GCC 内联汇编

February 03, 2020

GCC 支持内联汇编，格式如下：

asm ( assembler template
    : output operands               (optional)
    : input operands                (optional)
    : list of clobbered registers       (optional)
    );

asm 又可以写作 __asm__, __asm__主要用来避免命名冲突。 assembler template 就是内联的汇编代码， output operands, input operands, list of clobbered registers分别指代输入操作数，输入操作数，修饰寄存器列表。参数的顺序从左到右使用数字序号来引用，例如%0表示第一个参数。以下是几个 GCC 内联汇编的例子：

1. 内存操作数(Memory operand constraint(m))

__asm__("sidt %0\n" : :"m"(loc));

以上代码的作用等同于*loc = idt（idt 表示中断向量表）, "m"表示操作数位于内存中，其中%0表示第一个参数也就是loc。

2. 参数序号引用(Matching(Digit) constraints)

__asm__("incl %0" :"=a"(var):"0"(var));

在这个例子中var既用作输入参数由用作输出参数， =a表示使用eax寄存器来存放变量var， =是修饰符，表示输出变量，它告诉 GCC 这个变量的值会被覆盖。 “0"表示使用和第一个参数一样的存储来作为输出来源，在这里就是eax寄存器。这段代码展开后等价于：

mov var %eax
incl %eax
mov %eax, var

3. 常用寄存器的代号

我们知道a代表eax寄存器，x86 还有多种可用的寄存器，代号如下：

a %eax
b     %ebx
c     %ecx
d     %edx
S %esi
D %edi

还有一个特殊的代号r表示由 GCC 来选择可用的寄存器。

4. 修饰寄存器(clobbered register)

修饰寄存器可以理解为保留的不可用的寄存器。

asm ("movl $count, %%ecx;
      up: lodsl;
      stosl;
      loop up;"
    :           /* no output */
    :"S"(src), "D"(dst) /* input */
    :"%ecx", "%eax" );  /* clobbered list */

lodsl和stosl会隐式的使用eax和ecx寄存器。但是 GCC 并不知道这一点，所以它可能会在展开的代码中使用这两个寄存器，为了避免这种情况我们需要把eax和ecx添加到修饰寄存器列表中。

5. 参数修饰符

上面的例子中我们已经见过=修饰符，除了=以外还有三种修饰符：

+表示操作数在一条指令中既被读又背写
&表示表示输出寄存器不能和输入寄存器重叠，只能用来做输出
%告诉 GCC 该操作数可能被累加

6. 内联汇编的综合例子

int main(void)
{
    int x = 10, y;

    asm ("movl %1, %%eax;
         "movl %%eax, %0;"
        :"=r"(y)    /* y is output operand */
        :"r"(x)     /* x is input operand */
        :"%eax");   /* %eax is clobbered register */
}

以上代码展开后就是：

    main:
        pushl %ebp
        movl %esp,%ebp
        subl $8,%esp
        movl $10,-4(%ebp)
        movl -4(%ebp),%edx  /* x=10 is stored in %edx */
#APP    /* asm starts here */
        movl %edx, %eax     /* x is moved to %eax */
        movl %eax, %edx     /* y is allocated in edx and updated */

#NO_APP /* asm ends here */
        movl %edx,-8(%ebp)  /* value of y in stack is updated with
                   the value in %edx */

eax在修饰集群器列表中，所以我们看到内联汇编展开的代码中没有再引用eax寄存器。可以看到变量x和y都使用edx寄存器存储，有时候需要保证输入、输出变量使用不同的寄存器，这个是可以使用&修饰符：

    int main(void)
{
    int x = 10, y;

    asm ("movl %1, %%eax;
         "movl %%eax, %0;"
        :"=&r"(y)   /* y is output operand, note the
                   & constraint modifier. */
        :"r"(x)     /* x is input operand */
        :"%eax");   /* %eax is clobbered register */
}

展开后的代码是：

    main:
        pushl %ebp
        movl %esp,%ebp
        subl $8,%esp
        movl $10,-4(%ebp)
        movl -4(%ebp),%ecx  /* x, the input is in %ecx */
#APP
    movl %ecx, %eax
    movl %eax, %edx     /* y, the output is in %edx */

#NO_APP
        movl %edx,-8(%ebp)

可以看到现在x存在于ecx寄存器，而y存放于edx寄存器。