gcc内联汇编

1. 介绍

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. 语法

2.1 最基本的格式

__asm__("asm statements");
__asm__("nop");   //空语句
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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");
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2.2 内联汇编格式

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

代表的意义如下： 
__asm__("汇编指令部分"
		:输出寄存器
		:输入寄存器
		:会被修改的寄存器
		)
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内嵌汇编以":"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
)
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"__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。
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__asm__ __violate__ (
  "movl %1,%0"
 : "=r" (result) 
 : "r" (input));
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• “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， 等号后面的 “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的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

常用限制符的意义如下：

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
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3. c 语言内嵌汇编举例

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

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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

3.1 内嵌汇编组成部分

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;})
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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))
"0"表示使用与上面同个位置的输出相同的寄存器, 将seg的值放入eax寄存器中，

((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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