C語言ASM彙編內嵌語法【轉】

轉自： http://www.cnblogs.com/latifrons/archive/2009/09/17/1568198.html

GCC 支持在C/C++代碼中嵌入彙編代碼，這些彙編代碼被稱做GCC Inline ASM——GCC內聯彙編。這是一個很是有用的功能，有利於咱們將一些C/C++語法沒法表達的指令直接潛入C/C++代碼中，另外也容許咱們直接寫 C/C++代碼中使用匯編編寫簡潔高效的代碼。

1.基本內聯彙編

GCC中基本的內聯彙編很是易懂，咱們先來看兩個簡單的例子：

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

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" \
);

基本內聯彙編的格式是

__asm__ __volatile__("Instruction List");


一、__asm__

__asm__是GCC關鍵字asm的宏定義：

#define __asm__ asm

__asm__或asm用來聲明一個內聯彙編表達式，因此任何一個內聯彙編表達式都是以它開頭的，是必不可少的。

二、Instruction List

Instruction List是彙編指令序列。它能夠是空的，好比：__asm__ __volatile__(""); 或__asm__ ("");都是徹底合法的內聯彙編表達式，只不過這兩條語句沒有什麼意義。但並不是全部Instruction List爲空的內聯彙編表達式都是沒有意義的，好比：__asm__ ("":::"memory"); 就很是有意義，它向GCC聲明：「我對內存做了改動」，GCC在編譯的時候，會將此因素考慮進去。

咱們看一看下面這個例子：

$ 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，那條內聯彙編是被註釋掉的。在這條內聯彙編以前，內存指針__p所指向的內存被賦值爲9999，隨即在內聯彙編以後，一條if語句判斷__p 所指向的內存與9999是否相等。很明顯，它們是相等的。GCC在優化編譯的時候可以很聰明的發現這一點。咱們使用下面的命令行對其進行編譯：

$ gcc -O -S example1.c

選項-O表示優化編譯，咱們還能夠指定優化等級，好比-O2表示優化等級爲2；選項-S表示將C/C++源文件編譯爲彙編文件，文件名和C/C++文件同樣，只不過擴展名由.c變爲.s。

咱們來查看一下被放在example1.s中的編譯結果，咱們這裏僅僅列出了使用gcc 2.96在redhat 7.3上編譯後的相關函數部分彙編代碼。爲了保持清晰性，無關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源碼和編譯出的彙編代碼，咱們會發現彙編代碼中，沒有if語句相關的代碼，而是在賦值語句(*__p)=9999後直接return 5；這是由於GCC認爲在(*__p)被賦值以後，在if語句以前沒有任何改變(*__p)內容的操做，因此那條if語句的判斷條件(*__p) == 9999確定是爲true的，因此GCC就再也不生成相關代碼，而是直接根據爲true的條件生成return 5的彙編代碼（GCC使用eax做爲保存返回值的寄存器）。

咱們如今將example1.c中內聯彙編的註釋去掉，從新編譯，而後看一下相關的編譯結果。

$ 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

因爲內聯彙編語句__asm__("":::"memory")向GCC聲明，在此內聯彙編語句出現的位置內存內容可能了改變，因此GCC在編譯時就不能像剛纔那樣處理。此次，GCC老老實實的將if語句生成了彙編代碼。

可能有人會質疑：爲何要使用__asm__("":::"memory")向GCC聲明內存發生了變化？明明「Instruction List」是空的，沒有任何對內存的操做，這樣作只會增長GCC生成彙編代碼的數量。

確 實，那條內聯彙編語句沒有對內存做任何操做，事實上它確實什麼都沒有作。但影響內存內容的不只僅是你當前正在運行的程序。好比，若是你如今正在操做的內存 是一塊內存映射，映射的內容是外圍I/O設備寄存器。那麼操做這塊內存的就不只僅是當前的程序，I/O設備也會去操做這塊內存。既然二者都會去操做同一塊 內存，那麼任何一方在任什麼時候候都不能對這塊內存的內容想固然。因此當你使用高級語言C/C++寫這類程序的時候，你必須讓編譯器也可以明白這一點，畢竟高 級語言最終要被編譯爲彙編代碼。

你可能已經注意到了，此次輸出的彙編結果中，有兩個符號：#APP和#NO_APP，GCC將內聯彙編語 句中"Instruction List"所列出的指令放在#APP和#NO_APP之間，因爲__asm__("":::"memory")中「Instruction List」爲空，因此#APP和#NO_APP中間也沒有任何內容。但咱們之後的例子會更加清楚的表現這一點。

