参考:http://blog.sina.com.cn/s/blog_51e9c0ab010099ow.html
一、AT&T
格式Linux 汇编语法格式
  1. 在 AT&T
    汇编格式中,寄存器名要加上 ‘%’ 作为前缀;而在
    Intel
    汇编格式中,寄存器名不需要加前缀。例如:
AT&T
格式
Intel
格式
pushl %eax
push eax
  1. 在 AT&T
    汇编格式中,用 ‘$’
    前缀表示一个立即操作数;而在 Intel
    汇编格式中,立即数的表示不用带任何前缀。例如:
AT&T
格式
Intel
格式
pushl $1
push 1
  1. AT&T 和 Intel
    格式中的源操作数和目标操作数的位置正好相反。在
    Intel
    汇编格式中,目标操作数在源操作数的左边;而在
    AT&T
    汇编格式中,目标操作数在源操作数的右边。例如:
AT&T
格式
Intel
格式
addl $1, %eax
add eax, 1
  1. 在 AT&T
    汇编格式中,操作数的字长由操作符的最后一个字母决定,后缀’b’、’w’、’l’分别表示操作数为字节(byte,8
    比特)、字(word,16
    比特)和长字(long,32比特);而在 Intel
    汇编格式中,操作数的字长是用 “byte ptr” 和 “word
    ptr” 等前缀来表示的。例如:
AT&T
格式
Intel
格式
movb val, %al
mov al, byte ptr val
  1. 在 AT&T
    汇编格式中,绝对转移和调用指令(jump/call)的操作数前要加上’*’作为前缀,而在
    Intel 格式中则不需要。
  2. 远程转移指令和远程子调用指令的操作码,在
    AT&T 汇编格式中为 “ljump” 和
    “lcall”,而在 Intel 汇编格式中则为 “jmp far” 和 “call
    far”,即:
AT&T
格式
Intel
格式
ljump $section, $offset
jmp far section:offset
lcall $section, $offset
call far section:offset
  1. 与之相应的远程返回指令则为:
AT&T
格式
Intel
格式
lret $stack_adjust
ret far stack_adjust
  1. 在 AT&T
    汇编格式中,内存操作数的寻址方式是
section:disp(base, index, scale)
  1. 而在 Intel
    汇编格式中,内存操作数的寻址方式为:
section:[base + index*scale + disp]
  1. 由于 Linux
    工作在保护模式下,用的是 32
    位线性地址,所以在计算地址时不用考虑段基址和偏移量,而是采用如下的地址计算方法:
disp + base + index * scale
  1. 下面是一些内存操作数的例子:
AT&T
格式
Intel
格式
movl -4(%ebp), %eax
mov eax, [ebp – 4]
movl array(, %eax, 4), %eax
mov eax, [eax*4 + array]
movw array(%ebx, %eax, 4), %cx
mov cx, [ebx + 4*eax + array]
movb $4, %fs:(%eax)
mov fs:eax, 4
二、Hello
World!
既然所有程序设计语言的第一个例子都是在屏幕上打印一个字符串
“Hello World!”,那我们也以这种方式来开始介绍 Linux
下的汇编语言程序设计。
在 Linux
操作系统中,你有很多办法可以实现在屏幕上显示一个字符串,但最简洁的方式是使用
Linux
内核提供的系统调用。使用这种方法最大的好处是可以直接和操作系统的内核进行通讯,不需要链接诸如
libc 这样的函数库,也不需要使用 ELF
解释器,因而代码尺寸小且执行速度快。
Linux 是一个运行在保护模式下的 32
位操作系统,采用 flat memory
模式,目前最常用到的是 ELF
格式的二进制代码。一个 ELF
格式的可执行程序通常划分为如下几个部分:.text、.data
和 .bss,其中 .text 是只读的代码区,.data
是可读可写的数据区,而 .bss
则是可读可写且没有初始化的数据区。代码区和数据区在
ELF 中统称为
section,根据实际需要你可以使用其它标准的
section,也可以添加自定义 section,但一个 ELF
可执行程序至少应该有一个 .text
部分。下面给出我们的第一个汇编程序,用的是
AT&T 汇编语言格式:
例1. AT&T 格式
#hello.s
.data????????????????????#
数据段声明
????????msg
: .string “Hello, world!\\n” # 要输出的字符串
????????len
= . –
msg??????????????????
# 字串长度
.text????????????????????#
代码段声明
.global
_start??????????
# 指定入口函数
_start:??????????????????#
在屏幕上显示一个字符串
????????movl
$len, %edx??#
参数三:字符串长度
????????movl
$msg, %ecx??#
参数二:要显示的字符串
????????movl
$1,
%ebx????#
参数一:文件描述符(stdout)
????????movl
$4,
%eax????#
系统调用号(sys_write)
????????int??$0x80??????
# 调用内核功能
????????????????????????
# 退出程序
????????movl
$0,%ebx????
# 参数一:退出代码
????????movl
$1,%eax????
# 系统调用号(sys_exit)
????????int??$0x80??????
