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GCC 行內匯編基礎

2021-10-11 07:33:00 後端開發

GCC 行內匯編

MIT6.828的實驗中,有幾處用到了很底層的函式,都以行內匯編的形式存在,例如

static inline uint32_t
read_esp(void)
{
	uint32_t esp;
	asm volatile("movl %%esp,%0" : "=r" (esp));
	return esp;
}
static inline uint32_t
read_ebp(void)
{
	uint32_t ebp;
	asm volatile("movl %%ebp,%0" : "=r" (ebp));
	return ebp;
}

因此這篇博客對于行內匯編的基本用法做一個總結,

首先是一般的形式,只能使用全域變數來傳遞資料,例如如下程式(插入在kern/monitor.c):

uint32_t  test_val=0;
int mon_backtrace(int argc, char **argv, struct Trapframe *tf)
{
	uint32_t *ebp=(uint32_t*)read_ebp();
	cprintf("the ebp provided is :%8x and eip is %8x\n",ebp,ebp[1]);
	// you could use simple asm if you use global variables
	asm volatile(    	
        	"push %eax			\n"
		"mov  %ebp,%eax		        \n"
		"mov  %eax,test_val	        \n"
		"popl  %eax			\n"
	);
	cprintf("my ebp is %8x\n",(uint32_t*)test_val);
	return 0;
}

運行結果如下

這里就跟普通的匯編一樣的使用方式,注意關鍵字volatile是為了防止被優化,還有每行匯編陳述句后面的\n,又或者如這段程式

int32_t eip=0;
int main()
{
    //basic inline assembly
    //global variable can be use
    asm volatile(   	
        		"push %eax		\n"
		    	"call .testpop	\n"
		    	".testpop:		\n"
		    	"pop  %ebx		\n"
		    	"movl %ebx,%eax	\n"
		    	"movl %eax,eip	\n"
		    	"pop  %eax		\n"
    );
    printf("the eip is :%x\n",eip);
    
    asm volatile(   	
        		"push %eax		\n"
		    	"movl %ebp,%eax	\n"
		    	"movl %eax,eip	\n"
		    	"pop  %eax		\n"
    );
    printf("the ebp is :%x\n",eip);
    return 0;
}

如果只能使用全域變數,必然會有很多不方便,為了能使用區域變數,需要使用擴展的行內匯編,擴展的行內匯編形式如下

asm("assembly code"
        :output location
        :input orperands
        :changed registers
);

其中

output location :輸出的放哪兒

input operands :哪些輸入

changed registers:改變了哪些暫存器

并且輸入和輸出部分都是如下形式

"constraint"(variable)

約束符主要是限制暫存器的使用

a 	use %eax %ax or %al
b	use %ebx,%bx,or %bl
c	use %ecx,%cx,or %cl
d 	use %edx,%dx,or %dl
S	use %esi or %si
D	use %edi or %si
r	use any available register
q 	use one of %eax,%ebx,%ecx or %edx
A	use %eax&%edx for 64-bit value
f	use float register
m	use memory location of variable

同時可以加上修飾符

+ 	read & write 
=	only write

來看一段程式

uint32_t ebp;
    __asm__ __volatile__(
    		"push %%eax        \n\t"
    		"mov  %%ebp,%%eax  \n\t"
    		"mov  %%eax,%%edx  \n\t"
        	"pop  %%eax       "
    		:"=d"(ebp)
    		:
    		:"%eax"
    );
    printf("the ebp is %8x\n",(uint32_t*)ebp);

這里"=d"(ebp)意思是輸出使用暫存器%edx,并且把結果放到變數ebp中,沒有輸入所以省略,但是冒號不能省,這個程序改變了%eax,注意的是,編譯器默認輸入輸出中涉及的暫存器都被改變,因此不能再將這部分暫存器寫到改變部分去,注意匯編代碼中的暫存器%eax要寫成%%eax,每條陳述句完要寫\n\t

再來看一段程式

int xa=6;
int xb=2;
int result_1;
__asm__ __volatile__(
    "add  %%ebx,%%eax    \n\t"
    "movl $2,%%ecx       \n\t"
    "mul  %%ecx          \n\t"   
    "movl %%eax,%%edi    \n\t" 
    "movl %%eax,%%edx"
    :"=d"(result_1)     
    :"a"(xa),"b"(xb)
    :"%ecx","%edi"
); 
printf("the result is %d\n",result_1);

:"=d"(result_1)輸出使用%edx,放到result_1這個變數中;

:"a"(xa),"b"(xb)輸入變數xa的值放到%eax中,xb的值放到%ebx中;