關於爲何內聯彙編__asm__("":::"memory")是一條聲明內存改變的語句，咱們後面會詳細討論。

剛纔咱們花了大量的內容來討論"Instruction List"爲空是的狀況，但在實際的編程中，"Instruction List"絕大多數狀況下都不是空的。它能夠有1條或任意多條彙編指令。

當 在"Instruction List"中有多條指令的時候，你能夠在一對引號中列出所有指令，也能夠將一條或幾條指令放在一對引號中，全部指令放在多對引號中。若是是前者，你能夠將 每一條指令放在一行，若是要將多條指令放在一行，則必須用分號（；）或換行符（\n，大多數狀況下\n後還要跟一個\t，其中\n是爲了換行，\t是爲了 空出一個tab寬度的空格）將它們分開。好比：

__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。若是你將指令放在多對引號中，則除了最後一對引號以外，前面的全部引號裏的最後一條指令以後都要有一個分號(；)或(\n)或(\n\t)。好比：

__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。

上述原則能夠歸結爲：

任意兩個指令間要麼被分號(；)分開，要麼被放在兩行； 
放在兩行的方法既能夠從經過\n的方法來實現，也能夠真正的放在兩行； 
可使用1對或多對引號，每1對引號裏能夠聽任一多條指令，全部的指令都要被放到引號中。
在基本內聯彙編中，「Instruction List」的書寫的格式和你直接在彙編文件中寫非內聯彙編沒有什麼不一樣，你能夠在其中定義Label，定義對齊(.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內聯代碼經常使用的格式，很是整齊。也建議你們都使用這種格式來寫內聯彙編代碼。


三、__volatile__

__volatile__是GCC關鍵字volatile的宏定義：

#define __volatile__ volatile

__volatile__ 或volatile是可選的，你能夠用它也能夠不用它。若是你用了它，則是向GCC聲明「不要動我所寫的Instruction List，我須要原封不動的保留每一條指令」，不然當你使用了優化選項(-O)進行編譯時，GCC將會根據本身的判斷決定是否將這個內聯彙編表達式中的指 令優化掉。

那麼GCC判斷的原則是什麼？我不知道（若是有哪位朋友清楚的話，請告訴我）。我試驗了一下，發現一條內聯彙編語句若是是基本 內聯彙編的話（即只有「Instruction List」，沒有Input/Output/Clobber的內聯彙編，咱們後面將會討論這一點），不管你是否使用__volatile__來修飾， GCC 2.96在優化編譯時，都會原封不動的保留內聯彙編中的「Instruction List」。但或許個人試驗的例子並不充分，因此這一點並不可以獲得保證。

爲了保險起見，若是你不想讓GCC的優化影響你的內聯彙編代碼，你最好在前面都加上__volatile__，而不要依賴於編譯器的原則，由於即便你很是瞭解當前編譯器的優化原則，你也沒法保證這種原則未來不會發生變化。而__volatile__的含義倒是恆定的。

二、帶有C/C++表達式的內聯彙編

GCC容許你經過C/C++表達式指定內聯彙編中"Instrcuction List"中指令的輸入和輸出，你甚至能夠不關心到底使用哪一個寄存器被使用，徹底靠GCC來安排和指定。這一點可讓程序員避免去考慮有限的寄存器的使用，也能夠提升目標代碼的效率。

咱們先來看幾個例子：

__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));

怎麼樣，有點印象了吧，是否是也有點暈？不要緊，下面討論完以後你就不會再暈了。（固然，也有可能更暈^_^）。討論開始——

帶有C/C++表達式的內聯彙編格式爲：

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

從中咱們能夠看出它和基本內聯彙編的不一樣之處在於：它多了3個部分(Input，Output，Clobber/Modify)。在括號中的4個部分經過冒號(:)分開。

這4個部分都不是必須的，任何一個部分均可覺得空，其規則爲：

如 果Clobber/Modify爲空，則其前面的冒號(:)必須省略。好比__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。 
若是Instruction List爲空，則Input，Output，Clobber/Modify能夠不爲空，也能夠爲空。好比__asm__ ( " " : : : "memory" );和__asm__(" " : : );都是合法的寫法。 
如 果Output，Input，Clobber/Modify都爲空，Output，Input以前的冒號(:)既能夠省略，也能夠不省略。若是都省略，則 此彙編退化爲一個基本內聯彙編，不然，仍然是一個帶有C/C++表達式的內聯彙編，此時"Instruction List"中的寄存器寫法要遵照相關規定，好比寄存器前必須使用兩個百分號(%%)，而不是像基本彙編格式同樣在寄存器前只使用一個百分號(%)。好比 __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" )都是錯誤的寫法。 
若是Input，Clobber/Modify爲空，但Output不爲空，Input前的冒號(:)既能夠省略，也能夠不省略。好比 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : )；__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) )都是正確的。 
若是後面的部分不爲空，而前面的部分爲空，則前面的冒號(:)都必須保留，不然沒法說 明不爲空的部分到底是第幾部分。好比， Clobber/Modify，Output爲空，而Input不爲空，則Clobber/Modify前的冒號必須省略（前面的規則），而Output 前的冒號必須爲保留。若是Clobber/Modify不爲空，而Input和Output都爲空，則Input和Output前的冒號都必須保留。好比 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : "a"(foo) )和__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : : "ebx" )。
從上面的規則能夠看到另一個事實，區分一個內聯彙編是基本格式的仍是帶有C/C++表達式格式的，其規則在於在"Instruction List"後是否有冒號(:)的存在，若是沒有則是基本格式的，不然，則是帶有C/C++表達式格式的。

