什么是asm格式

本篇内容主要讲解“什么是asm格式”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“什么是asm格式”吧!

一、基本 asm 格式

1. 语法规则

asm [volatile] ("汇编指令")

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2. 所有指令，必须用双引号包裹起来;

3. 超过一条指令，必须用\n分隔符进行分割，为了排版，一般会加上\t;

4. 多条汇编指令，可以写在一行，也可以写在多行;

5. 关键字 asm 可以使用 asm 来替换;

6. volatile 是可选的，编译器有可能对汇编代码进行优化，使用 volatile 关键字之后，告诉编译器不要优化手写的内联汇编代码。

2. test1.c 插入空指令

#include <stdio.h> int main() {     asm ("nop");     printf("hello\n");     asm ("nop\n\tnop\n\t"      "nop");     return 0; }

注意：C语言中会自动把两个连续的字符串字面量拼接成一个，所以"nop\n\tnop\n\t" "nop"这两个字符串会自动拼接成一个字符串。

生成汇编代码指令：

gcc -m32 -S -o test1.s test1.c

test1.s 中内容如下(只贴出了内联汇编代码相关部分的代码)：

#APP # 5 "test1.c" 1     nop # 0 "" 2 #NO_APP     // 这里是 printf 语句生成的代码。 #APP # 7 "test1.c" 1     nop     nop     nop # 0 "" 2 #NO_APP

可以看到，内联汇编代码被两个注释(#APP ... #NO_APP)包裹起来。在源码中嵌入了两个汇编代码，因此可以看到 gcc  编译器生成的汇编代码中包含了这两部分代码。

这 2 部分嵌入的汇编代码都是空指令 nop，没有什么意义。

3. test2.c 操作全局变量

在 C 代码中嵌入汇编指令，目的是用来计算，或者执行一定的功能，下面我们就来看一下，如何在内联汇编指令中，操作全局变量。

#include <stdio.h>  int a = 1; int b = 2; int c;  int main() {     asm volatile ("movl a, %eax\n\t"         "addl b, %eax\n\t"         "movl %eax, c");     printf("c = %d \n", c);     return 0; }

关于汇编指令中编译器的基本知识：

eax, ebx 都是 x86 平台中的寄存器(32位)，在基本asm格式中，寄存器的前面必须加上百分号%。

32 位的寄存器 eax 可以当做 16 位来使用(ax)，或者当做 8 位来使用(ah, al)，本文只会按照 32 位来使用。

代码说明：

• movl a, %eax　 // 把变量a的值复制到 %eax 寄存器中;

• addl b, %eax // 把变量 b 的值 与 %eax 寄存器中的值(a)相加，结果放在 %eax 寄存器中;

• movl %eax, c // 把 %eax 寄存器中的值复制到变量 c 中;

生成汇编代码指令：

gcc -m32 -S -o test2.s test2.c

test2.s 内容如下(只贴出与内联汇编代码相关部分)：

#APP # 9 "test2.c" 1     movl a, %eax     addl b, %eax     movl %eax, c # 0 "" 2 #NO_APP

可以看到，在内联汇编代码中，可以直接使用全局变量 a, b 的名称来操作。执行 test2，可以得到正确的结果。

思考一个问题：为什么在汇编代码中，可以使用变量a, b, c?

查看 test2.s 中内联汇编代码之前的部分，可以看到：

    .file   "test2.c"     .globl  a     .data     .align 4     .type   a, @object     .size   a, 4 a:     .long   1     .globl  b     .align 4     .type   b, @object     .size   b, 4 b:     .long   2     .comm   c,4,4

变量 a, b 被 .globl 修饰，c 被 .comm 修饰，相当于是把它们导出为全局的，所以可以在汇编代码中使用。

那么问题来了：如果是一个局部变量，在汇编代代码中就不会用 .globl 导出，此时在内联汇编指令中，还可以直接使用吗?

