x86 inline assembly gcc/gas

每次都忘記, 每次都搞不清楚, 這次我決定記下來並且搞清楚。

gcc 的 inline assembly 有好幾種語法, 有簡單的、有複雜的, 這裡只介紹最複雜的那種 (placeholders : 那個 %0, %1, 完全搞不清楚。), 因為有這種最複雜的語法就可以搞定一切。我用一個對照的語法來說明, 這樣會比較好了解。這邊示範的是 x86 組合語言。

12-15, 26-29 直接拿來比對就知道 placeholders 到底怎麼用。
先把 "d"(data1) -> "r"(data1), "c"(data2) -> "r"(data2),
"=a"(result) -> "=r"(result), 夠簡單吧！
d 表示使用 edx
c 表示使用 ecx
a 表示使用 eax
r 表示使用任何可用的 general-purpose register
所以用 r 可能還是會用到 edx, ecx, eax 的組合, 或是 ebx, edx, eax, 讓 compiler 來煩惱就好。

再來是神奇的 %0, %1, %2

imull %%edx, %%ecx
L29 注解寫著 %1 -> data1, data1 在 15 行是 "d"(data1), d 表示 edx, 所以換掉 %%edx =>
imull %1, %%ecx

"movl %%ecx, %%eax"
參照 line 28, 14 =>
"movl %%ecx, %0"

參照 line 29, 15
依樣畫葫蘆得到
%%ecx -> %2
所以
imull %1, %%ecx
imull %1, %2

"movl %%ecx, %0"
"movl %2, %0"

這就變成 line 26 - 29 的 placeholders 版本。

看看產生的組合語言程式 (inline_asm_placeholders.s line 20, 21), 使用 r 的版本 (placeholders) 只用了 eax, edx, 沒有用到 ecx register。placeholders 的語法還可以最佳化轉譯出來的組合語言程式碼。

inline_asm.c

 #include <stdio.h>

 #define PLACEHOLDERS

 #ifndef PLACEHOLDERS
 int main(void)
 {
   int data1=10;
   int data2=20;
   int result;

   asm("imull %%edx, %%ecx\n\t" (%edx, %ecx 暫存器的值相乘後存回 %ecx (這是 at&t 語法的關係) )
       "movl %%ecx, %%eax" (這麼簡單不用說明吧！)
       :"=a"(result) (a (eax) 的值存入 result, = 表示從暫存器 output 到變數, 名為 Constraint Modifiers)
       :"d"(data1), "c"(data2)); // data1 存入 d(edx), data2 存入 c (ecx)
   printf("the result is %d\n", result);
   return 0;
 }
 #else
 int main(void)
 {
   int data1=10;
   int data2=20;
   int result;

   asm ("imull %1, %2\n\t"
        "movl %2, %0"
        :"=r"(result) // %0 (result)
        :"r"(data1), "r"(data2)); // %1 (data1), %2 (data2)
   printf("placeholders : the result is %d\n", result);
   return 0;
 }
 #endif

inline_asm.s

  .file "inline_asm.c"
  .section .rodata
 .LC0:
  .string "the result is %d\n"
  .text
 .globl main
  .type main, @function
 main:
  pushl %ebp
  movl %esp, %ebp
  andl $-16, %esp
  subl $32, %esp
  movl $10, 28(%esp)
  movl $20, 24(%esp)
  movl 28(%esp), %eax
  movl 24(%esp), %ecx
  movl %eax, %edx
 #APP
 # 12 "inline_asm.c" 1
  imull %edx, %ecx
  movl %ecx, %eax
 # 0 "" 2
 #NO_APP
  movl %eax, 20(%esp)
  movl $.LC0, %eax
  movl 20(%esp), %edx
  movl %edx, 4(%esp)
  movl %eax, (%esp)
  call printf
  movl $0, %eax
  leave
  ret
  .size main, .-main
  .ident "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"
  .section .note.GNU-stack,"",@progbits

inline_asm_placeholders.s

  .file "inline_asm.c"
  .section .rodata
  .align 4
 .LC0:
  .string "placeholders : the result is %d\n"
  .text
 .globl main
  .type main, @function
 main:
  pushl %ebp
  movl %esp, %ebp
  andl $-16, %esp
  subl $32, %esp
  movl $10, 28(%esp)
  movl $20, 24(%esp)
  movl 28(%esp), %eax
  movl 24(%esp), %edx
 #APP
 # 26 "inline_asm.c" 1
  imull %eax, %edx
  movl %edx, %eax
 # 0 "" 2
 #NO_APP
  movl %eax, 20(%esp)
  movl $.LC0, %eax
  movl 20(%esp), %edx
  movl %edx, 4(%esp)
  movl %eax, (%esp)
  call printf
  movl $0, %eax
  leave
  ret
  .size main, .-main
  .ident "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"
  .section .note.GNU-stack,"",@progbits

ref:
professional assembly language p372 - 374
http://www.ibiblio.org/gferg/ldp/GCC-Inline-Assembly-HOWTO.html#s6