兩種格式對寄存器語法的要求不一樣：基本格式要求寄存器前只能使用一個百分號(%)，這一點和非內聯彙編相同；而帶有C/C++表達式格式則要求寄存器前必須使用兩個百分號(%%)，其緣由咱們會在後面討論。

1. Output

Output用來指定當前內聯彙編語句的輸出。咱們看一看這個例子：

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

這 個內聯彙編語句的輸出部分爲"=r"(cr0)，它是一個「操做表達式」，指定了一個輸出操做。咱們能夠很清楚得看到這個輸出操做由兩部分組成：括號括住 的部分(cr0)和引號引住的部分"=a"。這兩部分都是每個輸出操做必不可少的。括號括住的部分是一個C/C++表達式，用來保存內聯彙編的一個輸出 值，其操做就等於C/C++的相等賦值cr0 = output_value，所以，括號中的輸出表達式只能是C/C++的左值表達式，也就是說它只能是一個能夠合法的放在C/C++賦值操做中等號(=) 左邊的表達式。那麼右值output_value從何而來呢？

答案是引號中的內容，被稱做「操做約束」（Operation Constraint），在這個例子中操做約束爲"=a"，它包含兩個約束：等號(=)和字母a，其中等號(=)說明括號中左值表達式cr0是一個 Write-Only的，只可以被做爲當前內聯彙編的輸入，而不能做爲輸入。而字母a是寄存器EAX / AX / AL的簡寫，說明cr0的值要從eax寄存器中獲取，也就是說cr0 = eax，最終這一點被轉化成彙編指令就是movl %eax, address_of_cr0。如今你應該清楚了吧，操做約束中會給出：到底從哪一個寄存器傳遞值給cr0。

另外，須要特別說明的是，不少 文檔都聲明，全部輸出操做的操做約束必須包含一個等號(=)，但GCC的文檔中卻很清楚的聲明，並不是如此。由於等號(=)約束說明當前的表達式是一個 Write-Only的，但另外還有一個符號——加號(+)用來講明當前表達式是一個Read-Write的，若是一個操做約束中沒有給出這兩個符號中的 任何一個，則說明當前表達式是Read-Only的。由於對於輸出操做來講，確定是必須是可寫的，而等號(=)和加號(+)都表示可寫，只不過加號(+) 同時也表示是可讀的。因此對於一個輸出操做來講，其操做約束只須要有等號(=)或加號(+)中的任意一個就能夠了。

兩者的區別是：等號(=)表示當前操做表達式指定了一個純粹的輸出操做，而加號(+)則表示當前操做表達式不只僅只是一個輸出操做仍是一個輸入操做。但不管是等號(=)約束仍是加號(+)約束所約束的操做表達式都只能放在Output域中，而不能被用在Input域中。

另外，有些文檔聲明：儘管GCC文檔中提供了加號(+)約束，但在實際的編譯中通不過；我不知道老版本會怎麼樣，我在GCC 2.96中對加號(+)約束的使用很是正常。

咱們經過一個例子看一下，在一個輸出操做中使用等號(=)約束和加號(+)約束的不一樣。

$ cat example2.c

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

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

return 0; 
}

$ gcc -S example2.c

$ cat example2.s

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


這個例子是使用等號(=)約束的狀況，變量cr0被放在內存-4(%ebp)的位置，因此指令mov %eax, -4(%ebp)即表示將%eax的內容輸出到變量cr0中。

下面是使用加號(+)約束的狀況：

$ 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


從編譯的結果能夠看出，當使用加號(+)約束的時候，cr0不只做爲輸出，還做爲輸入，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。關於寄存器約束咱們後面討論。

在Output域中能夠有多個輸出操做表達式，多個操做表達式中間必須用逗號(,)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));