:"%ecx","%edi"這個程序還改變了%ecx%edi

再來看一個例子

int data1=10;
int data2=20;
int result;
__asm__ __volatile__(
    "imul %%edx ,%%ecx \n\t"
    "movl %%ecx ,%%eax \n\t"
    :"=a"(result)
    :"d"(data1),"c"(data2)   		
);
printf("10*20 is %d\n",result);
    

有了上面的例子,這個應該就很好理解了,然而在我們看別人寫的行內匯編中,有時會出現%0,%1這種,這叫占位符,就是代表第幾個運算元所在的暫存器,例如看如下代碼

// %0 is the register to store result
// %1 is the register to store data1
// %2 is the register to store data2
__asm__ __volatile__(
    "imul %1 ,%2 \n\t"
    "movl %2 ,%0 \n\t"
    :"=r"(result)
    :"r"(data1),"r"(data2)   		
);
printf("10*20 is %d\n",result);

這里使用了限定符r就是,讓編譯器自己選擇可用的暫存器,注意這里改變的暫存器串列為空,需要連帶冒號一起省略,

同時,也可以用輸入變數來接受結果,結合占位符,有如下代碼

__asm__ __volatile__(
    "imul %1 ,%0 \n\t"
    :"=r"(data2)
    :"r"(data1),"0"(data2)   		
);

輸入和輸出都是data2

但是,如果輸入輸出過多,還用數字就會顯得不太好,因此gcc也有一個方便的做法

data1=10;
data2=20;
__asm__ __volatile__(
    "imul %[value1] ,%[value2] 	\n\t"
    :[value2]"=r"(data2)
    :[value1]"r"(data1),"0"(data2)   		
);
printf("10*20 is %d\n",data2);   

全文的測驗代碼如下:



//test_asm.c
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

int32_t eip=0;
int main()
{
    //basic inline assembly
    asm volatile(   	
        "push %eax	\n"
        "call .testpop	\n"
        ".testpop:	\n"
        "pop  %ebx	\n"
        "movl %ebx,%eax\n"
        "movl %eax,eip	\n"
        "pop  %eax	\n"
    );
    printf("the eip is :%x\n",eip);
    
    asm volatile(   	
        "push %eax	\n"
        "movl %ebp,%eax\n"
        "movl %eax,eip	\n"
        "pop  %eax	\n"
    );
    printf("the ebp is :%x\n",eip);
   
   uint32_t ebp;
    __asm__ __volatile__(
        "push %%eax        \n\t"
        "mov  %%ebp,%%eax  \n\t"
        "mov  %%eax,%%edx  \n\t"
        "pop  %%eax       "
        :"=d"(ebp)
        :
        :"%eax"
    );
    printf("the ebp is %8x\n",(uint32_t*)ebp);
    
    int xa=6;
    int xb=2;
    int result_1;
    __asm__ __volatile__(
        "add  %%ebx,%%eax    \n\t"
        "movl $2,%%ecx       \n\t"
        "mul  %%ecx          \n\t"   
        "movl %%eax,%%edi    \n\t" 
        "movl %%eax,%%edx"
        :"=d"(result_1)     
        :"a"(xa),"b"(xb)
        :"%ecx","%edi"
    ); 
    printf("the result is %d\n",result_1);
    
    
    int data1=10;
    int data2=20;
    int result;
    __asm__ __volatile__(
        "imul %%edx ,%%ecx \n\t"
        "movl %%ecx ,%%eax \n\t"
        :"=a"(result)
        :"d"(data1),"c"(data2)   		
    );
    printf("10*20 is %d\n",result);
    
    __asm__ __volatile__(
        "imul %1 ,%2 \n\t"
        "movl %2 ,%0 \n\t"
        :"=r"(result)
        :"r"(data1),"r"(data2)   		
    );
    printf("10*20 is %d\n",result);
    
    // you could refer them
    // 0 means use the first register to store the input and output
    __asm__ __volatile__(
        "imul %1 ,%0 \n\t"
        :"=r"(data2)
        :"r"(data1),"0"(data2)   		
    );
    printf("10*20 is %d\n",data2);
    
    // you could rename
    // [name] "constraint"(variable)
    data1=10;
    data2=20;
    __asm__ __volatile__(
        "imul %[value1] ,%[value2] \n\t"
        :[value2]"=r"(data2)
        :[value1]"r"(data1),"0"(data2)   		
    );
    printf("10*20 is %d\n",data2);   
    return 0;
}


編譯指令: gcc -O0 -m32 test_asm.c -o test

結果如下

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/308196.html

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