3 GCC Inline ASM

GCC 支持在C/C++代碼中嵌入?yún)R編代碼，這些匯編代碼被稱作GCC Inline ASM——GCC內(nèi)聯(lián)匯編。這是一個(gè)非常有用的功能，有利于我們將一些C/C++語(yǔ)法無(wú)法表達(dá)的指令直接潛入C/C++代碼中，另外也允許我們直接寫 C/C++代碼中使用匯編編寫簡(jiǎn)潔高效的代碼。

1.基本內(nèi)聯(lián)匯編

GCC中基本的內(nèi)聯(lián)匯編非常易懂，我們先來(lái)看兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

__asm__("movl %esp,%eax"); // 看起來(lái)很熟悉吧！

或者是

__asm__("
movl $1,%eax // SYS_exit
xor %ebx,%ebx
int $0x80
");

或

__asm__(
"movl $1,%eax\r\t" \
"xor %ebx,%ebx\r\t" \
"int $0x80" \
);

基本內(nèi)聯(lián)匯編的格式是

__asm__ __volatile__("Instruction List");

1、__asm__

__asm__是GCC關(guān)鍵字asm的宏定義：

#define __asm__ asm

__asm__或asm用來(lái)聲明一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式，所以任何一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式都是以它開頭的，是必不可少的。

2、Instruction List

Instruction List是匯編指令序列。它可以是空的，比如：__asm__ __volatile__(""); 或__asm__ ("");都是完全合法的內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式，只不過(guò)這兩條語(yǔ)句沒(méi)有什么意義。但并非所有Instruction List為空的內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式都是沒(méi)有意義的，比如：__asm__ ("":::"memory"); 就非常有意義，它向GCC聲明：“我對(duì)內(nèi)存作了改動(dòng)”，GCC在編譯的時(shí)候，會(huì)將此因素考慮進(jìn)去。

我們看一看下面這個(gè)例子：

$ cat example1.c

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
int* __p = (int*)__argc; 

(*__p) = 9999; 

//__asm__("":::"memory"); 

if((*__p) == 9999) 
return 5; 

return (*__p); 
}

在 這段代碼中，那條內(nèi)聯(lián)匯編是被注釋掉的。在這條內(nèi)聯(lián)匯編之前，內(nèi)存指針__p所指向的內(nèi)存被賦值為9999，隨即在內(nèi)聯(lián)匯編之后，一條if語(yǔ)句判斷__p 所指向的內(nèi)存與9999是否相等。很明顯，它們是相等的。GCC在優(yōu)化編譯的時(shí)候能夠很聰明的發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。我們使用下面的命令行對(duì)其進(jìn)行編譯：

$ gcc -O -S example1.c

選項(xiàng)-O表示優(yōu)化編譯，我們還可以指定優(yōu)化等級(jí)，比如-O2表示優(yōu)化等級(jí)為2；選項(xiàng)-S表示將C/C++源文件編譯為匯編文件，文件名和C/C++文件一樣，只不過(guò)擴(kuò)展名由.c變?yōu)?s。

我們來(lái)查看一下被放在example1.s中的編譯結(jié)果，我們這里僅僅列出了使用gcc 2.96在redhat 7.3上編譯后的相關(guān)函數(shù)部分匯編代碼。為了保持清晰性，無(wú)關(guān)的其它代碼未被列出。

$cat example1.s

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
movl 8(%ebp), %eax # int* __p = (int*)__argc
movl $9999, (%eax) # (*__p) = 9999 
movl $5, %eax # return 5
popl %ebp 
ret

參 照一下C源碼和編譯出的匯編代碼，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)匯編代碼中，沒(méi)有if語(yǔ)句相關(guān)的代碼，而是在賦值語(yǔ)句(*__p)=9999后直接return 5；這是因?yàn)镚CC認(rèn)為在(*__p)被賦值之后，在if語(yǔ)句之前沒(méi)有任何改變(*__p)內(nèi)容的操作，所以那條if語(yǔ)句的判斷條件(*__p) == 9999肯定是為true的，所以GCC就不再生成相關(guān)代碼，而是直接根據(jù)為true的條件生成return 5的匯編代碼（GCC使用eax作為保存返回值的寄存器）。

我們現(xiàn)在將example1.c中內(nèi)聯(lián)匯編的注釋去掉，重新編譯，然后看一下相關(guān)的編譯結(jié)果。

$ gcc -O -S example1.c

$ cat example1.s

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
movl 8(%ebp), %eax # int* __p = (int*)__argc
movl $9999, (%eax) # (*__p) = 9999
#APP 

# __asm__("":::"memory")
#NO_APP
cmpl $9999, (%eax) # (*__p) == 9999 ?
jne .L3 # false 
movl $5, %eax # true, return 5 
jmp .L2 
.p2align 2 
.L3: 
movl (%eax), %eax 
.L2: 
popl %ebp 
ret

由于內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句__asm__("":::"memory")向GCC聲明，在此內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句出現(xiàn)的位置內(nèi)存內(nèi)容可能了改變，所以GCC在編譯時(shí)就不能像剛才那樣處理。這次，GCC老老實(shí)實(shí)的將if語(yǔ)句生成了匯編代碼。

可能有人會(huì)質(zhì)疑：為什么要使用__asm__("":::"memory")向GCC聲明內(nèi)存發(fā)生了變化？明明“Instruction List”是空的，沒(méi)有任何對(duì)內(nèi)存的操作，這樣做只會(huì)增加GCC生成匯編代碼的數(shù)量。

確 實(shí)，那條內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句沒(méi)有對(duì)內(nèi)存作任何操作，事實(shí)上它確實(shí)什么都沒(méi)有做。但影響內(nèi)存內(nèi)容的不僅僅是你當(dāng)前正在運(yùn)行的程序。比如，如果你現(xiàn)在正在操作的內(nèi)存 是一塊內(nèi)存映射，映射的內(nèi)容是外圍I/O設(shè)備寄存器。那么操作這塊內(nèi)存的就不僅僅是當(dāng)前的程序，I/O設(shè)備也會(huì)去操作這塊內(nèi)存。既然兩者都會(huì)去操作同一塊 內(nèi)存，那么任何一方在任何時(shí)候都不能對(duì)這塊內(nèi)存的內(nèi)容想當(dāng)然。所以當(dāng)你使用高級(jí)語(yǔ)言C/C++寫這類程序的時(shí)候，你必須讓編譯器也能夠明白這一點(diǎn)，畢竟高 級(jí)語(yǔ)言最終要被編譯為匯編代碼。

你可能已經(jīng)注意到了，這次輸出的匯編結(jié)果中，有兩個(gè)符號(hào)：#APP和#NO_APP，GCC將內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ) 句中"Instruction List"所列出的指令放在#APP和#NO_APP之間，由于__asm__("":::"memory")中“Instruction List”為空，所以#APP和#NO_APP中間也沒(méi)有任何內(nèi)容。但我們以后的例子會(huì)更加清楚的表現(xiàn)這一點(diǎn)。

關(guān)于為什么內(nèi)聯(lián)匯編__asm__("":::"memory")是一條聲明內(nèi)存改變的語(yǔ)句，我們后面會(huì)詳細(xì)討論。

剛才我們花了大量的內(nèi)容來(lái)討論"Instruction List"為空是的情況，但在實(shí)際的編程中，"Instruction List"絕大多數(shù)情況下都不是空的。它可以有1條或任意多條匯編指令。