二、Input

Input域的內容用來指定當前內聯彙編語句的輸入。咱們看一看這個例子：

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

例中Input域的內容爲一個表達式"a"[cpu->db7)，被稱做「輸入表達式」，用來表示一個對當前內聯彙編的輸入。

像輸出表達式同樣，一個輸入表達式也分爲兩部分：帶括號的部分(cpu->db7)和帶引號的部分"a"。這兩部分對於一個內聯彙編輸入表達式來講也是必不可少的。

括 號中的表達式cpu->db7是一個C/C++語言的表達式，它沒必要是一個左值表達式，也就是說它不只能夠是放在C/C++賦值操做左邊的表達式， 還能夠是放在C/C++賦值操做右邊的表達式。因此它能夠是一個變量，一個數字，還能夠是一個複雜的表達式（好比a+b/c*d）。好比上例能夠改成： __asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (foo))，__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (0x1000))或__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (va*vb/vc))。

引號號中的 部分是約束部分，和輸出表達式約束不一樣的是，它不容許指定加號(+)約束和等號(=)約束，也就是說它只能是默認的Read-Only的。約束中必須指定 一個寄存器約束，例中的字母a表示當前輸入變量cpu->db7要經過寄存器eax輸入到當前內聯彙編中。

咱們看一個例子：

$ 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 


咱們從編譯出的彙編代碼能夠看到，在"Instruction List"以前，GCC按照咱們的輸入約束"a"，將變量cr0的內容裝入了eax寄存器。

3. Operation Constraint

每個Input和Output表達式都必須指定本身的操做約束Operation Constraint，咱們這裏來討論在80386平臺上所可能使用的操做約束。

一、寄存器約束

當你當前的輸入或輸入須要藉助一個寄存器時，你須要爲其指定一個寄存器約束。你能夠直接指定一個寄存器的名字，好比：

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

也能夠指定一個縮寫，好比：

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

若是你指定一個縮寫，好比字母a，則GCC將會根據當前操做表達式中C/C++表達式的寬度決定使用%eax，仍是%ax或%al。好比：

unsigned short __shrt;

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

因爲變量__shrt是16-bit short類型，則編譯出來的彙編代碼中，則會讓此變量使用%ex寄存器。編譯結果爲：

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

不管是Input，仍是Output操做表達式約束，均可以使用寄存器約束。

下表中列出了經常使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GCC認爲合適的。 
q I,O 表示使用一個通用寄存器，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 表示使用浮點寄存器 
t I,O 表示使用第一個浮點寄存器 
u I,O 表示使用第二個浮點寄存器 


二、內存約束 
若是一個Input/Output操做表達式的C/C++表達式表現爲一個內存地址，不想借助於任何寄存器，則可使用內存約束。好比：

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

咱們看一下它們分別被放在一個C源文件中，而後被GCC編譯後的結果：

$ cat example5.c

// 本例中，變量sh被做爲一個內存輸入

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被做爲一個內存輸出

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，你會注意到，在這兩個例子中，變量sh沒有藉助任何寄存器，而是直接參與了指令lidt的操做。

其次，經過仔細觀察，你會發現一個驚人的事實，兩個例子編譯出來的彙編代碼是同樣的！雖然，一個例子中變量sh做爲輸入，而另外一個例子中變量sh做爲輸出。這是怎麼回事？

原來，使用內存方式進行輸入輸出時，因爲不借助寄存器，因此GCC不會按照你的聲明對其做任何的輸入輸出處理。GCC只會直接拿來用，究竟對這個C/C++表達式而言是輸入仍是輸出，徹底依賴與你寫在"Instruction List"中的指令對其操做的指令。

由 於上例中，對其操做的指令爲lidt，lidt指令的操做數是一個輸入型的操做數，因此事實上對變量sh的操做是一個輸入操做，即便你把它放在 Output域也不會改變這一點。因此，對此例而言，徹底符合語意的寫法應該是將sh放在Input域，儘管放在Output域也會有正確的執行結果。

所 以，對於內存約束類型的操做表達式而言，放在Input域仍是放在Output域，對編譯結果是沒有任何影響的，由於原本咱們將一個操做表達式放在 Input域或放在Output域是但願GCC能爲咱們自動經過寄存器將表達式的值輸入或輸出。既然對於內存約束類型的操做表達式來講，GCC不會自動爲 它作任何事情，那麼放在哪兒也就無所謂了。但從程序員的角度而言，爲了加強代碼的可讀性，最好可以把它放在符合實際狀況的地方。

約束 Input/Output 意義 
m I,O 表示使用系統所支持的任何一種內存方式，不須要藉助寄存器 
三、當即數約束

若是一個Input/Output操做表達式的C/C++表達式是一個數字常數，不想借助於任何寄存器，則可使用當即數約束。

因爲當即數在C/C++中只能做爲右值，因此對於使用當即數約束的表達式而言，只能放在Input域。

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

當即數約束很簡單，也很容易理解，咱們在這裏就再也不贅述。

約束 Input/Output 意義 
i I 表示輸入表達式是一個當即數(整數)，不須要藉助任何寄存器 
F I 表示輸入表達式是一個當即數(浮點數)，不須要藉助任何寄存器 


