量，而且需要放在寄存器中，GCC给它分配的寄存器是%edx，在执行addl之前%edx，
的内容已经是input的值。可见对于使用"r"限制的输入型变量或者表达式，在使用之前GCC会插入
必要的代码将他们的值读到寄存器；"m"型变量则不需要这一步。读入input后执行addl，显然%eax
的值不对，需要先读入result的值才行。再往后看：movl %eax,%edx和movl %edx,_result
的作用是将结果存回result，分配给result的寄存器与分配给input的一样，都是%edx。

综上可以总结出如下几点：

1. 使用"r"限制的输入变量，GCC先分配一个寄存器，然后将值读入寄存器，最后
用该寄存器替换占位符；

2. 使用"r"限制的输出变量，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之前并不将变量值先读入寄存器，GCC认为所有输出变量以前的
值都没有用处，不读入寄存器（可能是因为AT&T汇编源于CISC架构处理器的汇编语言
，在CISC处理器中大部分指令的输入输出明显分开，而不像RISC那样一个操作数既
做输入又做输出，例如add r0,r1,r2，r0，和r1是输入，r2是输出，输入和输出分开，
没有使用输入输出型操作数，这样我们就可以认为r2对应的操作数原来的值没有用处，
也就没有必要先将操作数的值读入r2，因为这是浪费处理器的CPU周期），最后GCC插入代码，
将寄存器的值写回变量；

3. 输入变量使用的寄存器在最后一处使用它的指令之后，就可以挪做其他用处，因为
已经不再使用。例如上例中的%edx。在执行完addl之后就作为与result对应的寄存器。

因为第二条，上面的内嵌汇编指令不能奏效，因此需要在执行addl之前把result的值读入
寄存器，也许再将result放入输入部分就可以了（因为第一条会保证将result
先读入寄存器）。修改后的指令如下（为了更容易说明问题将input限制符由"r，"改为"m"）：

extern int input,result;

void test_at_t()
{

result = 0;
input = 1;
__asm__
__volatile__ ("addl %2,%0":"=r"(result):"r"(result),"m"(input));

}

看上去上面的代码可以正常工作，因为我们知道%0和%1都和result相关，应该使用同一个
寄存器，但是GCC并不去判断%0和%1，是否和同一个C表达式或变量相关联（这样易于产生与
内嵌汇编相应的汇编代码），因此%0和%1使用的寄存器可能不同。我们看一下汇编代码就知道了。

movl $0,_result
movl $1,_input
movl _result,%edx /APP
addl _input,%eax /NO_APP
movl %eax,%edx
movl %edx,_result

现在在执行addl之前将result的值被读入了寄存器%edx，但是addl指令的操作数%0
却成了%eax，而不是%edx，与预料的不同，这是因为GCC给输出和输入部分的变量分配了不同
的寄存器，GCC没有去判断两者是否都与result相关，后面会讲GCC如何翻译内嵌汇编，看完之后
就不会惊奇啦。

使用匹配限制符后，GCC知道应将对应的操作数放在同一个位置（同一个寄存器或者同一个
内存变量）。使用匹配限制字符的代码如下：

extern int input,result;

void test_at_t()
{
result = 0;
input = 1;
__asm__
__volatile__ ("addl %2,%0":"=r"(result):"0"(result),"m"(input));

}

输入部分中的result用匹配限制符"0"限制，表示%1与％0，代表同一个变量，
输入部分说明该变量的输入功能，输出部分说明该变量的输出功能，两者结合表示result
是读写型。因为%0和%1，表示同一个C变量，所以放在相同的位置，无论是寄存器还是内存。

相应的汇编代码为：

movl $0,_result
movl $1,_input
movl _result,%edx
movl %edx,%eax /APP
addl _input,%eax /NO_APP
movl %eax,%edx
movl %edx,_result

可以看到与result相关的寄存器是%edx，在执行指令addl之前先从%edx将result读入%eax，
执行之后需要将结果从%eax读入%edx，最后存入result中。这里我们可以看出GCC
处理内嵌汇编中输出操作数的一点点信息：addl并没有使用%edx，可见它不是简单的用result
对应的寄存器%edx去替换%0，而是先分配一个寄存器，执行运算，最后才将运算结果存入
对应的变量，因此GCC是先看该占位符对应的变量的限制符，发现是一个输出型寄存器变量，
就为它分配一个寄存器，此时没有去管对应的C变量，最后GCC，知道还要将寄存器的值写回变量，
与此同时，它发现该变量与%edx关联，因此先存入%edx，再存入变量。

至此读者应该明白了匹配限制符的意义和用法。在新版本的GCC中增加了一个限制字符"+"，
它表示操作数是读写型的，GCC知道应将变量值先读入寄存器，然后计算，最后写回变量，而
无需在输入部分再去描述该变量。

例;
extern int input,result;

void test_at_t()
{

result = 0;
input = 1;
__asm__
__volatile__ ("addl %1,%0":"+r"(result):"m"(input));

}

此处用"+"替换了"="，而且去掉了输入部分关于result的描述，产生的汇编代码如下：
movl $0,_result
movl $1,_input
movl _result,%eax /APP
addl _input,%eax /NO_APP
movl %eax,_result
L2:
movl %ebp,%esp

处理的比使用匹配限制符的情况还要好，省去了好几条汇编代码。

2.3.4.3 "&"限制符

限制符"&"在内核中使用的比较多，它表示输入和输出操作数不能使用相同的寄存器，
这样可以避免很多错误。

举一个例子，下面代码的作用是将函数foo的返回值存入变量ret中：

__asm__ ( "call foo;movl %%edx,%1", :"=a"(ret) : "r"(bar) );

我们知道函数的int型返回值存放在%eax中，但是gcc编译的结果是输入和输出同时使用了
寄存器%eax，如下：

movl bar, %eax
#APP
call foo
movl %ebx,%eax

#NO_APP
movl %eax, ret

结果显然不对，原因是GCC并不知道%eax中的值是我们所要的。避免这种情况的方法是使用"&"
限定符，这样bar就不会再使用%eax寄存器，因为已被ret指定使用。

_asm__ ( "call foo;movl %%edx,%1",:"=&a"(ret) : "r"(bar) );

2.3.5 破坏描述部分

2.3.5.1 寄存器破坏描述符

通常编写程序只使用一种语言：高级语言或者汇编语言。高级语言编译的步骤大致如下：
l
预处理；
l
编译
l
汇编
l
链接

我们这里只关心第二步编译（将C代码转换成汇编代码）：因为所有的代码都是用高级语言编写，
编译器可以识别各种语句的作用，在转换的过程中所有的寄存器都由编译器决定如何分配使用，
它有能力保证寄存器的使用不会冲突；也可以利用寄存器作为变量的缓冲区，因为寄存器的访问