眼见为实，我们把这 3 个变量放到 main 函数的内部，作为局部变量来试一下。

4. test3.c 尝试操作局部变量

#include <stdio.h> int main() {     int a = 1;     int b = 2;     int c;      asm("movl a, %eax\n\t"         "addl b, %eax\n\t"         "movl %eax, c");     printf("c = %d \n", c);     return 0; }

生成汇编代码指令：

gcc -m32 -S -o test3.s test3.c

在 test3.s 中可以看到没有 a, b, c 的导出符号，a 和 b 没有其他地方使用，因此直接把他们的数值复制到栈空间中了：

movl    $1, -20(%ebp) movl    $2, -16(%ebp)

我们来尝试编译成可执行程序：

$ gcc -m32 -o test3 test3.c /tmp/ccuY0TOB.o: In function `main': test3.c:(.text+0x20): undefined reference to `a' test3.c:(.text+0x26): undefined reference to `b' test3.c:(.text+0x2b): undefined reference to `c' collect2: error: ld returned 1 exit status

编译报错：找不到对 a,b,c 的引用!那该怎么办，才能使用局部变量呢?扩展 asm 格式!

二、扩展 asm 格式

1. 指令格式

asm [volatile] ("汇编指令" : "输出操作数列表" : "输入操作数列表" : "改动的寄存器")

格式说明

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2. 汇编指令：与基本asm格式相同;

3. 输出操作数列表：汇编代码如何把处理结果传递到 C 代码中;

4. 输入操作数列表：C 代码如何把数据传递给内联汇编代码;

5. 改动的寄存器：告诉编译器，在内联汇编代码中，我们使用了哪些寄存器;

6. “改动的寄存器”可以省略，此时最后一个冒号可以不要，但是前面的冒号必须保留，即使输出/输入操作数列表为空。

关于“改动的寄存器”再解释一下：gcc 在编译 C 代码的时候，需要使用一系列寄存器;我们手写的内联汇编代码中，也使用了一些寄存器。

为了通知编译器，让它知道: 在内联汇编代码中有哪些寄存器被我们用户使用了，可以在这里列举出来，这样的话，gcc 就会避免使用这些列举出的寄存器

2. 输出和输入操作数列表的格式

在系统中，存储变量的地方就2个：寄存器和内存。因此，告诉内联汇编代码输出和输入操作数，其实就是告诉它：

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2. 向哪些寄存器或内存地址输出结果;

3. 从哪些寄存器或内存地址读取输入数据;

这个过程也要满足一定的格式：

"[输出修饰符]约束"(寄存器或内存地址)

(1)约束

就是通过不同的字符，来告诉编译器使用哪些寄存器，或者内存地址。包括下面这些字符：

• a: 使用 eax/ax/al 寄存器;

• b: 使用 ebx/bx/bl 寄存器;

• c: 使用 ecx/cx/cl 寄存器;

• d: 使用 edx/dx/dl 寄存器;

• r: 使用任何可用的通用寄存器;

• m: 使用变量的内存位置;

先记住这几个就够用了，其他的约束选项还有：D, S, q, A, f, t, u等等，需要的时候再查看文档。

(2)输出修饰符

顾名思义，它使用来修饰输出的，对输出寄存器或内存地址提供额外的说明，包括下面4个修饰符：

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2. +：被修饰的操作数可以读取，可以写入;

3. =：被修饰的操作数只能写入;

4. %：被修饰的操作数可以和下一个操作数互换;

5. &：在内联函数完成之前，可以删除或者重新使用被修饰的操作数;

语言描述比较抽象，直接看例子!

3. test4.c 通过寄存器操作局部变量

#include <stdio.h>  int main() {     int data1 = 1;     int data2 = 2;     int data3;      asm("movl %%ebx, %%eax\n\t"         "addl %%ecx, %%eax"         : "=a"(data3)         : "b"(data1),"c"(data2));      printf("data3 = %d \n", data3);     return 0; }

有 2 个地方需要注意一下啊：

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2. 在内联汇编代码中，没有声明“改动的寄存器”列表，也就是说可以省略掉(前面的冒号也不需要);

3. 扩展asm格式中，寄存器前面必须写 2 个%;

代码解释：

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2. "b"(data1),"c"(data2) ==> 把变量 data1 复制到寄存器 %ebx，变量 data2 复制到寄存器  %ecx。这样，内联汇编代码中，就可以通过这两个寄存器来操作这两个数了;

3. "=a"(data3) ==> 把处理结果放在寄存器 %eax 中，然后复制给变量data3。前面的修饰符等号意思是：会写入往 %eax  中写入数据，不会从中读取数据;

