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GCC扩展内联汇编

使用GCC扩展内联汇编的例子如下:

#define read_cr0() ({ \
    unsigned int __dummy; \
    __asm__( \
        "movl %%cr0,%0\n\t" \
        :"=r" (__dummy)); \
    __dummy; \
})

它代表什么含义呢?这需要从其基本格式讲起。GCC扩展内联汇编的基本格式是:

asm [volatile] ( Assembler Template
   : Output Operands
   [ : Input Operands
   [ : Clobbers ] ])

其中,__asm__ 表示汇编代码的开始,其后可以跟 __volatile__(这是可选项),其含义是避免 “asm” 指令被删除、移动或组合,在执行代码时,如果不希望汇编语句被 gcc 优化而改变位置,就需要在 asm 符号后添加 volatile 关键词:asm volatile(...);或者更详细地说明为:__asm__ __volatile__(...);然后就是小括弧,括弧中的内容是具体的内联汇编指令代码。 "" 为汇编指令部分,例如,"movl %%cr0,%0\n\t"。数字前加前缀 “%“,如%1,%2等表示使用寄存器的样板操作数。可以使用的操作数总数取决于具体CPU中通用寄存器的数 量,如Intel可以有8个。指令中有几个操作数,就说明有几个变量需要与寄存器结合,由gcc在编译时根据后面输出部分和输入部分的约束条件进行相应的处理。由于这些样板操作数的前缀使用了”%“,因此,在用到具体的寄存器时就在前面加两个“%”,如%%cr0。输出部分(output operand list),用以规定对输出变量(目标操作数)如何与寄存器结合的约束(constraint),输出部分可以有多个约束,互相以逗号分开。每个约束以“=”开头,接着用一个字母来表示操作数的类型,然后是关于变量结合的约束。例如,上例中:

:"=r" (__dummy)

“=r”表示相应的目标操作数(指令部分的%0)可以使用任何一个通用寄存器,并且变量__dummy 存放在这个寄存器中,但如果是:

:“=m”(__dummy)

“=m”就表示相应的目标操作数是存放在内存单元__dummy中。表示约束条件的字母很多,下表给出几个主要的约束字母及其含义:

字母含义
m, v, o内存单元
R任何通用寄存器
Q寄存器eax, ebx, ecx,edx之一
I, h直接操作数
E, F浮点数
G任意
a, b, c, d寄存器eax/ax/al, ebx/bx/bl, ecx/cx/cl或edx/dx/dl
S, D寄存器esi或edi
I常数(0~31)

输入部分(input operand list):输入部分与输出部分相似,但没有“=”。如果输入部分一个操作数所要求使用的寄存器,与前面输出部分某个约束所要求的是同一个寄存器,那就把对应操作数的编号(如“1”,“2”等)放在约束条件中。在后面的例子中,可看到这种情况。修改部分(clobber list,也称 乱码列表):这部分常常以“memory”为约束条件,以表示操作完成后内存中的内容已有改变,如果原来某个寄存器的内容来自内存,那么现在内存中这个单元的内容已经改变。乱码列表通知编译器,有些寄存器或内存因内联汇编块造成乱码,可隐式地破坏了条件寄存器的某些位(字段)。 注意,指令部分为必选项,而输入部分、输出部分及修改部分为可选项,当输入部分存在,而输出部分不存在时,分号“:“要保留,当“memory”存在时,三个分号都要保留,例如

#define __cli() __asm__ __volatile__("cli": : :"memory")

下面是一个例子:

    int count=1;
    int value=1;
    int buf[10];
    void main()
    {
        asm(
            "cld nt"
            "rep nt"
            "stosl"
        :
        : "c" (count), "a" (value) , "D" (buf[0])
        : "%ecx","%edi"
        );
    }

得到的主要汇编代码为:

    movl count,%ecx
    movl value,%eax
    movl buf,%edi
    #APP
    cld
    rep
    stosl
    #NO_APP

cld,rep,stos这几条语句的功能是向buf中写上count个value值。冒号后的语句指明输入,输出和被改变的寄存器。通过冒号以后的语句,编译器就知道你的指令需要和改变哪些寄存器,从而可以优化寄存器的分配。其中符号"c"(count)指示要把count的值放入ecx寄存器。类似的还有:

a eax
b ebx
c ecx
d edx
S esi
D edi
I 常数值,(0 - 31)
q,r 动态分配的寄存器
g eax,ebx,ecx,edx或内存变量
A 把eax和edx合成一个64位的寄存器(use long longs)

也可以让gcc自己选择合适的寄存器。如下面的例子:

    asm("leal (%1,%1,4),%0"
        : "=r" (x)
        : "0" (x)
    );

这段代码到的主要汇编代码为:

movl x,%eax
#APP
leal (%eax,%eax,4),%eax
#NO_APP
movl %eax,x

几点说明:

  • [1] 使用q指示编译器从eax, ebx, ecx, edx分配寄存器。 使用r指示编译器从eax, ebx, ecx, edx, esi, edi分配寄存器。
  • [2] 不必把编译器分配的寄存器放入改变的寄存器列表,因为寄存器已经记住了它们。
  • [3] "="是标示输出寄存器,必须这样用。
  • [4] 数字%n的用法:数字表示的寄存器是按照出现和从左到右的顺序映射到用"r"或"q"请求的寄存器.如果要重用"r"或"q"请求的寄存器的话,就可以使用它们。
  • [5] 如果强制使用固定的寄存器的话,如不用%1,而用ebx,则:
      asm("leal (%%ebx,%%ebx,4),%0"
          : "=r" (x)
          : "0" (x) 
      );
    

注意要使用两个%,因为一个%的语法已经被%n用掉了。

参考: