GCC内嵌汇编之语法详解

GCC内嵌汇编之语法详解

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。

6、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。

7、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<int*>(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