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东月之神

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(转)GCC内嵌汇编(二)  

2012-04-13 10:25:05|  分类: Linux |  标签: |举报 |字号 订阅

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接着上章节的内容继续讲,GCC编译内嵌汇编代码的步骤如下:
1.  输入变量与占位符

  根据限定符和破坏描述部分,为输入和输出部分的变量分配合适的寄存器,如果限定符指定为立即数(“i”)或内存变量(“m”)则不需要该步骤,如果限定符没有具体指定输入操作数的类型(如“g”),GCC 会视需要决定是否将该操作数输入到某个寄存器。这样每个占位符都与某个寄存器、内存变量或立即数形成了一一对应的关系。对分配了寄存器的输入变量需要增加代码将它的值读入寄存器。另外还要根据破坏描述符的部分增加额外代码。

2.  指令模板部分

  然后根据这种一一对应的关系,用这些寄存器、内存变量或立即数来取代汇编代码中的占位符。

3.  变量输出

  按照输出限定符的指定将寄存器的内容输出到某个内存变量中,如果输出操作数的限定符指定为内存变量(“m”),则该步骤被省略。

 __asm__ __volatile__("hlt");

“__asm__”表示后面的代码为内嵌汇编, “asm”是“__asm__” 的别名。 “__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。括号里面是汇编指令。

在内嵌汇编中,可以将 C语言表达式指定为汇编指令的操作数,而且不用去管如何将 C语言表达式的值读入哪个寄存器,以及如何将计算结果写回 C 变量,你只要告诉程序中 C语言表达式与汇编指令操作数之间的对应关系即可, GCC会自动插入代码完成必要的操作。 

使用内嵌汇编,要先编写汇编指令模板,然后将 C语言表达式与指令的操作数相关联,并告诉 GCC对这些操作有哪些限制条件。例如在下面的汇编语句:

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

 “movl %1,%0”是指令模板;“%0”和“%1”代表指令的操作数,称为占位符,内嵌汇编靠它们将C语言表达式与指令操作数相对应。 指令模板后面用小括号括起来的是C语言表达式, 本例中只有两个: “result” 和“input” , 他们按照出现的顺序分别与指令操作数 “%0” ,“%1”对应;注意对应顺序:第一个C表达式对应“%0”;第二个表达式对应“%1” ,依次类推,操作数至多有 10 个,分别用“%0”,“%1”….“%9”表示。在每个操作数前面有一个用引号括起来的字符串,字符串的内容是对该操作数的限制或者说要求。 “result”前面的限制字符串是“=r” ,其中“=”表示“result”是输出操作数, “r”表示需要将“result”

与某个通用寄存器相关联,先将操作数的值读入寄存器,然后在指令中使用相应寄存器,而不是“result”本身,当然指令执行完后需要将寄存器中的值存入变量“result” ,从表面上看好像是指令直接对“result”进行操作,实际上 GCC做了隐式处理,这样我们可以少写一些指令。 “input”前面的“r”表示该表达式需要先放入某个寄存器,然后在指令中使用该寄存器参加运算。 

我们将上面的内嵌代码放到一个 C源文件中,然后使用 gcc  –c  –S 得到该C 文件源代码

相对应的汇编代码,然后查看一下汇编代码,看看 GCC是如何处理的。

C源文件如下内容如下,注意该代码没有实际意义,仅仅作为例子。

extern  int input,result;

void test(void)

{

  input = 1;

    __asm__ __volatile__ ("movl %1,%0" : "=r" (result) : "r" (input));

  return ;

}

对应的汇编代码如下; 

行号  代码  解释

1-7  ……  

8    movl  $1, input  对应C语言语句input = 1;

9  movl   input, %eax  

10  #APP  GCC插入的注释,表示内嵌汇编开始

11    movl %eax,%eax  我们的内嵌汇编语句

12  #NO_APP  GCC插入的注释,表示内嵌汇编结束

13    movl  %eax, result  将结果存入 result变量

14-18  。。。。。。  

 

从汇编代码可以看出,第 9 行和第 13 行是 GCC 自动增加的代码,GCC 根据限定字符串决定如何处理C表达式,本例两个表达式都被指定为“r”型,所以先使用指令:

movl   input, %eax

将input读入寄存器%eax;GCC也指定一个寄存器与输出变量 result相关,本例也是%eax,等得到操作结果后再使用指令:

movl %eax, result

将寄存器的值写回 C 变量 result 中。从上面的汇编代码我们可以看出与 result 和 input相关连的寄存器都是%eax,GCC使用%eax替换内嵌汇编指令模板中的%0,%1:

movl %eax,%eax

显然这一句可以不要。但是没有优化,所以这一句没有被去掉。 由此可见,C表达式或者变量与寄存器的关系由 GCC自动处理,我们只需使用限制字符串指导GCC如何处理即可。限制字符必须与指令对操作数的要求相匹配,否则产生的汇编代码将会有错,读者可以将上例中的两个“r” ,都改为“m”(m表示操作数放在内存,而不是寄存器中),编译后得到的结果是:

movl input, result

很明显这是一条非法指令, 因此限制字符串必须与指令对操作数的要求匹配。 例如指令 movl允许寄存器到寄存器,立即数到寄存器等,但是不允许内存到内存的操作,因此两个操作数不能同时使用“m”作为限定字符。

  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

“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 通用寄存器

“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(use long 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 内存

“p”  操作数是一个合法的内存地址(指针)

“g”  将输入变量放入eax,ebx,ecx,edx中的一个或者作为内存变量  寄存器或内存  “X”  操作数可以是任何类型

“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 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

“=”  操作数在指令中是只写的(输出操作数)  操作数类型  “+”  操作数在指令中是读写类型的(输入输出操作数)

“f”  浮点寄存器

“t”  第一个浮点寄存器

“u”  第二个浮点寄存器 浮点数

“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”) 。

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