當(dāng) 在"Instruction List"中有多條指令的時(shí)候，你可以在一對(duì)引號(hào)中列出全部指令，也可以將一條或幾條指令放在一對(duì)引號(hào)中，所有指令放在多對(duì)引號(hào)中。如果是前者，你可以將 每一條指令放在一行，如果要將多條指令放在一行，則必須用分號(hào)（；）或換行符（\n，大多數(shù)情況下\n后還要跟一個(gè)\t，其中\(zhòng)n是為了換行，\t是為了 空出一個(gè)tab寬度的空格）將它們分開。比如：

__asm__("movl %eax, %ebx 
sti 
popl %edi 
subl %ecx, %ebx"); 

__asm__("movl %eax, %ebx; sti 
popl %edi; subl %ecx, %ebx");

__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi
subl %ecx, %ebx");

都是合法的寫法。如果你將指令放在多對(duì)引號(hào)中，則除了最后一對(duì)引號(hào)之外，前面的所有引號(hào)里的最后一條指令之后都要有一個(gè)分號(hào)(；)或(\n)或(\n\t)。比如：

__asm__("movl %eax, %ebx 
sti\n" 
"popl %edi;" 
"subl %ecx, %ebx"); 

__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t" 
"popl %edi; subl %ecx, %ebx");

__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi\n"
"subl %ecx, %ebx");

__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi;" "subl %ecx, %ebx");

都是合法的。

上述原則可以歸結(jié)為：

任意兩個(gè)指令間要么被分號(hào)(；)分開，要么被放在兩行； 放在兩行的方法既可以從通過(guò)\n的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以真正的放在兩行； 可以使用1對(duì)或多對(duì)引號(hào)，每1對(duì)引號(hào)里可以放任一多條指令，所有的指令都要被放到引號(hào)中。在基本內(nèi)聯(lián)匯編中，“Instruction List”的書寫的格式和你直接在匯編文件中寫非內(nèi)聯(lián)匯編沒(méi)有什么不同，你可以在其中定義Label，定義對(duì)齊(.align n )，定義段(.section name )。例如：

__asm__(".align 2\n\t" 
"movl %eax, %ebx\n\t" 
"test %ebx, %ecx\n\t" 
"jne error\n\t" 
"sti\n\t" 
"error: popl %edi\n\t" 
"subl %ecx, %ebx");

上面例子的格式是Linux內(nèi)聯(lián)代碼常用的格式，非常整齊。也建議大家都使用這種格式來(lái)寫內(nèi)聯(lián)匯編代碼。

3、__volatile__

__volatile__是GCC關(guān)鍵字volatile的宏定義：

#define __volatile__ volatile

__volatile__ 或volatile是可選的，你可以用它也可以不用它。如果你用了它，則是向GCC聲明“不要?jiǎng)游宜鶎懙腎nstruction List，我需要原封不動(dòng)的保留每一條指令”，否則當(dāng)你使用了優(yōu)化選項(xiàng)(-O)進(jìn)行編譯時(shí)，GCC將會(huì)根據(jù)自己的判斷決定是否將這個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式中的指 令優(yōu)化掉。

那么GCC判斷的原則是什么？我不知道（如果有哪位朋友清楚的話，請(qǐng)告訴我）。我試驗(yàn)了一下，發(fā)現(xiàn)一條內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句如果是基本 內(nèi)聯(lián)匯編的話（即只有“Instruction List”，沒(méi)有Input/Output/Clobber的內(nèi)聯(lián)匯編，我們后面將會(huì)討論這一點(diǎn)），無(wú)論你是否使用__volatile__來(lái)修飾， GCC 2.96在優(yōu)化編譯時(shí)，都會(huì)原封不動(dòng)的保留內(nèi)聯(lián)匯編中的“Instruction List”。但或許我的試驗(yàn)的例子并不充分，所以這一點(diǎn)并不能夠得到保證。

為了保險(xiǎn)起見，如果你不想讓GCC的優(yōu)化影響你的內(nèi)聯(lián)匯編代碼，你最好在前面都加上__volatile__，而不要依賴于編譯器的原則，因?yàn)榧词鼓惴浅Ａ私猱?dāng)前編譯器的優(yōu)化原則，你也無(wú)法保證這種原則將來(lái)不會(huì)發(fā)生變化。而__volatile__的含義卻是恒定的。

2、帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編

GCC允許你通過(guò)C/C++表達(dá)式指定內(nèi)聯(lián)匯編中"Instrcuction List"中指令的輸入和輸出，你甚至可以不關(guān)心到底使用哪個(gè)寄存器被使用，完全靠GCC來(lái)安排和指定。這一點(diǎn)可以讓程序員避免去考慮有限的寄存器的使用，也可以提高目標(biāo)代碼的效率。

我們先來(lái)看幾個(gè)例子：

__asm__ (" " : : : "memory" ); // 前面提到的

__asm__ ("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(rv) : "a"(foo) : "eax", "ebx");

__asm__ __volatile__("lidt %0": "=m" (idt_descr));

__asm__("subl %2,%0\n\t"
"sbbl %3,%1"
: "=a" (endlow), "=d" (endhigh)
: "g" (startlow), "g" (starthigh), "0" (endlow), "1" (endhigh));

怎么樣，有點(diǎn)印象了吧，是不是也有點(diǎn)暈？沒(méi)關(guān)系，下面討論完之后你就不會(huì)再暈了。（當(dāng)然，也有可能更暈^_^）。討論開始——

帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編格式為：

__asm__　__volatile__("Instruction List" : Output : Input : Clobber/Modify);

從中我們可以看出它和基本內(nèi)聯(lián)匯編的不同之處在于：它多了3個(gè)部分(Input，Output，Clobber/Modify)。在括號(hào)中的4個(gè)部分通過(guò)冒號(hào)(:)分開。

這4個(gè)部分都不是必須的，任何一個(gè)部分都可以為空，其規(guī)則為：

如 果Clobber/Modify為空，則其前面的冒號(hào)(:)必須省略。比如__asm__("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : "a"(inp) : )就是非法的寫法；而__asm__("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : "a"(inp) )則是正確的。 如果Instruction List為空，則Input，Output，Clobber/Modify可以不為空，也可以為空。比如__asm__ ( " " : : : "memory" );和__asm__(" " : : );都是合法的寫法。 如 果Output，Input，Clobber/Modify都為空，Output，Input之前的冒號(hào)(:)既可以省略，也可以不省略。如果都省略，則 此匯編退化為一個(gè)基本內(nèi)聯(lián)匯編，否則，仍然是一個(gè)帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編，此時(shí)"Instruction List"中的寄存器寫法要遵守相關(guān)規(guī)定，比如寄存器前必須使用兩個(gè)百分號(hào)(%%)，而不是像基本匯編格式一樣在寄存器前只使用一個(gè)百分號(hào)(%)。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : )；__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : )和__asm__( " mov %eax, %ebx" )都是正確的寫法，而__asm__( " mov %eax, %ebx" : : )；__asm__( " mov %eax, %ebx" : )和__asm__( " mov %%eax, %%ebx" )都是錯(cuò)誤的寫法。 如果Input，Clobber/Modify為空，但Output不為空，Input前的冒號(hào)(:)既可以省略，也可以不省略。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : )；__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) )都是正確的。 如果后面的部分不為空，而前面的部分為空，則前面的冒號(hào)(:)都必須保留，否則無(wú)法說(shuō) 明不為空的部分究竟是第幾部分。比如， Clobber/Modify，Output為空，而Input不為空，則Clobber/Modify前的冒號(hào)必須省略（前面的規(guī)則），而Output 前的冒號(hào)必須為保留。如果Clobber/Modify不為空，而Input和Output都為空，則Input和Output前的冒號(hào)都必須保留。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : "a"(foo) )和__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : : "ebx" )。從上面的規(guī)則可以看到另外一個(gè)事實(shí)，區(qū)分一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編是基本格式的還是帶有C/C++表達(dá)式格式的，其規(guī)則在于在"Instruction List"后是否有冒號(hào)(:)的存在，如果沒(méi)有則是基本格式的，否則，則是帶有C/C++表達(dá)式格式的。