# 调用内核功能
初次接触到 AT&T
格式的汇编代码时,很多程序员都认为太晦涩难懂了,没有关系,在
Linux 平台上你同样可以使用 Intel
格式来编写汇编程序:
例2. Intel 格式
; hello.asm
section
.data????????????;
数据段声明
????????msg
db “Hello, world!”,
0xA????
; 要输出的字符串
????????len
equ $ –
msg????????????????
; 字串长度
section
.text????????????;
代码段声明
global
_start????????????;
指定入口函数
_start:??????????????????;
在屏幕上显示一个字符串
????????mov
edx,
len????
; 参数三:字符串长度
????????mov
ecx,
msg????
; 参数二:要显示的字符串
????????mov
ebx,
1??????
; 参数一:文件描述符(stdout)
????????mov
eax,
4??????
; 系统调用号(sys_write)
????????int
0x80????????
; 调用内核功能
????????????????????????
; 退出程序
????????mov
ebx,
0??????
; 参数一:退出代码
????????mov
eax,
1??????
; 系统调用号(sys_exit)
????????int
0x80????????
; 调用内核功能
上面两个汇编程序采用的语法虽然完全不同,但功能却都是调用
Linux 内核提供的 sys_write
来显示一个字符串,然后再调用 sys_exit
退出程序。在 Linux 内核源文件 include/asm-i386/unistd.h
中,可以找到所有系统调用的定义。
即便是最简单的汇编程序,也难免要用到诸如输入、输出以及退出等操作,而要进行这些操作则需要调用操作系统所提供的服务,也就是系统调用。除非你的程序只完成加减乘除等数学运算,否则将很难避免使用系统调用,事实上除了系统调用不同之外,各种操作系统的汇编编程往往都是很类似的。
在 Linux
平台下有两种方式来使用系统调用:利用封装后的
C
库(libc)或者通过汇编直接调用。其中通过汇编语言来直接调用系统调用,是最高效地使用
Linux
内核服务的方法,因为最终生成的程序不需要与任何库进行链接,而是直接和内核通信。
和 DOS 一样,Linux
下的系统调用也是通过中断(int
0x80)来实现的。在执行 int 80 指令时,寄存器 eax
中存放的是系统调用的功能号,而传给系统调用的参数则必须按顺序放到寄存器
ebx,ecx,edx,esi,edi
中,当系统调用完成之后,返回值可以在寄存器 eax
中获得。
所有的系统调用功能号都可以在文件
/usr/include/bits/syscall.h
中找到,为了便于使用,它们是用
SYS_<name>
这样的宏来定义的,如 SYS_write、SYS_exit
等。例如,经常用到的 write
函数是如下定义的:
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t
count);
该函数的功能最终是通过 SYS_write
这一系统调用来实现的。根据上面的约定,参数
fb、buf 和 count 分别存在寄存器 ebx、ecx 和 edx
中,而系统调用号 SYS_write 则放在寄存器 eax 中,当
int 0x80 指令执行完毕后,返回值可以从寄存器 eax
中获得。
或许你已经发现,在进行系统调用时至多只有 5
个寄存器能够用来保存参数,难道所有系统调用的参数个数都不超过
5 吗?当然不是,例如 mmap 函数就有 6
个参数,这些参数最后都需要传递给系统调用
SYS_mmap:
void * mmap(void *start, size_t length, int prot
, int flags, int fd, off_t offset);c
当一个系统调用所需的参数个数大于
5 时,执行int 0x80
指令时仍需将系统调用功能号保存在寄存器 eax
中,所不同的只是全部参数应该依次放在一块连续的内存区域里,同时在寄存器
ebx
中保存指向该内存区域的指针。系统调用完成之后,返回值仍将保存在寄存器
eax 中。
由于只是需要一块连续的内存区域来保存系统调用的参数,因此完全可以像普通的函数调用一样使用栈(stack)来传递系统调用所需的参数。但要注意一点,
Linux 采用的是 C
语言的调用模式,这就意味着所有参数必须以相反的顺序进栈,即最后一个参数先入栈,而第一个参数则最后入栈。如果采用栈来传递系统调用所需的参数,在执行
int 0x80
指令时还应该将栈指针的当前值复制到寄存器
ebx中。
在 Linux
操作系统中,当一个可执行程序通过命令行启动时,其所需的参数将被保存到栈中:首先是
argc,然后是指向各个命令行参数的指针数组
argv,最后是指向环境变量的指针数据
envp。在编写汇编语言程序时,很多时候需要对这些参数进行处理,下面的代码示范了如何在汇编代码中进行命令行参数的处理:
例3. 处理命令行参数
# args.s
.text
.globl _start
_start:
popl %ecx # argc
vnext:
popl %ecx # argv
test %ecx, %ecx #
空指针表明结束
jz exit
movl %ecx, %ebx
xorl %edx, %edx
strlen:
movb (%ebx), %al
inc %edx
inc %ebx
test %al, %al
jnz strlen
movb $10, -1(%ebx)
movl $4, %eax #
系统调用号(sys_write)
movl $1, %ebx #
文件描述符(stdout)
int $0x80
jmp vnext
exit: movl $1,%eax #
系统调用号(sys_exit)
xorl %ebx, %ebx # 退出代码
int $0x80
ret