通过上面的这种格式，内联汇编代码中，就可以使用指定的寄存器来操作局部变量了，稍后将会看到局部变量是如何从经过栈空间，复制到寄存器中的。

生成汇编代码指令：

gcc -m32 -S -o test4.s test4.c

汇编代码 test4.s 如下：

    movl    $1, -20(%ebp)     movl    $2, -16(%ebp)     movl    -20(%ebp), %eax     movl    -16(%ebp), %edx     movl    %eax, %ebx     movl    %edx, %ecx #APP # 10 "test4.c" 1     movl %ebx, %eax     addl %ecx, %eax # 0 "" 2 #NO_APP     movl    %eax, -12(%ebp)

可以看到，在进入手写的内联汇编代码之前：

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2. 把数字 1 通过栈空间(-20(%ebp))，复制到寄存器 %eax，再复制到寄存器 %ebx;

3. 把数字 2 通过栈空间(-16(%ebp))，复制到寄存器 %edx，再复制到寄存器 %ecx;

这 2 个操作正是对应了内联汇编代码中的“输入操作数列表”部分："b"(data1),"c"(data2)。

在内联汇编代码之后(#NO_APP 之后)，把 %eax 寄存器中的值复制到栈中的 -12(%ebp) 位置，这个位置正是局部变量 data3  所在的位置，这样就完成了输出操作。

4. test5.c 声明改动的寄存器

在 test4.c 中，我们没有声明改动的寄存器，所以编译器可以任意选择使用哪些寄存器。从生成的汇编代码 test4.s 中可以看到，gcc 使用了  %edx 寄存器。

那么我们来测试一下：告诉 gcc 不要使用 %edx 寄存器。

#include <stdio.h> int main() {     int data1 = 1;     int data2 = 2;     int data3;      asm("movl %%ebx, %%eax\n\t"         "addl %%ecx, %%eax"         : "=a"(data3)         : "b"(data1),"c"(data2)         : "%edx");      printf("data3 = %d \n", data3);     return 0; }

代码中，asm 指令最后部分 "%edx" ，就是用来告诉 gcc 编译器：在内联汇编代码中，我们会使用到 %edx 寄存器，你就不要用它了。

生成汇编代码指令：

gcc -m32 -S -o test5.s test5.c

来看一下生成的汇编代码 test5.s：

    movl    $1, -20(%ebp)     movl    $2, -16(%ebp)     movl    -20(%ebp), %eax     movl    -16(%ebp), %ecx     movl    %eax, %ebx #APP # 10 "test5.c" 1     movl %ebx, %eax     addl %ecx, %eax # 0 "" 2 #NO_APP     movl    %eax, -12(%ebp)

可以看到，在内联汇编代码之前，gcc 没有选择使用寄存器 %edx。

三、使用占位符来代替寄存器名称

在上面的示例中，只使用了 2 个寄存器来操作 2  个局部变量，如果操作数有很多，那么在内联汇编代码中去写每个寄存器的名称，就显得很不方便。

因此，扩展 asm 格式为我们提供了另一种偷懒的方法，来使用输出和输入操作数列表中的寄存器：占位符!

占位符有点类似于批处理脚本中，利用 2...来引用输入参数一样，内联汇编代码中的占位符，从输出操作数列表中的寄存器开始从 0  编号，一直编号到输入操作数列表中的所有寄存器。

还是看例子比较直接!

1. test6.c 使用占位符代替寄存器

#include <stdio.h> int main() {     int data1 = 1;     int data2 = 2;     int data3;      asm("addl %1, %2\n\t"         "movl %2, %0"         : "=r"(data3)         : "r"(data1),"r"(data2));      printf("data3 = %d \n", data3);     return 0; }

代码说明：

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2. 输出操作数列表"=r"(data3)：约束使用字符 r, 也就是说不指定寄存器，由编译器来选择使用哪个寄存器来存储结果，最后复制到局部变量  data3中;

3. 输入操作数列表"r"(data1),"r"(data2)：约束字符r, 不指定寄存器，由编译器来选择使用哪 2 个寄存器来接收局部变量 data1 和  data2;

4. 输出操作数列表中只需要一个寄存器，因此在内联汇编代码中的 %0 就代表这个寄存器(即：从 0 开始计数);

5. 输入操作数列表中有 2 个寄存器，因此在内联汇编代码中的 %1 和 %2　就代表这 2  个寄存器(即：从输出操作数列表的最后一个寄存器开始顺序计数);

