AT&T汇编语言与GCC内嵌汇编简介

### AT&T汇编语言与GCC内嵌汇编简介 #### AT&T与INTEL汇编语言语法的区别 在深入了解AT&T汇编语言与GCC内嵌汇编之前，我们首先需要了解这两种汇编语言之间的区别，尤其是与传统的Intel汇编语言相比。 ##### 1.1 大小写 Intel格式的指令通常使用大写字母来表示指令名称，而AT&T格式则使用小写字母。例如： - Intel格式：`MOV AX, EBX` - AT&T格式：`movl %ebx, %eax` ##### 1.2 操作数赋值方向 在Intel语法中，第一个操作数表示目的操作数，第二个操作数表示源操作数，赋值方向是从右向左。而在AT&T语法中，第一个操作数为源操作数，第二个为目的地操作数，方向是从左到右，这更符合自然的书写习惯。例如： - Intel格式：`MOV AX, EBX` - AT&T格式：`movl %ebx, %eax` ##### 1.3 前缀 在Intel语法中，寄存器和立即数都不需要额外的前缀。而在AT&T汇编语言中，寄存器需要加上前缀“%”，立即数则需要加上前缀“$”。例如： - Intel格式：`MOV AX, 1` - AT&T格式：`movl $1, %eax` 对于符号常数，可以直接引用，不需要加任何前缀，如`movl value, %ebx`，这里的`value`是一个常数。如果在符号前加前缀`$`，则表示引用该符号的地址，如`movl $value, %ebx`，这是将`value`的地址放到`ebx`中。 此外，总线锁定前缀“lock”在Linux内核代码中被广泛使用，特别是在SMP（Symmetric Multi-Processing）环境中。当总线被锁定后，其他CPU不能访问被锁定地址处的内存单元。 ##### 1.4 间接寻址语法 Intel格式中使用方括号`[]`来表示基地址，而在AT&T格式中则使用圆括号`()`。对于复杂的操作数表达方式，Intel格式的语法为`Segreg:[base + index * scale + disp]`，而在AT&T格式中则为`%segreg:disp(base, index, scale)`，其中`segreg`、`index`、`scale`和`disp`都是可选参数。如果没有显式指定`scale`，则默认为1。`scale`和`disp`不需要加前缀“&”。 例如： - Intel格式：`Instr foo, segreg:[base + index * scale + disp]` - AT&T格式：`instr %segreg:disp(base, index, scale), foo` ##### 1.5 后缀 AT&T语法中，大部分指令的操作码最后一个字母表示操作数的大小：“b”表示字节（1字节）、“w”表示字（2字节）、“l”表示长字（4字节）。Intel格式中也有类似的表示方法，如`BYTEPTR`、`WORDPTR`和`DWORDPTR`等。 例如： - Intel格式：`MOVAL, BL` - AT&T格式：`movb %bl, %al` 在AT&T汇编指令中，操作数扩展指令有两个后缀，一个指定源操作数的字长，另一个指定目标操作数的字长。符号扩展指令为`movs`，零扩展指令为`movz`。例如，“movsbl %al, %edx”表示对寄存器`al`中的字节数据进行字节到长字的符号扩展，并将结果存放在寄存器`edx`中。 跳转指令标号后的后缀表示跳转方向：“f”表示向前（forward），“b”表示向后（back）。 #### 2. GCC内嵌汇编 ##### 2.1 简介 GCC（GNU Compiler Collection）是一个强大的编译器集合，支持多种编程语言。GCC提供了内嵌汇编的功能，允许用户在C/C++程序中直接嵌入汇编指令。这种功能对于实现特定优化或者直接访问硬件非常重要。 ##### 2.2 内嵌汇编举例 下面是一个简单的内嵌汇编示例： ```c #include <stdio.h> int main(void) { int a = 10; int b = 20; int c; __asm__ ("addl %2, %1" : "=r" (c) // 输出 : "r" (a), "r" (b) // 输入 : "cc"); // 破坏描述 printf("a + b = %d\n", c); return 0; } ``` 在这个例子中，我们使用了GCC内嵌汇编语法来执行一个加法操作。 ##### 2.3 语法 内嵌汇编的语法主要包括以下几部分： ###### 2.3.1 汇编语句模板 内嵌汇编的基本结构是由双下划线`__asm__`关键字开始，后面跟着一对圆括号，其中包含汇编指令字符串。 ```c __asm__ ("assembly-template" : output-operands : input-operands : clobber-list); ``` ###### 2.3.2 输出部分 输出部分用来定义汇编指令执行后需要更新的变量。每个输出变量都必须有一个对应的约束字符，用于告诉GCC如何将变量传递给汇编器。 ```c : "=r" (c) // 输出 ``` 这里`"=r"`是一个约束字符，它告诉GCC将变量`c`以任意寄存器的形式输出。 ###### 2.3.3 输入部分 输入部分定义了汇编指令需要使用的变量。每个输入变量同样需要有对应的约束字符。 ```c : "r" (a), "r" (b) // 输入 ``` 在这里，`"r"`表示可以使用任意寄存器来传递变量`a`和`b`。 ###### 2.3.4 限制字符 限制字符用于指定变量如何在汇编指令中被使用。常见的限制字符包括但不限于： - `"="` 表示变量将在汇编指令执行后被修改。 - `""` 表示变量可以在汇编指令执行前后保持不变。 - `"r"` 表示变量可以通过任意寄存器传递。 - `"m"` 表示变量可以通过内存位置传递。 此外，还有许多其他限制字符，具体取决于具体的处理器架构。 ###### 2.3.5 破坏描述部分 破坏描述部分列出了可能因执行汇编指令而被更改的寄存器或其他资源。这对于防止编译器对这些寄存器进行优化至关重要。 ```c : "cc"; // 破坏描述 ``` 这里的`"cc"`表示条件码寄存器可能会被改变。 ##### 2.4 GCC如何编译内嵌汇编代码 GCC在编译内嵌汇编代码时会遵循一定的规则： 1. **解析**: GCC会解析内嵌汇编代码块，确定输入和输出操作数以及它们的约束。 2. **翻译**: 接着，GCC会将内嵌汇编代码翻译成机器语言。 3. **链接**: GCC会确保内嵌汇编代码与周围的C/C++代码正确地链接在一起。 在整个过程中，GCC会尽力确保内嵌汇编代码与周围代码的兼容性和一致性，同时也会考虑性能优化。 #### 3. 后记 通过本文的介绍，我们可以了解到AT&T汇编语言与Intel汇编语言之间的一些主要区别，以及如何使用GCC内嵌汇编语法来编写高效的程序。掌握这些知识对于深入学习Linux内核或进行底层系统编程至关重要。未来的学习者可以通过实践进一步加深理解，并利用这些工具和技术来解决实际问题。