四、通用約束

約束 Input/Output 意義 
g I,O 表示可使用通用寄存器，內存，當即數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個操做表達式使用相同的寄存器/內存。 


通 用約束g是一個很是靈活的約束，當程序員認爲一個C/C++表達式在實際的操做中，究竟使用寄存器方式，仍是使用內存方式或當即數方式並沒有所謂時，或者程 序員想實現一個靈活的模板，讓GCC能夠根據不一樣的C/C++表達式生成不一樣的訪問方式時，就可使用通用約束g。好比：

#define JUST_MOV(foo) __asm__ ("movl %0, %%eax" : : "g"(foo))

JUST_MOV(100)和JUST_MOV(var)則會讓編譯器產生不一樣的代碼。

int main(int __argc, char* __argv[]) 
{ 
JUST_MOV(100); 

return 0; 
} 

編譯後生成的代碼爲：

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

很明顯這是當即數方式。而下一個例子：

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

return 0; 
} 

經編譯後生成的代碼爲：

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

這個例子是使用內存方式。

一個帶有C/C++表達式的內聯彙編，其操做表達式被按照被列出的順序編號，第一個是0，第2個是1，依次類推，GCC最多容許有10個操做表達式。好比：

__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操做表達式被編號爲0，"r"(__in1)被編號爲1，"r"(__in2)被編號爲2。

再如：

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

此例中，"a"(__in1)被編號爲0，"b"(__in2)被編號爲1。

如 果某個Input操做表達式使用數字0到9中的一個數字（假設爲1）做爲它的操做約束，則等於向GCC聲明：「我要使用和編號爲1的Output操做表達 式相同的寄存器（若是Output操做表達式1使用的是寄存器），或相同的內存地址（若是Output操做表達式1使用的是內存）」。上面的描述包含兩個 限定：數字0到數字9做爲操做約束只能用在Input操做表達式中，被指定的操做表達式（好比某個Input操做表達式使用數字1做爲約束，那麼被指定的 就是編號爲1的操做表達式）只能是Output操做表達式。

因爲GCC規定最多隻能有10個Input/Output操做表達式，因此事 實上數字9做爲操做約束永遠也用不到，由於Output操做表達式排在Input操做表達式的前面，那麼若是有一個Input操做表達式指定了數字9做爲 操做約束的話，那麼說明Output操做表達式的數量已經至少爲10個了，那麼再加上這個Input操做表達式，則至少爲11個了，以及超出GCC的限 制。

五、Modifier Characters（修飾符）

等號(=)和加號(+)用於對Output操做表達式的修 飾，一個Output操做表達式要麼被等號(=)修飾，要麼被加號(+)修飾，兩者必居其一。使用等號(=)說明此Output操做表達式是Write- Only的，使用加號(+)說明此Output操做表達式是Read-Write的。它們必須被放在約束字符串的第一個字母。好比"a="(foo)是非 法的，而"+g"(foo)則是合法的。

當使用加號(+)的時候，此Output表達式等價於使用等號(=)約束加上一個Input表達式。好比

__asm__ ("movl %0, %%eax; addl %%eax, %0" : "+b"(foo)) 等價於

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

但若是使用後一種寫法，"Instruction List"中的別名也要相應的改動。關於別名，咱們後面會討論。

像 等號(=)和加號(+)修飾符同樣，符號(&)也只能用於對Output操做表達式的修飾。當使用它進行修飾時，等於向GCC聲明："GCC不得 爲任何Input操做表達式分配與此Output操做表達式相同的寄存器"。其緣由是&修飾符意味着被其修飾的Output操做表達式要在全部的 Input操做表達式被輸入前輸出。咱們看下面這個例子：

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對應的就是Output操做表達式，它被指定的寄存器是%eax，整個Instruction List的第一條指令popl %0，編譯後就成爲popl %eax，這時%eax的內容已經被修改，隨後在Instruction List後，GCC會經過movl %eax, address_of_out這條指令將%eax的內容放置到Output變量__out中。對於本例中的兩個Input操做表達式而言，它們的寄存器約 束爲"r"，即要求GCC爲其指定合適的寄存器，而後在Instruction List以前將__in1和__in2的內容放入被選出的寄存器中，若是它們中的一個選擇了已經被__out指定的寄存器%eax，假如是__in1，那 麼GCC在Instruction List以前會插入指令movl address_of_in1, %eax，那麼隨後popl %eax指令就修改了%eax的值，此時%eax中存放的已經不是Input變量__in1的值了，那麼隨後的movl %1, %%esi指令，將不會按照咱們的本意——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果，很明顯，GCC爲__in2選擇了和__out相同的寄存器%eax，這與咱們的初衷不符。

