C语言内联AT&T汇编概要

C语言内联AT&T汇编概要

1 AT&T 语法概要
1.1 寄存器
    8位：  %ah %al
    16位：%ax
    32位：%eax
    64位：%rax
 
1.2 操作符
    8位：  b
    16位：w
    32位：l
    64位：q

1.3 操作数方向
    源 -> 目的

1.4 立即数
    $64

1.5 内存引用
    Intel格式：section:[base+index*scale+displacement]  
        e.g：mov  [ebp+eax*2-0x10], 0x41
    AT&T：    section:displacement(base,index,scale)     
        e.g：movb $0x41, -0x10(%ebp,%eax,2)


2 内联格式 

__asm__ __volatile__ (
    "movl $1, %%eax ;\n"
    : output
    : imput
    : modify
    );

2.1 __volatile__ 不解释。
2.2 每句汇编在 " " 以内，且以 ;\n 结束。
2.3 在内联格式中，寄存器要写为%%rax %%eax格式；%0 %1为占位符使用。
2.4 output/imput 关联到 C 变量/常量。
2.5 modify 向编译器指明不需要优化的部份，如 "memory" "ax" "bx"。


3 output/imput 的详细分析
    output/imput 可以理解为与C语言的接口，几乎所有的内联都会用到这两个域，所以本文会详细描述这两者的区别。

3.1 一个内联的例程

void example( )
{
    char c = 'a';

    __asm__ __volatile__ (
            "movb $84, %0 ; \n"
            : "=r" (c) //output
            :          //input
            : "memory"
    );

    printf("[%c]\n", c);
}

3.2 常用操作约束
    在上面例子中的output域引号中的内容，就是“操作约束”（Operation Constraint）；操作约束后括号内，就是C语言的变量或者常量。
    操作约束分为两部分：操作约束  "="  和 存储约束 "r" 。
    操作约束：“=” Write-Only
                    “+” Read-Write。
    存储约束：r  根据操作符使用一个通用寄存器，由GCC自行选取。
                    a  根据操作符使用 %rax %eax %ax %al
                    b  根据操作符使用 %rbx %ebx %bx %bl
                    c  根据操作符使用 %rcx %ecx  %cx  %cl
                    d  根据操作符使用 %rdx %edx %dx %dl
                    m 直接使用内存
    注：1. output/input可以指定多个接口，之间以","分隔。但最多不超过10个。
          2. 操作约束并没有一一列举，还有一些不太常用的如"=&a"()可以在自行google。
    
3.3 指定约束条件后，对C变量/常量的真实操作
    本节会详细分析三种操作约束后，真实的操作情况。其它约束可以以此类推。
        
3.3.1为了方便对比，我们先看output域中，操作约束为"+"（Read-Write）的情况
    先看将例程中的output域修改，并编译为汇编的结果：

: "+r" (c) //output

    这里可以看出，output域在"+"的情况下：
    1. 程序先将变量 c 的值载入寄存器 %bl（虽然是先载入 %eax, 而后传到 %ebx）
    2. 执行汇编语句
    3. 将 %bl 的值写回 c 的内存地址

3.3.2 output域中，操作约束为"="（Write-Only）的情况
    先看将例程中的output域修改，并编译为汇编的结果：

: "=r" (c) //output

    output域，在 "=" （Write-Only）时，程序不会将变量c的值载入（"r"）指定的寄存器 %bl：
    1. 执行汇编语句
    2. 将 %bl 的值写回 c 的内存地址

3.3.3 input域的情况
    同样，修改例程中的input域，并编译为汇编的结果：

: "r" (c) //input

    input域就没有必要再指定操作约束是 "+"还是"="，因为作为输入域，本来就是会载入变量值的；但是因为同样的原因，输入域也不会再把该寄存器的值写回变量所在的内存；也就是说，如果不作其它的处理，该寄存器中的值会被丢掉，程序流程如下：
    1. 程序先将变量 c 的值载入寄存器 %al（整体装入到 %eax）
    2. 执行汇编语句

    对比了以上三种情况，我们可以在内嵌汇编时，灵活使用操作约束来操作 c的变量。


4 顺带说下占位符
    在前面第二节说过，寄存器要写为%%rax %%eax格式；%0 %1为占位符使用。
    占位符可以理解为：output/input域指定的，从头开始数，第一个为 %0，第二个为 %1，以此类推。
    例如：

: "+r" (c)
: "a" (c1), "b" (c2)

    这时候，c c1 c2三个变量对应寄存器的占位符分别对应为：%0 %1 %2    
    占位符的用处：
    1）比如 c 存放于一个GCC选择的通用寄存器，我们并不知道是哪个寄存器，所以只能通过 %0来调用
    2）对c1的使用，可以使用 %%eax 也可以 %1。但是当程序需要改动时，%1明显会减少很多工作量
    另外：占位符最多只能有10个，从 %0 到 %9


END.