 

六、GCC
内联汇编

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。
GCC
提供了很好的内联汇编支持,最基本的格式是:
__asm__(“asm statements”);
例如:
__asm__(“nop”);
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,例如:
__asm__( “pushl %%eax \\n\\t”
“movl $0, %%eax \\n\\t”
“popl %eax”);
通常嵌入到 C
代码中的汇编语句很难做到与其它部分没有任何关系,因此更多时候需要用到完整的内联汇编格式:
__asm__(“asm statements” : outputs : inputs :
registers-modified);
插入到 C
代码中的汇编语句是以”:”分隔的四个部分,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。
在将汇编语句嵌入到C代码中时,操作数如何与C代码中的变量相结合是个很大的问题。GCC采用如下方法来解决这个问题:程序员提供具体的指令,而对寄存器的使用则只需给出”样板”和约束条件就可以了,具体如何将寄存器与变量结合起来完全由GCC和GAS来负责。
在GCC
内联汇编语句的指令部中,加上前缀”%”的数字(如%0,%1)表示的就是需要使用寄存器的”样板”操作数。指令部中使用了几个样板操作数,就表明有几个变量需要与寄存器相结合,这样GCC和GAS在编译和汇编时会根据后面给定的约束条件进行恰当的处理。由于样板操作数也使用”
%”作为前缀,因此在涉及到具体的寄存器时,寄存器名前面应该加上两个”%”,以免产生混淆。
紧跟在指令部后面的是输出部,是规定输出变量如何与样板操作数进行结合的条件,每个条件称为一个”约束”,必要时可以包含多个约束,相互之间用逗号分隔开就可以了。每个输出约束都以”=”号开始,然后紧跟一个对操作数类型进行说明的字后,最后是如何与变量相结合的约束。凡是与输出部中说明的操作数相结合的寄存器或操作数本身,在执行完嵌入的汇编代码后均不保留执行之前的内容,这是GCC在调度寄存器时所使用的依据。
输出部后面是输入部,输入约束的格式和输出约束相似,但不带”=”号。如果一个输入约束要求使用寄存器,则GCC在预处理时就会为之分配一个寄存器,并插入必要的指令将操作数装入该寄存器。与输入部中说明的操作数结合的寄存器或操作数本身,在执行完嵌入的汇编代码后也不保留执行之前的内容。
有时在进行某些操作时,除了要用到进行数据输入和输出的寄存器外,还要使用多个寄存器来保存中间计算结果,这样就难免会破坏原有寄存器的内容。在GCC内联汇编格式中的最后一个部分中,可以对将产生副作用的寄存器进行说明,以便GCC能够采用相应的措施。
下面是一个内联汇编的简单例子:
例4.内联汇编
int main()
{
int a = 10, b = 0;
__asm__ __volatile__(“movl %1,
%%eax;\\n\\r”
“movl %%eax, %0;”
:”=r”(b)
:”r”(a)
:”%eax”);
printf(“Result: %d, %d\\n”, a, b);
}
上面的程序完成将变量a的值赋予变量b,有几点需要说明:
  • 变量b是输出操作数,通过%0来引用,而变量a是输入操作数,通过%1来引用。
  • 输入操作数和输出操作数都使用r进行约束,表示将变量a和变量b存储在寄存器中。输入约束和输出约束的不同点在于输出约束多一个约束修饰符”=”。
  • 在内联汇编语句中使用寄存器eax时,寄存器名前应该加两个”%”,即%%eax。内联汇编中使用%0、%1等来标识变量,任何只带一个”%”的标识符都看成是操作数,而不是寄存器。
  • 内联汇编语句的最后一个部分告诉GCC它将改变寄存器eax中的值,GCC在处理时不应使用该寄存器来存储任何其它的值。
  • 由于变量b被指定成输出操作数,当内联汇编语句执行完毕后,它所保存的值将被更新。
在内联汇编中用到的操作数从输出部的第一个约束开始编号,序号从0开始,每个约束记数一次,指令部要引用这些操作数时,只需在序号前加上”%”作为前缀就可以了。需要注意的是,内联汇编语句的指令部在引用一个操作数时总是将其作为32位的长字使用,但实际情况可能需要的是字或字节,因此应该在约束中指明正确的限定符:
限定符
意义
“m”、”v”、”o”
内存单元
“r”
任何寄存器
“q”
寄存器eax、ebx、ecx、edx之一
“i”、”h”
直接操作数
“E”和”F”
浮点数
“g”
任意
“a”、”b”、”c”、”d”
分别表示寄存器eax、ebx、ecx和edx
“S”和”D”
寄存器esi、edi
“I”
常数(0至31)

页面下部广告

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

*

鲁ICP备17018668号-1