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 

爲 了避免這種狀況，咱們必須向GCC聲明這一點，要求GCC爲全部的Input操做表達式指定別的寄存器，方法就是在Output操做表達式"=a" (__out)的操做約束中加入&約束，因爲GCC規定等號(=)約束必須放在第一個，因此咱們寫做"=&a"(__out)。 
下面是咱們將&約束加入以後編譯的結果：
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，徹底與咱們的意圖吻合。 
如 果一個Output操做表達式的寄存器約束被指定爲某個寄存器，只有當至少存在一個Input操做表達式的寄存器約束爲可選約束時，（可選約束的意思是可 以從多個寄存器中選取一個，或使用非寄存器方式），好比"r"或"g"時，此Output操做表達式使用&修飾纔有意義。若是你爲全部的 Input操做表達式指定了固定的寄存器，或使用內存/當即數約束，則此Output操做表達式使用&修飾沒有任何意義。好比：

__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操做表達式徹底沒有必要使用&來修飾，由於__in1和__in2都被指定了固定的寄存器，或使用了內存方式，GCC無從選擇。

但若是你已經爲某個Output操做表達式指定了&修飾，並指定了某個固定的寄存器，你就不能再爲任何Input操做表達式指定這個寄存器，不然會出現編譯錯誤。好比：

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

本例中，因爲__out已經指定了寄存器%eax，同時使用了符號&修飾，則再爲__in1指定寄存器%eax就是非法的。


反過來，你也能夠爲Output指定可選約束，好比"r","g"等，讓GCC爲其選擇到底使用哪一個寄存器，仍是使用內存方式，GCC在選擇的時候，會首先排除掉已經被Input操做表達式使用的全部寄存器，而後在剩下的寄存器中選擇，或乾脆使用內存方式。好比：

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

本例中，因爲__out指定了約束"r"，即讓GCC爲其決定使用哪一格寄存器，而寄存器%eax和%ecx已經被__in1和__in2使用，那麼GCC在爲__out選擇的時候，只會在%ebx和%edx中選擇。

前3 個修飾符只能用在Output操做表達式中，而百分號[%]修飾符偏偏相反，只能用在Input操做表達式中，用於向GCC聲明：「當前Input操做表 達式中的C/C++表達式能夠和下一個Input操做表達式中的C/C++表達式互換」。這個修飾符號通常用於符合交換律運算，好比加(+)，乘(*)， 與(&)，或(|)等等。咱們看一個例子：

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，因爲指令是一個加法運算，至關於等式__out = __in1 + __in2，而它與等式__out = __in2 + __in1沒有什麼不一樣。因此使用百分號修飾，讓GCC知道__in1和__in2能夠互換，也就是說GCC能夠自動將本例的內聯彙編改變爲：

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

修飾符 Input/Output 意義 
= O 表示此Output操做表達式是Write-Only的 
+ O 表示此Output操做表達式是Read-Write的 
& O 表示此Output操做表達式獨佔爲其指定的寄存器 
% I 表示此Input操做表達式中的C/C++表達式能夠和下一個Input操做表達式中的C/C++表達式互換 


4. 佔位符

什麼叫佔位符？咱們看一看下面這個例子：

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

這 個例子中的%0和%1就是佔位符。每個佔位符對應一個Input/Output操做表達式。咱們在以前已經提到，GCC規定一個內聯彙編語句最多能夠有 10個Input/Output操做表達式，而後按照它們被列出的順序依次賦予編號0到9。對於佔位符中的數字而言，和這些編號是對應的。

因爲佔位符前面使用一個百分號(%)，爲了區別佔位符和寄存器，GCC規定在帶有C/C++表達式的內聯彙編中，"Instruction List"中直接寫出的寄存器前必須使用兩個百分號(%%)。

GCC 對其進行編譯的時候，會將每個佔位符替換爲對應的Input/Output操做表達式所指定的寄存器/內存地址/當即數。好比在上例中，佔位符%0對應 Output操做表達式"=a"(__out)，而"=a"(__out)指定的寄存器爲%eax，因此把佔位符%0替換爲%eax，佔位符%1對應 Input操做表達式"m"(__in1)，而"m"(__in1)被指定爲內存操做，因此把佔位符%1替換爲變量__in1的內存地址。

