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风间琉璃•

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GCC 内联汇编

风间琉璃• 发布时间:2021-09-17 17:52:59 ,浏览量:1

1.简介 用汇编编写的程序虽然运行速度快,但开发速度非常慢,效率也很低。如果只是想对关键代码段进行优化,或许更好的办法是将汇编指令嵌入到 C 语言程序中,从而充分利用高级语言和汇编语言各自的特点。但一般来讲,在 C 代码中嵌入汇编语句要比"纯粹"的汇编语言代码复杂得多,因为需要解决如何分配寄存器,以及如何与C代码中的变量相结合等问题

2.格式

1)最基本的格式

__asm__("asm statements");
__asm__("nop");   //空语句

如果需要同时执行多条汇编语句,则应该用"\n\t"将各个语句分隔开

__asm__( "pushl %%eax \\n\\t"
		"movl $0, %%eax \\n\\t"
		"popl %eax");

2)内联汇编格式

__asm__("asm statements" : outputs : inputs : registers-modified);

__asm__("汇编语句"
		:输出寄存器
		:输入寄存器
		:会被修改的寄存器
		)

汇编语句以":"分隔成四个部分,其中第一部分就是汇编代码本身,通常称为指令部,其格式和在汇编语言中使用的格式基本相同。指令部分是必须的,而其它部分则可以根据实际情况而省略,如果使用了后面的部分,而前面部分为空,也需要用“:”格开,相应部分内容为空

__asm__ __volatile__(
"cli":	------>这个是汇编指令部分
:		------->这个是输出部分,为空
:		-------->这个是输入部分,为空
"memory"	-------->这个是破坏描述部分
)

"__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。

__asm__ __violate__ ("movl %1,%0" : "=r" (result) : "r" (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,“result"和"input”,他们按照出现的顺序分 别与指令操作数"%0","%1"对应,操作数至多有10 个

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

"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

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

常用限制字符 在这里插入图片描述

限制字符

通用寄存器:
"a"               将输入变量放入eax
"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
"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)

内存:

"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

"g"             将输入变量放入eax,ebx,ecx,edx中的一个,或者作为内存变量 "X"            操作数可以是任何类型

立即数:
"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 
"n"            立即数

匹配:
" 0-9 "         表示用它限制的操作数与某个指定的操作数匹配,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。

&                该输出操作数不能使用过和输入操作数相同的寄存器

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

浮点数:
"f"          浮点寄存器
"t"           第一个浮点寄存器
"u"          第二个浮点寄存器
"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
                                      
#             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

例子:

extern     int     input,result;
   
void test(void )
{
   input= 1;
  __asm__ __volatile__ ("movl %1,%0" :
  "=r" (result) : "r" (input));
   return ;
}

对应汇编:
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

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

内嵌汇编共四个部分:汇编语句模板,输出部分,输入部分,破坏描述部分

输出部分 输出部分描述输出操作数,不同的操作数描述符之间用逗号格开,每个操作数描述符由限定字符串和C语言变量组成。每个输出操作数的限定字符串必须包含“=”表示他是一个输出操作数

输入部分 输入部分描述输入操作数,不同的操作数描述符之间使用逗号格开,每个操作数描述符由限定字符串和C语言表达式或者C语言变量组成

嵌入汇编语言宏函数:

#define get_seg_byte(seg,addr) ({ \
register char __res; \   //定义一个寄存器变量__res
__asm__("push %%fs;\     //保持fs寄存器里的值 入栈
		mov %%ax,%%fs;\   //设置fs
		movb %%fs:%2,%%al;\  //将seg:addr处一字节 复制到al
		pop %%fs" \          //恢复fs的值
		:"=a" (__res)\       //输出寄存器列表
		:"0" (seg),"m" (*(addr))); \    //输入寄存器列表
__res;})
注:({})可以作为一个表达式使用

为了让gcc编译产生的汇编语言程序中寄存器名称前面有一个’%’,在嵌入汇编语句中的寄存器需要写两个百分号“%%”

“=a” (__res) 这一句是输出寄存器,在代码运行结束后将eax所代表的寄存器的值放入到__res变量中,作为本函数的输出 "=a"中的"a"称为加载代码(限制字符), "="表示输出寄存器,并且其中的值将被输出值代替

“0” (seg),“m” ((addr)) 将seg的值放入eax寄存器中,"0"表示使用与上面同个位置的输出相同的寄存器, ((addr))表示一个内存偏移地址值 为了在汇编语句中使用该地址,程序规定把输入和输出寄存器统一按顺序编号,顺序是从输出寄存器序列以"%0"开始,分别记伪"%0-%9" 这里输出寄存器编号为%0,只有一个输出寄存器,输入寄存器前一部分 “0” (seg)编号为%1,后一部分编号为%2 因此,movb %%fs:%2,%%al;这句中的%2—>(*(addr))内存偏移量 __res,当执行完汇编语句后,输出寄存器eax的值将被放入__res变量,作为该函数(块结构表达式)的返回值。

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