兩種格式對(duì)寄存器語(yǔ)法的要求不同：基本格式要求寄存器前只能使用一個(gè)百分號(hào)(%)，這一點(diǎn)和非內(nèi)聯(lián)匯編相同；而帶有C/C++表達(dá)式格式則要求寄存器前必須使用兩個(gè)百分號(hào)(%%)，其原因我們會(huì)在后面討論。

1. Output

Output用來(lái)指定當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的輸出。我們看一看這個(gè)例子：

__asm__("movl %%cr0, %0": "=a" (cr0));

這 個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的輸出部分為"=r"(cr0)，它是一個(gè)“操作表達(dá)式”，指定了一個(gè)輸出操作。我們可以很清楚得看到這個(gè)輸出操作由兩部分組成：括號(hào)括住 的部分(cr0)和引號(hào)引住的部分"=a"。這兩部分都是每一個(gè)輸出操作必不可少的。括號(hào)括住的部分是一個(gè)C/C++表達(dá)式，用來(lái)保存內(nèi)聯(lián)匯編的一個(gè)輸出 值，其操作就等于C/C++的相等賦值cr0 = output_value，因此，括號(hào)中的輸出表達(dá)式只能是C/C++的左值表達(dá)式，也就是說(shuō)它只能是一個(gè)可以合法的放在C/C++賦值操作中等號(hào)(=) 左邊的表達(dá)式。那么右值output_value從何而來(lái)呢？

答案是引號(hào)中的內(nèi)容，被稱作“操作約束”（Operation Constraint），在這個(gè)例子中操作約束為"=a"，它包含兩個(gè)約束：等號(hào)(=)和字母a，其中等號(hào)(=)說(shuō)明括號(hào)中左值表達(dá)式cr0是一個(gè) Write-Only的，只能夠被作為當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編的輸入，而不能作為輸入。而字母a是寄存器EAX / AX / AL的簡(jiǎn)寫，說(shuō)明cr0的值要從eax寄存器中獲取，也就是說(shuō)cr0 = eax，最終這一點(diǎn)被轉(zhuǎn)化成匯編指令就是movl %eax, address_of_cr0。現(xiàn)在你應(yīng)該清楚了吧，操作約束中會(huì)給出：到底從哪個(gè)寄存器傳遞值給cr0。

另外，需要特別說(shuō)明的是，很多 文檔都聲明，所有輸出操作的操作約束必須包含一個(gè)等號(hào)(=)，但GCC的文檔中卻很清楚的聲明，并非如此。因?yàn)榈忍?hào)(=)約束說(shuō)明當(dāng)前的表達(dá)式是一個(gè) Write-Only的，但另外還有一個(gè)符號(hào)——加號(hào)(+)用來(lái)說(shuō)明當(dāng)前表達(dá)式是一個(gè)Read-Write的，如果一個(gè)操作約束中沒(méi)有給出這兩個(gè)符號(hào)中的 任何一個(gè)，則說(shuō)明當(dāng)前表達(dá)式是Read-Only的。因?yàn)閷?duì)于輸出操作來(lái)說(shuō)，肯定是必須是可寫的，而等號(hào)(=)和加號(hào)(+)都表示可寫，只不過(guò)加號(hào)(+) 同時(shí)也表示是可讀的。所以對(duì)于一個(gè)輸出操作來(lái)說(shuō)，其操作約束只需要有等號(hào)(=)或加號(hào)(+)中的任意一個(gè)就可以了。

二者的區(qū)別是：等號(hào)(=)表示當(dāng)前操作表達(dá)式指定了一個(gè)純粹的輸出操作，而加號(hào)(+)則表示當(dāng)前操作表達(dá)式不僅僅只是一個(gè)輸出操作還是一個(gè)輸入操作。但無(wú)論是等號(hào)(=)約束還是加號(hào)(+)約束所約束的操作表達(dá)式都只能放在Output域中，而不能被用在Input域中。

另外，有些文檔聲明：盡管GCC文檔中提供了加號(hào)(+)約束，但在實(shí)際的編譯中通不過(guò)；我不知道老版本會(huì)怎么樣，我在GCC 2.96中對(duì)加號(hào)(+)約束的使用非常正常。

我們通過(guò)一個(gè)例子看一下，在一個(gè)輸出操作中使用等號(hào)(=)約束和加號(hào)(+)約束的不同。

這個(gè)例子是使用等號(hào)(=)約束的情況，變量cr0被放在內(nèi)存-4(%ebp)的位置，所以指令mov %eax, -4(%ebp)即表示將%eax的內(nèi)容輸出到變量cr0中。

下面是使用加號(hào)(+)約束的情況：

$ cat example3.c

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
int cr0 = 5; 

__asm__ __volatile__("movl %%cr0, %0" : "+a" (cr0)); 

return 0; 
}

$ gcc -S example3.c

$ cat example3.s

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
subl $4, %esp 
movl $5, -4(%ebp) # cr0 = 5
movl -4(%ebp), %eax # input ( %eax = cr0 )
#APP 
movl %cr0, %eax
#NO_APP
movl %eax, -4(%ebp) # output (cr0 = %eax )
movl $0, %eax
leave
ret

從編譯的結(jié)果可以看出，當(dāng)使用加號(hào)(+)約束的時(shí)候，cr0不僅作為輸出，還作為輸入，所使用寄存器都是寄存器約束(字母a，表示使用eax寄存器)指定的。關(guān)于寄存器約束我們后面討論。

在Output域中可以有多個(gè)輸出操作表達(dá)式，多個(gè)操作表達(dá)式中間必須用逗號(hào)(,)分開。例如：

__asm__( 
"movl %%eax, %0 \n\t" 
"pushl %%ebx \n\t" 
"popl %1 \n\t" 
"movl %1, %2" 
: "+a"(cr0), "=b"(cr1), "=c"(cr2));

2、Input

Input域的內(nèi)容用來(lái)指定當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的輸入。我們看一看這個(gè)例子：

__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (cpu->db7));

例中Input域的內(nèi)容為一個(gè)表達(dá)式"a"[cpu->db7)，被稱作“輸入表達(dá)式”，用來(lái)表示一個(gè)對(duì)當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編的輸入。

像輸出表達(dá)式一樣，一個(gè)輸入表達(dá)式也分為兩部分：帶括號(hào)的部分(cpu->db7)和帶引號(hào)的部分"a"。這兩部分對(duì)于一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編輸入表達(dá)式來(lái)說(shuō)也是必不可少的。

括 號(hào)中的表達(dá)式cpu->db7是一個(gè)C/C++語(yǔ)言的表達(dá)式，它不必是一個(gè)左值表達(dá)式，也就是說(shuō)它不僅可以是放在C/C++賦值操作左邊的表達(dá)式， 還可以是放在C/C++賦值操作右邊的表達(dá)式。所以它可以是一個(gè)變量，一個(gè)數(shù)字，還可以是一個(gè)復(fù)雜的表達(dá)式（比如a+b/c*d）。比如上例可以改為： __asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (foo))，__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (0x1000))或__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (va*vb/vc))。

引號(hào)號(hào)中的 部分是約束部分，和輸出表達(dá)式約束不同的是，它不允許指定加號(hào)(+)約束和等號(hào)(=)約束，也就是說(shuō)它只能是默認(rèn)的Read-Only的。約束中必須指定 一個(gè)寄存器約束，例中的字母a表示當(dāng)前輸入變量cpu->db7要通過(guò)寄存器eax輸入到當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編中。

我們看一個(gè)例子：

$ cat example4.c
int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
int cr0 = 5; 
__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"a" (cr0)); 
return 0; 
}
$ gcc -S example4.c
$ cat example4.s
main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
subl $4, %esp 
movl $5, -4(%ebp) # cr0 = 5 
movl -4(%ebp), %eax # %eax = cr0
#APP 
movl %eax, %cr0 
#NO_APP 
movl $0, %eax 
leave 
ret 

我們從編譯出的匯編代碼可以看到，在"Instruction List"之前，GCC按照我們的輸入約束"a"，將變量cr0的內(nèi)容裝入了eax寄存器。

3. Operation Constraint

每一個(gè)Input和Output表達(dá)式都必須指定自己的操作約束Operation Constraint，我們這里來(lái)討論在80386平臺(tái)上所可能使用的操作約束。

1、寄存器約束

當(dāng)你當(dāng)前的輸入或輸入需要借助一個(gè)寄存器時(shí)，你需要為其指定一個(gè)寄存器約束。你可以直接指定一個(gè)寄存器的名字，比如：

__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"eax" (cr0));

也可以指定一個(gè)縮寫，比如：

__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"a" (cr0));

如果你指定一個(gè)縮寫，比如字母a，則GCC將會(huì)根據(jù)當(dāng)前操作表達(dá)式中C/C++表達(dá)式的寬度決定使用%eax，還是%ax或%al。比如：

unsigned short __shrt;
__asm__ ("mov %0，%%bx" : : "a"(__shrt));

由于變量__shrt是16-bit short類型，則編譯出來(lái)的匯編代碼中，則會(huì)讓此變量使用%ex寄存器。編譯結(jié)果為：

movw -2(%ebp), %ax # %ax = __shrt
#APP
movl %ax, %bx
#NO_APP

無(wú)論是Input，還是Output操作表達(dá)式約束，都可以使用寄存器約束。

下表中列出了常用的寄存器約束的縮寫。

約束 Input/Output 意義

r I,O 表示使用一個(gè)通用寄存器，由GCC在%eax/%ax/%al, %ebx/%bx/%bl, %ecx/%cx/%cl, %edx/%dx/%dl中選取一個(gè)GCC認(rèn)為合適的。

q I,O 表示使用一個(gè)通用寄存器，和r的意義相同。 a I,O 表示使用%eax / %ax / %al b I,O 表示使用%ebx / %bx / %bl c I,O 表示使用%ecx / %cx / %cl d I,O 表示使用%edx / %dx / %dl D I,O 表示使用%edi / %di S I,O 表示使用%esi / %si f I,O 表示使用浮點(diǎn)寄存器 t I,O 表示使用第一個(gè)浮點(diǎn)寄存器 u I,O 表示使用第二個(gè)浮點(diǎn)寄存器

2、內(nèi)存約束

如果一個(gè)Input/Output操作表達(dá)式的C/C++表達(dá)式表現(xiàn)為一個(gè)內(nèi)存地址，不想借助于任何寄存器，則可以使用內(nèi)存約束。

比如：

__asm__ ("lidt %0" : "=m"(__idt_addr)); 或 __asm__ ("lidt %0" : :"m"(__idt_addr));

我們看一下它們分別被放在一個(gè)C源文件中，然后被GCC編譯后的結(jié)果：

$ cat example5.c

// 本例中，變量sh被作為一個(gè)內(nèi)存輸入

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
char* sh = (char*)&__argc; 
__asm__ __volatile__("lidt %0" : : "m" (sh)); 

return 0; 
} 
$ gcc -S example5.c

$ cat example5.s

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
subl $4, %esp 
leal 8(%ebp), %eax 
movl %eax, -4(%ebp) # sh = (char*) &__argc
#APP 
lidt -4(%ebp) 
#NO_APP 
movl $0, %eax 
leave 
ret 
$ cat example6.c

// 本例中，變量sh被作為一個(gè)內(nèi)存輸出

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
char* sh = (char*)&__argc; 
__asm__ __volatile__("lidt %0" : "=m" (sh)); 

return 0; 
} 
$ gcc -S example6.c
$ cat example6.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
leal 8(%ebp), %eax
movl %eax, -4(%ebp) # sh = (char*) &__argc
#APP
lidt -4(%ebp)
#NO_APP
movl $0, %eax
leave
ret

首先，你會(huì)注意到，在這兩個(gè)例子中，變量sh沒(méi)有借助任何寄存器，而是直接參與了指令lidt的操作。

其次，通過(guò)仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)驚人的事實(shí)，兩個(gè)例子編譯出來(lái)的匯編代碼是一樣的！雖然，一個(gè)例子中變量sh作為輸入，而另一個(gè)例子中變量sh作為輸出。這是怎么回事？

原來(lái)，使用內(nèi)存方式進(jìn)行輸入輸出時(shí)，由于不借助寄存器，所以GCC不會(huì)按照你的聲明對(duì)其作任何的輸入輸出處理。GCC只會(huì)直接拿來(lái)用，究竟對(duì)這個(gè)C/C++表達(dá)式而言是輸入還是輸出，完全依賴與你寫在"Instruction List"中的指令對(duì)其操作的指令。

由 于上例中，對(duì)其操作的指令為lidt，lidt指令的操作數(shù)是一個(gè)輸入型的操作數(shù)，所以事實(shí)上對(duì)變量sh的操作是一個(gè)輸入操作，即使你把它放在 Output域也不會(huì)改變這一點(diǎn)。所以，對(duì)此例而言，完全符合語(yǔ)意的寫法應(yīng)該是將sh放在Input域，盡管放在Output域也會(huì)有正確的執(zhí)行結(jié)果。

所 以，對(duì)于內(nèi)存約束類型的操作表達(dá)式而言，放在Input域還是放在Output域，對(duì)編譯結(jié)果是沒(méi)有任何影響的，因?yàn)楸緛?lái)我們將一個(gè)操作表達(dá)式放在 Input域或放在Output域是希望GCC能為我們自動(dòng)通過(guò)寄存器將表達(dá)式的值輸入或輸出。既然對(duì)于內(nèi)存約束類型的操作表達(dá)式來(lái)說(shuō)，GCC不會(huì)自動(dòng)為 它做任何事情，那么放在哪兒也就無(wú)所謂了。但從程序員的角度而言，為了增強(qiáng)代碼的可讀性，最好能夠把它放在符合實(shí)際情況的地方。