也許有人認爲，在上面這個例子中，徹底能夠不使用%0，而是直接寫%%eax，就像這樣：

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

和 上面使用佔位符%0沒有什麼不一樣，那麼使用佔位符%0就沒有什麼意義。確實，二者生成的代碼徹底相同，但這並不意味着這種狀況下佔位符沒有意義。由於若是 不使用佔位符，那麼當有一天你想把變量__out的寄存器約束由a改成b時，那麼你也必須將addl指令中的%%eax改成%%ebx，也就是說你須要同 時修改兩個地方，而若是你使用佔位符，你只須要修改一次就夠了。另外，若是你不使用佔位符，將不利於代碼的清晰性。在上例中，若是你使用佔位符，那麼你一 眼就能夠得知，addl指令的第二個操做數內容最終會輸出到變量__out中；不然，若是你不用佔位符，而是直接將addl指令的第2個操做數寫爲%% eax，那麼你須要考慮一下才知道它最終須要輸出到變量__out中。這是佔位符最粗淺的意義。畢竟在這種狀況下，你徹底能夠不用。

但對於這些狀況來講，不用佔位符就徹底不行了：

首 先，咱們看一看上例中的第1個Input操做表達式"m"(__in1)，它被GCC替換以後，表現爲addl address_of_in1, %%eax，__in1的地址是什麼？編譯時才知道。因此咱們徹底沒法直接在指令中去寫出__in1的地址，這時使用佔位符，交給GCC在編譯時進行替 代，就能夠解決這個問題。因此這種狀況下，咱們必須使用佔位符。

其次，若是上例中的Output操做表達式"=a"(__out)改成" =r"(__out)，那麼__out在究竟使用那麼寄存器只有到編譯時才能經過GCC來決定，既然在咱們寫代碼的時候，咱們不知道究竟哪一個寄存器被選 擇，咱們也就不能直接在指令中寫出寄存器的名稱，而只能經過佔位符替代來解決。

5. Clobber/Modify

有時候，你想通知GCC當前內聯彙編語句可能會對某些寄存器或內存進行修改，但願GCC在編譯時可以將這一點考慮進去。那麼你就能夠在Clobber/Modify域聲明這些寄存器或內存。

這 種狀況通常發生在一個寄存器出如今"Instruction List"，但卻不是由Input/Output操做表達式所指定的，也不是在一些Input/Output操做表達式使用"r","g"約束時由GCC 爲其選擇的，同時此寄存器被"Instruction List"中的指令修改，而這個寄存器只是供當前內聯彙編臨時使用的狀況。好比：

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

寄存器%ebx出如今"Instruction List中"，而且被movl指令修改，但卻未被任何Input/Output操做表達式指定，因此你須要在Clobber/Modify域指定"bx"，以讓GCC知道這一點。

因 爲你在Input/Output操做表達式所指定的寄存器，或當你爲一些Input/Output操做表達式使用"r","g"約束，讓GCC爲你選擇一 個寄存器時，GCC對這些寄存器是很是清楚的——它知道這些寄存器是被修改的，你根本不須要在Clobber/Modify域再聲明它們。但除此以外， GCC對剩下的寄存器中哪些會被當前的內聯彙編修改一無所知。因此若是你真的在當前內聯彙編指令中修改了它們，那麼就最好在Clobber/Modify 中聲明它們，讓GCC針對這些寄存器作相應的處理。不然有可能會形成寄存器的不一致，從而形成程序執行錯誤。

在Clobber/Modify域中指定這些寄存器的方法很簡單，你只須要將寄存器的名字使用雙引號(" ")引發來。若是有多個寄存器須要聲明，你須要在任意兩個聲明之間用逗號隔開。好比：

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

這些串包括：

聲明的串 表明的寄存器 
"al","ax","eax" %eax 
"bl","bx","ebx" %ebx 
"cl","cx","ecx" %ecx 
"dl","dx","edx" %edx 
"si","esi" %esi 
"di", "edi" %edi 


由上表能夠看出，你只須要使用"ax","bx","cx","dx","si","di"就能夠了，由於其它的都和它們中的一個是等價的。

如 果你在一個內聯彙編語句的Clobber/Modify域向GCC聲明某個寄存器內容發生了改變，GCC在編譯時，若是發現這個被聲明的寄存器的內容在此 內聯彙編語句以後還要繼續使用，那麼GCC會首先將此寄存器的內容保存起來，而後在此內聯彙編語句的相關生成代碼以後，再將其內容恢復。咱們來看兩個例 子，而後對比一下它們之間的區別。

這個例子中聲明瞭寄存器%ebx內容發生了改變：

$ 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內容被保存 
movl $8, %eax
#APP
addl %eax, %ebx
#NO_APP
movl $0, %eax
movl (%esp), %ebx # %ebx內容被恢復
leave
ret