生成汇编代码指令：

gcc -m32 -S -o test6.s test6.c

汇编代码如下 test6.s：

    movl    $1, -20(%ebp)     movl    $2, -16(%ebp)     movl    -20(%ebp), %eax     movl    -16(%ebp), %edx #APP # 10 "test6.c" 1     addl %eax, %edx     movl %edx, %eax # 0 "" 2 #NO_APP     movl    %eax, -12(%ebp)

可以看到，gcc 编译器选择了 %eax 来存储局部变量 data1，%edx 来存储局部变量 data2 ，然后操作结果也存储在 %eax  寄存器中。

是不是感觉这样操作就方便多了?不用我们来指定使用哪些寄存器，直接交给编译器来选择。

在内联汇编代码中，使用 %0、%1 、%2 这样的占位符来使用寄存器。

别急，如果您觉得使用编号还是麻烦，容易出错，还有另一个更方便的操作：扩展 asm  格式还允许给这些占位符重命名，也就是给每一个寄存器起一个别名，然后在内联汇编代码中使用别名来操作寄存器。

还是看代码!

2. test7.c 给寄存器起别名

#include <stdio.h> int main() {     int data1 = 1;     int data2 = 2;     int data3;      asm("addl %[v1], %[v2]\n\t"         "movl %[v2], %[v3]"         : [v3]"=r"(data3)         : [v1]"r"(data1),[v2]"r"(data2));      printf("data3 = %d \n", data3);     return 0; }

代码说明：

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2. 输出操作数列表：给寄存器(gcc 编译器选择的)取了一个别名 v3;

3. 输入操作数列表：给寄存器(gcc 编译器选择的)取了一个别名 v1 和 v2;

起立别名之后，在内联汇编代码中就可以直接使用这些别名( %[v1], %[v2], %[v3])来操作数据了。

生成汇编代码指令：

gcc -m32 -S -o test7.s test7.c

再来看一下生成的汇编代码 test7.s：

    movl    $1, -20(%ebp)     movl    $2, -16(%ebp)     movl    -20(%ebp), %eax     movl    -16(%ebp), %edx #APP # 10 "test7.c" 1     addl %eax, %edx     movl %edx, %eax # 0 "" 2 #NO_APP     movl    %eax, -12(%ebp)

这部分的汇编代码与 test6.s 中完全一样!

四、使用内存位置

在以上的示例中，输出操作数列表和输入操作数列表部分，使用的都是寄存器(约束字符：a, b, c, d, r等等)。

我们可以指定使用哪个寄存器，也可以交给编译器来选择使用哪些寄存器，通过寄存器来操作数据，速度会更快一些。

如果我们愿意的话，也可以直接使用变量的内存地址来操作变量，此时就需要使用约束字符 m。

1. test8.c 使用内存地址来操作数据

#include <stdio.h> int main() {     int data1 = 1;     int data2 = 2;     int data3;      asm("movl %1, %%eax\n\t"         "addl %2, %%eax\n\t"         "movl %%eax, %0"         : "=m"(data3)         : "m"(data1),"m"(data2));      printf("data3 = %d \n", data3);     return 0; }

代码说明：

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2. 输出操作数列表 "=m"(data3)：直接使用变量 data3 的内存地址;

3. 输入操作数列表 "m"(data1),"m"(data2)：直接使用变量 data1, data2 的内存地址;

在内联汇编代码中，因为需要进行相加计算，因此需要使用一个寄存器(%eax)，计算这个环节是肯定需要寄存器的。

在操作那些内存地址中的数据时，使用的仍然是按顺序编号的占位符。

生成汇编代码指令：

gcc -m32 -S -o test8.s test8.c

生成的汇编代码如下 test8.s：

    movl    $1, -24(%ebp)     movl    $2, -20(%ebp) #APP # 10 "test8.c" 1     movl -24(%ebp), %eax     addl -20(%ebp), %eax     movl %eax, -16(%ebp) # 0 "" 2 #NO_APP     movl    -16(%ebp), %eax

可以看到：在进入内联汇编代码之前，把 data1 和 data2 的值放在了栈中，然后直接把栈中的数据与寄存器 %eax  进行操作，最后再把操作结果(%eax)，复制到栈中 data3 的位置(-16(%ebp))。

到此，相信大家对“什么是asm格式”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是亿速云网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！