約束 Input/Output 意義 m I,O 表示使用系統(tǒng)所支持的任何一種內(nèi)存方式，不需要借助寄存器

3、立即數(shù)約束

如果一個(gè)Input/Output操作表達(dá)式的C/C++表達(dá)式是一個(gè)數(shù)字常數(shù)，不想借助于任何寄存器，則可以使用立即數(shù)約束。

由于立即數(shù)在C/C++中只能作為右值，所以對(duì)于使用立即數(shù)約束的表達(dá)式而言，只能放在Input域。

比如：__asm__ __volatile__("movl %0, %%eax" : : "i" (100) );

立即數(shù)約束很簡(jiǎn)單，也很容易理解，我們?cè)谶@里就不再贅述。

約束 Input/Output 意義 i I 表示輸入表達(dá)式是一個(gè)立即數(shù)(整數(shù))，不需要借助任何寄存器 F I 表示輸入表達(dá)式是一個(gè)立即數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))，不需要借助任何寄存器

4、通用約束

約束 Input/Output 意義 g I,O 表示可以使用通用寄存器，內(nèi)存，立即數(shù)等任何一種處理方式。 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 I 表示和第n個(gè)操作表達(dá)式使用相同的寄存器/內(nèi)存。

通 用約束g是一個(gè)非常靈活的約束，當(dāng)程序員認(rèn)為一個(gè)C/C++表達(dá)式在實(shí)際的操作中，究竟使用寄存器方式，還是使用內(nèi)存方式或立即數(shù)方式并無(wú)所謂時(shí)，或者程 序員想實(shí)現(xiàn)一個(gè)靈活的模板，讓GCC可以根據(jù)不同的C/C++表達(dá)式生成不同的訪問(wèn)方式時(shí)，就可以使用通用約束g。比如：

#define JUST_MOV(foo) __asm__ ("movl %0, %%eax" : : "g"(foo))
JUST_MOV(100)和JUST_MOV(var)則會(huì)讓編譯器產(chǎn)生不同的代碼。
int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
JUST_MOV(100); 
return 0; 
} 

編譯后生成的代碼為：

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
#APP 
movl $100, %eax 
#NO_APP 
movl $0, %eax 
popl %ebp 
ret

很明顯這是立即數(shù)方式。而下一個(gè)例子：

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
JUST_MOV(__argc); 

return 0; 
} 

經(jīng)編譯后生成的代碼為：

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
#APP 
movl 8(%ebp), %eax 
#NO_APP 
movl $0, %eax 
popl %ebp 
ret 

這個(gè)例子是使用內(nèi)存方式。

一個(gè)帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編，其操作表達(dá)式被按照被列出的順序編號(hào)，第一個(gè)是0，第2個(gè)是1，依次類推，GCC最多允許有10個(gè)操作表達(dá)式。比如：

__asm__ ("popl %0 \n\t"
"movl %1, %%esi \n\t"
"movl %2, %%edi \n\t"
: "=a"(__out)
: "r" (__in1), "r" (__in2));

此例中，__out所在的Output操作表達(dá)式被編號(hào)為0，"r"(__in1)被編號(hào)為1，"r"(__in2)被編號(hào)為2。

再如：

__asm__ ("movl %%eax, %%ebx" : : "a"(__in1), "b"(__in2));

此例中，"a"(__in1)被編號(hào)為0，"b"(__in2)被編號(hào)為1。

如 果某個(gè)Input操作表達(dá)式使用數(shù)字0到9中的一個(gè)數(shù)字（假設(shè)為1）作為它的操作約束，則等于向GCC聲明：“我要使用和編號(hào)為1的Output操作表達(dá) 式相同的寄存器（如果Output操作表達(dá)式1使用的是寄存器），或相同的內(nèi)存地址（如果Output操作表達(dá)式1使用的是內(nèi)存）”。上面的描述包含兩個(gè) 限定：數(shù)字0到數(shù)字9作為操作約束只能用在Input操作表達(dá)式中，被指定的操作表達(dá)式（比如某個(gè)Input操作表達(dá)式使用數(shù)字1作為約束，那么被指定的 就是編號(hào)為1的操作表達(dá)式）只能是Output操作表達(dá)式。

由于GCC規(guī)定最多只能有10個(gè)Input/Output操作表達(dá)式，所以事 實(shí)上數(shù)字9作為操作約束永遠(yuǎn)也用不到，因?yàn)镺utput操作表達(dá)式排在Input操作表達(dá)式的前面，那么如果有一個(gè)Input操作表達(dá)式指定了數(shù)字9作為 操作約束的話，那么說(shuō)明Output操作表達(dá)式的數(shù)量已經(jīng)至少為10個(gè)了，那么再加上這個(gè)Input操作表達(dá)式，則至少為11個(gè)了，以及超出GCC的限 制。

5、Modifier Characters（修飾符）

等號(hào)(=)和加號(hào)(+)用于對(duì)Output操作表達(dá)式的修 飾，一個(gè)Output操作表達(dá)式要么被等號(hào)(=)修飾，要么被加號(hào)(+)修飾，二者必居其一。使用等號(hào)(=)說(shuō)明此Output操作表達(dá)式是Write- Only的，使用加號(hào)(+)說(shuō)明此Output操作表達(dá)式是Read-Write的。它們必須被放在約束字符串的第一個(gè)字母。比如"a="(foo)是非 法的，而"+g"(foo)則是合法的。

當(dāng)使用加號(hào)(+)的時(shí)候，此Output表達(dá)式等價(jià)于使用等號(hào)(=)約束加上一個(gè)Input表達(dá)式。比如

__asm__ ("movl %0, %%eax; addl %%eax, %0" : "+b"(foo)) 等價(jià)于
__asm__ ("movl %1, %%eax; addl %%eax, %0" : "=b"(foo) : "b"(foo))

但如果使用后一種寫法，"Instruction List"中的別名也要相應(yīng)的改動(dòng)。關(guān)于別名，我們后面會(huì)討論。

像 等號(hào)(=)和加號(hào)(+)修飾符一樣，符號(hào)(&)也只能用于對(duì)Output操作表達(dá)式的修飾。當(dāng)使用它進(jìn)行修飾時(shí)，等于向GCC聲明："GCC不得 為任何Input操作表達(dá)式分配與此Output操作表達(dá)式相同的寄存器"。其原因是&修飾符意味著被其修飾的Output操作表達(dá)式要在所有的 Input操作表達(dá)式被輸入前輸出。我們看下面這個(gè)例子：

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
int __in1 = 8, __in2 = 4, __out = 3; 

__asm__ ("popl %0 \n\t"
"movl %1, %%esi \n\t"
"movl %2, %%edi \n\t"
: "=a"(__out)
: "r" (__in1), "r" (__in2));

return 0; 
} 

此 例中，%0對(duì)應(yīng)的就是Output操作表達(dá)式，它被指定的寄存器是%eax，整個(gè)Instruction List的第一條指令popl %0，編譯后就成為popl %eax，這時(shí)%eax的內(nèi)容已經(jīng)被修改，隨后在Instruction List后，GCC會(huì)通過(guò)movl %eax, address_of_out這條指令將%eax的內(nèi)容放置到Output變量__out中。對(duì)于本例中的兩個(gè)Input操作表達(dá)式而言，它們的寄存器約 束為"r"，即要求GCC為其指定合適的寄存器，然后在Instruction List之前將__in1和__in2的內(nèi)容放入被選出的寄存器中，如果它們中的一個(gè)選擇了已經(jīng)被__out指定的寄存器%eax，假如是__in1，那 么GCC在Instruction List之前會(huì)插入指令movl address_of_in1, %eax，那么隨后popl %eax指令就修改了%eax的值，此時(shí)%eax中存放的已經(jīng)不是Input變量__in1的值了，那么隨后的movl %1, %%esi指令，將不會(huì)按照我們的本意——即將__in1的值放入%esi中——而是將__out的值放入%esi中了。