下面這個例子的C源碼與上一個例子除了沒有聲明%ebx寄存器發生了改變以外，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

仔細對比一下example7.s和example8.s，你就會明白在Clobber/Modify域聲明一個寄存器的意義。

另 外須要注意的是，若是你在Clobber/Modify域聲明瞭一個寄存器，那麼這個寄存器將不能再被用作當前內聯彙編語句的Input/Output操 做表達式的寄存器約束，若是Input/Output操做表達式的寄存器約束被指定爲"r"或"g"，GCC也不會選擇已經被聲明在 Clobber/Modify中的寄存器。好比：

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

此例中，因爲Output操做表達式"a"(__foo)的寄存器約束已經指定了%eax寄存器，那麼再在Clobber/Modify域中指定"ax"就是非法的。編譯時，GCC會給出編譯錯誤。

除 了寄存器的內容會被改變，內存的內容也能夠被修改。若是一個內聯彙編語句"Instruction List"中的指令對內存進行了修改，或者在此內聯彙編出現的地方內存內容可能發生改變，而被改變的內存地址你沒有在其Output操做表達式使用"m" 約束，這種狀況下你須要使用在Clobber/Modify域使用字符串"memory"向GCC聲明：「在這裏，內存發生了，或可能發生了改變」。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 例實現了標準函數庫memset，其內聯彙編中的stosb對內存進行了改動，而其被修改的內存地址s被指定裝入%edi，沒有任何Output操做表達 式使用了"m"約束，以指定內存地址s處的內容發生了改變。因此在其Clobber/Modify域使用"memory"向GCC聲明：內存內容發生了變 動。

若是一個內聯彙編語句的Clobber/Modify域存在"memory"，那麼GCC會保證在此內聯彙編以前，若是某個內存的內 容被裝入了寄存器，那麼在這個內聯彙編以後，若是須要使用這個內存處的內容，就會直接到這個內存處從新讀取，而不是使用被存放在寄存器中的拷貝。由於這個 時候寄存器中的拷貝已經極可能和內存處的內容不一致了。

這只是使用"memory"時，GCC會保證作到的一點，但這並非所有。由於使用"memory"是向GCC聲明內存發生了變化，而內存發生變化帶來的影響並不止這一點。好比咱們在前面講到的例子：

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

(*__p) = 9999; 

__asm__("":::"memory"); 

if((*__p) == 9999) 
return 5; 

return (*__p); 
}

本 例中，若是沒有那條內聯彙編語句，那個if語句的判斷條件就徹底是一句廢話。GCC在優化時會意識到這一點，而直接只生成return 5的彙編代碼，而不會再生成if語句的相關代碼，而不會生成return (*__p)的相關代碼。但你加上了這條內聯彙編語句，它除了聲明內存變化以外，什麼都沒有作。但GCC此時就不能簡單的認爲它不須要判斷都知道 (*__p)必定與9999相等，它只有老老實實生成這條if語句的彙編代碼，一塊兒相關的兩個return語句相關代碼。

當一個內聯彙編 指令中包含影響eflags寄存器中的條件標誌（也就是那些Jxx等跳轉指令要參考的標誌位，好比，進位標誌，0標誌等），那麼須要在 Clobber/Modify域中使用"cc"來聲明這一點。這些指令包括adc, div，popfl，btr，bts等等，另外，當包含call指令時，因爲你不知道你所call的函數是否會修改條件標誌，爲了穩妥起見，最好也使用 "cc"。

我不多在相關資料中看到有關"cc"的確切用法，只有一份文檔提到了它，但還不是i386平臺的，只是說"cc"是處理器平臺 相關的，並不是全部的平臺都支持它，但即便在不支持它的平臺上，使用它也不會形成編譯錯誤。我作了一些實驗，但發現使用"cc"和不使用"cc"所生成的代 碼沒有任何不一樣。但Linux 2.4的相關代碼中用到了它。若是誰知道在i386平臺上"cc"的細節，請和我聯繫。

另外，還能夠在 Clobber/Modify域指定數字0到9，以聲明第n個Input/Output操做表達式所使用的寄存器發生了變化，但正如咱們在前面所提到的， 若是你爲某個Input/Output操做表達式指定了寄存器，或使用"g","r"等約束讓GCC爲其選擇寄存器，GCC已經知道哪一個寄存器內容發生了 變化，因此這麼作沒有什麼意義；我也做了相關的試驗，沒有發現使用它會對GCC生成的彙編代碼有任何影響，至少在i386平臺上是這樣。Linux 2.4的全部i386平臺相關內聯彙編代碼中都沒有使用這一點，但S390平臺相關代碼中有用到，但因爲我對S390彙編沒有任何概念，因此，也不知道這 麼作的意義何在。

 

分類:  技術