HardBirch

gcc内嵌汇编的语法介绍

时间:10-03-10 栏目:系统技术篇 作者:鲁智森也有文化 评论:0 点击: 1,427 次

“gcc内嵌汇编的语法”来自于哪个权威手册?
请问:下面关于“gcc内嵌汇编的语法”来自于哪个权威手册?我在gcc手册中怎么没找到呢? 哪位大哥 能不能帮忙复制几句英文原话过来?
多谢!

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
gcc内嵌汇编简介收藏
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。
1、简单的内嵌汇编
例:
__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。
2、内嵌汇编举例
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。
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。

内嵌汇编语法如下:
__asm__(汇编语句模板: 输出部分: 输入部分: 破坏描述部分)
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,各部分使用":"格开,汇编语句模板必不可少,其他三部分可选,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。例如:
__asm__ __volatile__("cli": : :"memory")
1、汇编语句模板
汇编语句模板由汇编语句序列组成,语句之间使用";"、"/n"或"/n/t"分开。指令中的操作数可以使用占位符引用C语言变量,操作数占位符最多10 个,名称如下:%0,%1,...,%9。指令中使用占位符表示的操作数,总被视为long型(4个字节),但对其施加的操作根据指令可以是字或者字节,当把操作数当作字或者字节使用时,默认为低字或者低字节。对字节操作可以显式的指明是低字节还是次字节。方法是在%和序号之间插入一个字母,"b"代表低字节,"h"代表高字节,例如:%h1。
2、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。
例:
__asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x) )
描述符字符串表示对该变量的限制条件,这样GCC 就可以根据这些条件决定如何分配寄存器,如何产生必要的代码处理指令操作数与C表达式或C变量之间的联系。
3、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。
例1 :
__asm__ __volatile__ ("lidt %0" : : "m" (real_mode_idt));
例二(bitops.h):
Static __inline__ void __set_bit(int nr, volatile void * addr)
{
__asm__(
"btsl %1,%0"
:"=m" (ADDR)
:"Ir" (nr));
}
后例功能是将(*addr)的第nr位设为1。第一个占位符%0与C 语言变量ADDR对应,第二个占位符%1与C语言变量nr对应。因此上面的汇编语句代码与下面的伪代码等价:btsl nr, ADDR,该指令的两个操作数不能全是内存变量,因此将nr的限定字符串指定为"Ir",将nr 与立即数或者寄存器相关联,这样两个操作数中只有ADDR为内存变量。
4、限制字符
4.1、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。
分类 限定符 描述
通用寄存器 "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
"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
"p" 操作数是一个合法的内存地址(指针)
寄存器或内存 "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,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 ", 表示用它限制的操作数与某个指定的操作数匹配,
"1" ... 也即该操作数就是指定的那个操作数,例如"0"
"9" 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
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
5、破坏描述部分
破坏描述符用于通知编译器我们使用了哪些寄存器或内存,由逗号格开的字符串组成,每个字符串描述一种情况,一般是寄存器名;除寄存器外还有"memory"。例如:"%eax","%ebx","memory"等。
"memory"比较特殊,可能是内嵌汇编中最难懂部分。为解释清楚它,先介绍一下编译器的优化知识,再看C关键字volatile。最后去看该描述符。
1、编译器优化介绍
内存访问速度远不及CPU处理速度,为提高机器整体性能,在硬件上引入硬件高速缓存Cache,加速对内存的访问。另外在现代CPU中指令的执行并不一定严格按照顺序执行,没有相关性的指令可以乱序执行,以充分利用CPU的指令流水线,提高执行速度。以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化:一种是在编写代码时由程序员优化,另一种是由编译器进行优化。编译器优化常用的方法有:将内存变量缓存到寄存器;调整指令顺序充分利用CPU指令流水线,常见的是重新排序读写指令。对常规内存进行优化的时候,这些优化是透明的,而且效率很好。由编译器优化或者硬件重新排序引起的问题的解决办法是在从硬件(或者其他处理器)的角度看必须以特定顺序执行的操作之间设置内存屏障(memory barrier),linux 提供了一个宏解决编译器的执行顺序问题。
void Barrier(void)
这个函数通知编译器插入一个内存屏障,但对硬件无效,编译后的代码会把当前CPU寄存器中的所有修改过的数值存入内存,需要这些数据的时候再重新从内存中读出。
2、C语言关键字volatile
C语言关键字volatile(注意它是用来修饰变量而不是上面介绍的__volatile__)表明某个变量的值可能在外部被改变,因此对这些变量的存取不能缓存到寄存器,每次使用时需要重新存取。该关键字在多线程环境下经常使用,因为在编写多线程的程序时,同一个变量可能被多个线程修改,而程序通过该变量同步各个线程,例如:
DWORD __stdcall threadFunc(LPVOID signal)
{
int* intSignal=reinterpret_cast(signal);
*intSignal=2;
while(*intSignal!=1)
sleep(1000);
return 0;
}
该线程启动时将intSignal 置为2,然后循环等待直到intSignal 为1 时退出。显然intSignal的值必须在外部被改变,否则该线程不会退出。但是实际运行的时候该线程却不会退出,即使在外部将它的值改为1,看一下对应的伪汇编代码就明白了:
mov ax,signal
label:
if(ax!=1)
goto label
对于C编译器来说,它并不知道这个值会被其他线程修改。自然就把它cache在寄存器里面。记住,C 编译器是没有线程概念的!这时候就需要用到volatile。volatile 的本意是指:这个值可能会在当前线程外部被改变。也就是说,我们要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile关键字,这时候,编译器知道该变量的值会在外部改变,因此每次访问该变量时会重新读取,所作的循环变为如下面伪码所示:
label:
mov ax,signal
if(ax!=1)
goto label
3、Memory
有了上面的知识就不难理解Memory修改描述符了,Memory描述符告知GCC:
1)不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序;也就是在执行内嵌汇编代码之前,它前面的指令都执行完毕
2)不要将变量缓存到寄存器,因为这段代码可能会用到内存变量,而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变,因此GCC插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存,如果后面又访问这些变量,需要重新访问内存。
如果汇编指令修改了内存,但是GCC 本身却察觉不到,因为在输出部分没有描述,此时就需要在修改描述部分增加"memory",告诉GCC 内存已经被修改,GCC 得知这个信息后,就会在这段指令之前,插入必要的指令将前面因为优化Cache 到寄存器中的变量值先写回内存,如果以后又要使用这些变量再重新读取。
使用"volatile"也可以达到这个目的,但是我们在每个变量前增加该关键字,不如使用"memory"方便

声明: 本文由( 鲁智森也有文化 )原创编译,转载请保留链接: gcc内嵌汇编的语法介绍

gcc内嵌汇编的语法介绍:等您坐沙发呢!

发表评论


QQ群互动

Linux系统与内核学习群:194051772

WP建站技术学习交流群:194062106

魔豆之路QR

魔豆的Linux内核之路

魔豆的Linux内核之路

优秀工程师当看优秀书籍

优秀程序员,要看优秀书!

赞助商广告

友荐云推荐