下面就是本例的編譯結(jié)果，很明顯，GCC為__in2選擇了和__out相同的寄存器%eax，這與我們的初衷不符。

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
subl $12, %esp 
movl $8, -4(%ebp) 
movl $4, -8(%ebp) 
movl $3, -12(%ebp) 
movl -4(%ebp), %edx # __in1使用寄存器%edx
movl -8(%ebp), %eax # __in2使用寄存器%eax
#APP 
popl %eax 
movl %edx, %esi 
movl %eax, %edi 

#NO_APP 
movl %eax, %eax 
movl %eax, -12(%ebp) # __out使用寄存器%eax
movl $0, %eax 
leave 
ret 

為 了避免這種情況，我們必須向GCC聲明這一點(diǎn)，要求GCC為所有的Input操作表達(dá)式指定別的寄存器，方法就是在Output操作表達(dá)式"=a" (__out)的操作約束中加入&約束，由于GCC規(guī)定等號(hào)(=)約束必須放在第一個(gè)，所以我們寫作"=&a"(__out)。

下面是我們將&約束加入之后編譯的結(jié)果：

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
subl $12, %esp 
movl $8, -4(%ebp) 
movl $4, -8(%ebp) 
movl $3, -12(%ebp) 
movl -4(%ebp), %edx #__in1使用寄存器%edx
movl -8(%ebp), %eax 
movl %eax, %ecx # __in2使用寄存器%ecx
#APP 
popl %eax 
movl %edx, %esi 
movl %ecx, %edi 

#NO_APP 
movl %eax, %eax 
movl %eax, -12(%ebp) #__out使用寄存器%eax
movl $0, %eax 
leave 
ret 

OK！這下好了，完全與我們的意圖吻合。

如 果一個(gè)Output操作表達(dá)式的寄存器約束被指定為某個(gè)寄存器，只有當(dāng)至少存在一個(gè)Input操作表達(dá)式的寄存器約束為可選約束時(shí)，（可選約束的意思是可 以從多個(gè)寄存器中選取一個(gè)，或使用非寄存器方式），比如"r"或"g"時(shí)，此Output操作表達(dá)式使用&修飾才有意義。如果你為所有的 Input操作表達(dá)式指定了固定的寄存器，或使用內(nèi)存/立即數(shù)約束，則此Output操作表達(dá)式使用&修飾沒(méi)有任何意義。比如：

__asm__ ("popl %0 \n\t" 
"movl %1, %%esi \n\t" 
"movl %2, %%edi \n\t" 
: "=&a"(__out) 
: "m" (__in1), "c" (__in2)); 

此例中的Output操作表達(dá)式完全沒(méi)有必要使用&來(lái)修飾，因?yàn)開_in1和__in2都被指定了固定的寄存器，或使用了內(nèi)存方式，GCC無(wú)從選擇。

但如果你已經(jīng)為某個(gè)Output操作表達(dá)式指定了&修飾，并指定了某個(gè)固定的寄存器，你就不能再為任何Input操作表達(dá)式指定這個(gè)寄存器，否則會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。比如：

__asm__ ("popl %0 \n\t" 


"movl %1, %%esi \n\t" 
"movl %2, %%edi \n\t" 
: "=&a"(__out) 
: "a" (__in1), "c" (__in2)); 

本例中，由于__out已經(jīng)指定了寄存器%eax，同時(shí)使用了符號(hào)&修飾，則再為__in1指定寄存器%eax就是非法的。

反過(guò)來(lái)，你也可以為Output指定可選約束，比如"r","g"等，讓GCC為其選擇到底使用哪個(gè)寄存器，還是使用內(nèi)存方式，GCC在選擇的時(shí)候，會(huì)首先排除掉已經(jīng)被Input操作表達(dá)式使用的所有寄存器，然后在剩下的寄存器中選擇，或干脆使用內(nèi)存方式。比如：

__asm__ ("popl %0 \n\t" 
"movl %1, %%esi \n\t" 
"movl %2, %%edi \n\t" 
: "=&r"(__out) 
: "a" (__in1), "c" (__in2)); 

本例中，由于__out指定了約束"r"，即讓GCC為其決定使用哪一格寄存器，而寄存器%eax和%ecx已經(jīng)被__in1和__in2使用，那么GCC在為__out選擇的時(shí)候，只會(huì)在%ebx和%edx中選擇。

前3 個(gè)修飾符只能用在Output操作表達(dá)式中，而百分號(hào)[%]修飾符恰恰相反，只能用在Input操作表達(dá)式中，用于向GCC聲明：“當(dāng)前Input操作表 達(dá)式中的C/C++表達(dá)式可以和下一個(gè)Input操作表達(dá)式中的C/C++表達(dá)式互換”。這個(gè)修飾符號(hào)一般用于符合交換律運(yùn)算，比如加(+)，乘(*)， 與(&)，或(|)等等。我們看一個(gè)例子：

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
int __in1 = 8, __in2 = 4, __out = 3; 

__asm__ ("addl %1, %0\n\t" 
: "=r"(__out) 
: "%r" (__in1), "0" (__in2)); 

return 0; 
}

在 此例中，由于指令是一個(gè)加法運(yùn)算，相當(dāng)于等式__out = __in1 + __in2，而它與等式__out = __in2 + __in1沒(méi)有什么不同。所以使用百分號(hào)修飾，讓GCC知道__in1和__in2可以互換，也就是說(shuō)GCC可以自動(dòng)將本例的內(nèi)聯(lián)匯編改變?yōu)椋?/p>

__asm__ ("addl %1, %0\n\t"
: "=r"(__out)
: "%r" (__in2), "0" (__in1)); 

修飾符 Input/Output 意義 = O 表示此Output操作表達(dá)式是Write-Only的 + O 表示此Output操作表達(dá)式是Read-Write的 & O 表示此Output操作表達(dá)式獨(dú)占為其指定的寄存器 % I 表示此Input操作表達(dá)式中的C/C++表達(dá)式可以和下一個(gè)Input操作表達(dá)式中的C/C++表達(dá)式互換

4. 占位符

什么叫占位符？我們看一看下面這個(gè)例子：

__asm__ ("addl %1, %0\n\t"


: "=a"(__out)
: "m" (__in1), "a" (__in2));

這 個(gè)例子中的%0和%1就是占位符。每一個(gè)占位符對(duì)應(yīng)一個(gè)Input/Output操作表達(dá)式。我們?cè)谥耙呀?jīng)提到，GCC規(guī)定一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句最多可以有 10個(gè)Input/Output操作表達(dá)式，然后按照它們被列出的順序依次賦予編號(hào)0到9。對(duì)于占位符中的數(shù)字而言，和這些編號(hào)是對(duì)應(yīng)的。

由于占位符前面使用一個(gè)百分號(hào)(%)，為了區(qū)別占位符和寄存器，GCC規(guī)定在帶有C/C++表達(dá)式的內(nèi)聯(lián)匯編中，"Instruction List"中直接寫出的寄存器前必須使用兩個(gè)百分號(hào)(%%)。

GCC 對(duì)其進(jìn)行編譯的時(shí)候，會(huì)將每一個(gè)占位符替換為對(duì)應(yīng)的Input/Output操作表達(dá)式所指定的寄存器/內(nèi)存地址/立即數(shù)。比如在上例中，占位符%0對(duì)應(yīng) Output操作表達(dá)式"=a"(__out)，而"=a"(__out)指定的寄存器為%eax，所以把占位符%0替換為%eax，占位符%1對(duì)應(yīng) Input操作表達(dá)式"m"(__in1)，而"m"(__in1)被指定為內(nèi)存操作，所以把占位符%1替換為變量__in1的內(nèi)存地址。

也許有人認(rèn)為，在上面這個(gè)例子中，完全可以不使用%0，而是直接寫%%eax，就像這樣：

__asm__ ("addl %1, %%eax\n\t"
: "=a"(__out)
: "m" (__in1), "a" (__in2));

和 上面使用占位符%0沒(méi)有什么不同，那么使用占位符%0就沒(méi)有什么意義。確實(shí)，兩者生成的代碼完全相同，但這并不意味著這種情況下占位符沒(méi)有意義。因?yàn)槿绻?不使用占位符，那么當(dāng)有一天你想把變量__out的寄存器約束由a改為b時(shí)，那么你也必須將addl指令中的%%eax改為%%ebx，也就是說(shuō)你需要同 時(shí)修改兩個(gè)地方，而如果你使用占位符，你只需要修改一次就夠了。另外，如果你不使用占位符，將不利于代碼的清晰性。在上例中，如果你使用占位符，那么你一 眼就可以得知，addl指令的第二個(gè)操作數(shù)內(nèi)容最終會(huì)輸出到變量__out中；否則，如果你不用占位符，而是直接將addl指令的第2個(gè)操作數(shù)寫為%% eax，那么你需要考慮一下才知道它最終需要輸出到變量__out中。這是占位符最粗淺的意義。畢竟在這種情況下，你完全可以不用。

但對(duì)于這些情況來(lái)說(shuō)，不用占位符就完全不行了：

首 先，我們看一看上例中的第1個(gè)Input操作表達(dá)式"m"(__in1)，它被GCC替換之后，表現(xiàn)為addl address_of_in1, %%eax，__in1的地址是什么？編譯時(shí)才知道。所以我們完全無(wú)法直接在指令中去寫出__in1的地址，這時(shí)使用占位符，交給GCC在編譯時(shí)進(jìn)行替 代，就可以解決這個(gè)問(wèn)題。所以這種情況下，我們必須使用占位符。

其次，如果上例中的Output操作表達(dá)式"=a"(__out)改為" =r"(__out)，那么__out在究竟使用那么寄存器只有到編譯時(shí)才能通過(guò)GCC來(lái)決定，既然在我們寫代碼的時(shí)候，我們不知道究竟哪個(gè)寄存器被選 擇，我們也就不能直接在指令中寫出寄存器的名稱，而只能通過(guò)占位符替代來(lái)解決。

5. Clobber/Modify

有時(shí)候，你想通知GCC當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句可能會(huì)對(duì)某些寄存器或內(nèi)存進(jìn)行修改，希望GCC在編譯時(shí)能夠?qū)⑦@一點(diǎn)考慮進(jìn)去。那么你就可以在Clobber/Modify域聲明這些寄存器或內(nèi)存。

這 種情況一般發(fā)生在一個(gè)寄存器出現(xiàn)在"Instruction List"，但卻不是由Input/Output操作表達(dá)式所指定的，也不是在一些Input/Output操作表達(dá)式使用"r","g"約束時(shí)由GCC 為其選擇的，同時(shí)此寄存器被"Instruction List"中的指令修改，而這個(gè)寄存器只是供當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編臨時(shí)使用的情況。比如：

__asm__ ("movl %0, %%ebx" : : "a"(__foo) : "bx");

寄存器%ebx出現(xiàn)在"Instruction List中"，并且被movl指令修改，但卻未被任何Input/Output操作表達(dá)式指定，所以你需要在Clobber/Modify域指定"bx"，以讓GCC知道這一點(diǎn)。

因 為你在Input/Output操作表達(dá)式所指定的寄存器，或當(dāng)你為一些Input/Output操作表達(dá)式使用"r","g"約束，讓GCC為你選擇一 個(gè)寄存器時(shí)，GCC對(duì)這些寄存器是非常清楚的——它知道這些寄存器是被修改的，你根本不需要在Clobber/Modify域再聲明它們。但除此之外， GCC對(duì)剩下的寄存器中哪些會(huì)被當(dāng)前的內(nèi)聯(lián)匯編修改一無(wú)所知。所以如果你真的在當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編指令中修改了它們，那么就最好在Clobber/Modify 中聲明它們，讓GCC針對(duì)這些寄存器做相應(yīng)的處理。否則有可能會(huì)造成寄存器的不一致，從而造成程序執(zhí)行錯(cuò)誤。

在Clobber/Modify域中指定這些寄存器的方法很簡(jiǎn)單，你只需要將寄存器的名字使用雙引號(hào)(" ")引起來(lái)。如果有多個(gè)寄存器需要聲明，你需要在任意兩個(gè)聲明之間用逗號(hào)隔開。比如：

__asm__ ("movl %0, %%ebx; popl %%ecx" : : "a"(__foo) : "bx", "cx" );

這些串包括：

聲明的串 代表的寄存器

"al","ax","eax" %eax 
"bl","bx","ebx" %ebx 
"cl","cx","ecx" %ecx 
"dl","dx","edx" %edx 
"si","esi" %esi 
"di", "edi" %edi 

由上表可以看出，你只需要使用"ax","bx","cx","dx","si","di"就可以了，因?yàn)槠渌亩己退鼈冎械囊粋€(gè)是等價(jià)的。

如 果你在一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的Clobber/Modify域向GCC聲明某個(gè)寄存器內(nèi)容發(fā)生了改變，GCC在編譯時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)這個(gè)被聲明的寄存器的內(nèi)容在此 內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句之后還要繼續(xù)使用，那么GCC會(huì)首先將此寄存器的內(nèi)容保存起來(lái)，然后在此內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的相關(guān)生成代碼之后，再將其內(nèi)容恢復(fù)。我們來(lái)看兩個(gè)例 子，然后對(duì)比一下它們之間的區(qū)別。

這個(gè)例子中聲明了寄存器%ebx內(nèi)容發(fā)生了改變：

$ cat example7.c

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
int in = 8; 

__asm__ ("addl %0, %%ebx" 
: /* no output */ 
: "a" (in) : "bx"); 

return 0; 
}

$ gcc -O -S example7.c

$ cat example7.s

main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
pushl %ebx # %ebx內(nèi)容被保存 
movl $8, %eax
#APP
addl %eax, %ebx
#NO_APP
movl $0, %eax
movl (%esp), %ebx # %ebx內(nèi)容被恢復(fù)
leave
ret

下面這個(gè)例子的C源碼與上一個(gè)例子除了沒(méi)有聲明%ebx寄存器發(fā)生了改變之外，其它都相同。

$ cat example8.c

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
int in = 8; 

__asm__ ("addl %0, %%ebx" 
: /* no output */ 
: "a" (in) ); 

return 0; 
}

$ gcc -O -S example8.c

$ cat example8.s

main: 
pushl %ebp 
movl %esp, %ebp 
movl $8, %eax 
#APP 
addl %eax, %ebx 
#NO_APP 
movl $0, %eax 
popl %ebp 
ret

仔細(xì)對(duì)比一下example7.s和example8.s，你就會(huì)明白在Clobber/Modify域聲明一個(gè)寄存器的意義。

另 外需要注意的是，如果你在Clobber/Modify域聲明了一個(gè)寄存器，那么這個(gè)寄存器將不能再被用做當(dāng)前內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的Input/Output操 作表達(dá)式的寄存器約束，如果Input/Output操作表達(dá)式的寄存器約束被指定為"r"或"g"，GCC也不會(huì)選擇已經(jīng)被聲明在 Clobber/Modify中的寄存器。比如：

__asm__ ("movl %0, %%ebx" : : "a"(__foo) : "ax", "bx");

此例中，由于Output操作表達(dá)式"a"(__foo)的寄存器約束已經(jīng)指定了%eax寄存器，那么再在Clobber/Modify域中指定"ax"就是非法的。編譯時(shí)，GCC會(huì)給出編譯錯(cuò)誤。

除 了寄存器的內(nèi)容會(huì)被改變，內(nèi)存的內(nèi)容也可以被修改。如果一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句"Instruction List"中的指令對(duì)內(nèi)存進(jìn)行了修改，或者在此內(nèi)聯(lián)匯編出現(xiàn)的地方內(nèi)存內(nèi)容可能發(fā)生改變，而被改變的內(nèi)存地址你沒(méi)有在其Output操作表達(dá)式使用"m" 約束，這種情況下你需要使用在Clobber/Modify域使用字符串"memory"向GCC聲明：“在這里，內(nèi)存發(fā)生了，或可能發(fā)生了改變”。例 如：

void * memset(void * s, char c, size_t count)
{
__asm__("cld\n\t"
"rep\n\t"
"stosb"
: /* no output */
: "a" (c),"D" (s),"c" (count)
: "cx","di","memory");
return s;
}

此 例實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)memset，其內(nèi)聯(lián)匯編中的stosb對(duì)內(nèi)存進(jìn)行了改動(dòng)，而其被修改的內(nèi)存地址s被指定裝入%edi，沒(méi)有任何Output操作表達(dá) 式使用了"m"約束，以指定內(nèi)存地址s處的內(nèi)容發(fā)生了改變。所以在其Clobber/Modify域使用"memory"向GCC聲明：內(nèi)存內(nèi)容發(fā)生了變 動(dòng)。

如果一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句的Clobber/Modify域存在"memory"，那么GCC會(huì)保證在此內(nèi)聯(lián)匯編之前，如果某個(gè)內(nèi)存的內(nèi) 容被裝入了寄存器，那么在這個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編之后，如果需要使用這個(gè)內(nèi)存處的內(nèi)容，就會(huì)直接到這個(gè)內(nèi)存處重新讀取，而不是使用被存放在寄存器中的拷貝。因?yàn)檫@個(gè) 時(shí)候寄存器中的拷貝已經(jīng)很可能和內(nèi)存處的內(nèi)容不一致了。

這只是使用"memory"時(shí)，GCC會(huì)保證做到的一點(diǎn)，但這并不是全部。因?yàn)槭褂?memory"是向GCC聲明內(nèi)存發(fā)生了變化，而內(nèi)存發(fā)生變化帶來(lái)的影響并不止這一點(diǎn)。比如我們?cè)谇懊嬷v到的例子：

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
int* __p = (int*)__argc; 

(*__p) = 9999; 

__asm__("":::"memory"); 

if((*__p) == 9999) 
return 5; 

return (*__p); 
}

本 例中，如果沒(méi)有那條內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句，那個(gè)if語(yǔ)句的判斷條件就完全是一句廢話。GCC在優(yōu)化時(shí)會(huì)意識(shí)到這一點(diǎn)，而直接只生成return 5的匯編代碼，而不會(huì)再生成if語(yǔ)句的相關(guān)代碼，而不會(huì)生成return (*__p)的相關(guān)代碼。但你加上了這條內(nèi)聯(lián)匯編語(yǔ)句，它除了聲明內(nèi)存變化之外，什么都沒(méi)有做。但GCC此時(shí)就不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為它不需要判斷都知道 (*__p)一定與9999相等，它只有老老實(shí)實(shí)生成這條if語(yǔ)句的匯編代碼，一起相關(guān)的兩個(gè)return語(yǔ)句相關(guān)代碼。

當(dāng)一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編 指令中包含影響eflags寄存器中的條件標(biāo)志（也就是那些Jxx等跳轉(zhuǎn)指令要參考的標(biāo)志位，比如，進(jìn)位標(biāo)志，0標(biāo)志等），那么需要在 Clobber/Modify域中使用"cc"來(lái)聲明這一點(diǎn)。這些指令包括adc, div，popfl，btr，bts等等，另外，當(dāng)包含call指令時(shí)，由于你不知道你所call的函數(shù)是否會(huì)修改條件標(biāo)志，為了穩(wěn)妥起見，最好也使用 "cc"。

我很少在相關(guān)資料中看到有關(guān)"cc"的確切用法，只有一份文檔提到了它，但還不是i386平臺(tái)的，只是說(shuō)"cc"是處理器平臺(tái) 相關(guān)的，并非所有的平臺(tái)都支持它，但即使在不支持它的平臺(tái)上，使用它也不會(huì)造成編譯錯(cuò)誤。我做了一些實(shí)驗(yàn)，但發(fā)現(xiàn)使用"cc"和不使用"cc"所生成的代 碼沒(méi)有任何不同。但Linux 2.4的相關(guān)代碼中用到了它。如果誰(shuí)知道在i386平臺(tái)上"cc"的細(xì)節(jié)，請(qǐng)和我聯(lián)系。

另外，還可以在 Clobber/Modify域指定數(shù)字0到9，以聲明第n個(gè)Input/Output操作表達(dá)式所使用的寄存器發(fā)生了變化，但正如我們?cè)谇懊嫠岬降模?如果你為某個(gè)Input/Output操作表達(dá)式指定了寄存器，或使用"g","r"等約束讓GCC為其選擇寄存器，GCC已經(jīng)知道哪個(gè)寄存器內(nèi)容發(fā)生了 變化，所以這么做沒(méi)有什么意義；我也作了相關(guān)的試驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)使用它會(huì)對(duì)GCC生成的匯編代碼有任何影響，至少在i386平臺(tái)上是這樣。Linux 2.4的所有i386平臺(tái)相關(guān)內(nèi)聯(lián)匯編代碼中都沒(méi)有使用這一點(diǎn)，但S390平臺(tái)相關(guān)代碼中有用到，但由于我對(duì)S390匯編沒(méi)有任何概念，所以，也不知道這 么做的意義何在。

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的C語(yǔ)言ASM匯編內(nèi)嵌語(yǔ)法詳解，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問(wèn)請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！
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