Ассемблерные вставки gcc (Семинары)

СП/ВМК/МГУ ©2013Ассемблерные вставки в компиляторе gccАссемблерные вставки используются для «насильственного» размещения в Си-программахассемблерного кода, явно заданного программистом. Содержимое ассемблерной вставки никаккомпилятором не анализируется, но имеется возможность описать то, как это содержимоевзаимодействует с переменными Си-программы и как изменятся регистры после выполненияэтого ассемблерного кода.Замечание.

Важно помнить, что после компиляции Си-программы, код ассемблерной вставкибудет транслироваться gas, а не nasm. Естественным синтаксисом gas является AT&T, существенноотличающийся от синтаксиса Intel. Современные версии gas поддерживают синтаксис Intel,переключиться на него можно специальной директивой, но диалект поддерживаемого синтаксисабудет отличаться от диалекта nasm рядом особенностей.Синтаксис оператора ассемблерной вставки следующий.__asm__ (вставка : список_выходных_операндовсписок_разрушаемых_регистров );:список_входных_операндов:Начинается оператор ассемблерной вставки с ключевого слова asm или __asm__, после чего вкруглых скобках следует ее описание.вставка представляет собой строковую константу с ассемблерными инструкциями.

В теле вставкимогут находиться не только ассемблерные инструкции, но и вообще любые директивы,распознаваемые ассемблером gas. В частности, это позволяет изменить используемый имсинтаксис инструкций по-умолчанию.Пример 1__asm__ (".intel_syntax noprefix\n\t""mov eax, %1\n\t""mov %0, eax\n\t"/* ассемблерная вставка */: "=r"(b)/* выходные операнды */: "r"(a)/* входные операнды */: "%eax"/* разрушаемые регистры */);Директива .intel_syntax меняет синтаксис AT&T на синтаксис Intel; необходимодополнительно указывать смену синтаксиса для операндов инструкций, noprefix, что позволитписать код в более близком к диалекту nasm виде, не используя при записи имен регистровпрефикс %.Допустима сокращенная версия вставки, состоящая только из строки с командами:asm("hlt\n\t");Для связи ассемблерных инструкций с переменными Си-программы используются следующие завставкой два элемента оператора: списки операндов, в которых операнды перечислены череззапятую.

Каждый описанный операнд затем может использоваться в ассемблерных инструкциях,обращение к нему осуществляется по номеру с префиксом %. Нумерация начинается с 0, и идетнепрерывно, объединяя все элементы списков выходных и входных операндов.СП/ВМК/МГУ ©2013Операнд имеет следующий вид:ограничение_типа (имя_переменной)имя_переменной – не что иное, как имя Си-переменой, значение которой вы хотите использоватьв ассемблерном коде.ограничение_типа – строковая константа, описывает допустимый тип операнда.В приведенном выше примере ассемблерные инструкции используют операнды 0 и 1,приведенные в двух списках."mov eax, %1\n\t""mov %0, eax\n\t"В первой инструкции в регистр eax, помещается значение операнда вставки №1, которыйявляется входным. Во второй инструкции в выходной операнд вставки (№0, т.к.

первым идетсписок выходных операндов), пересылается значение регистра eax.Для выходных операндов строка ограничения типа должна начинаться с символа `=`. Следующийв строке символ указывает (кодирует), куда компилятору нужно поместить значениесоответствующей переменной. Способ кодировки одинаковый для входных и выходныхоперандов вставки.: "=r"(b)/* выходные операнды */: "r"(a)/* входные операнды */Для рассматриваемого примера описание операндов требует размещения значения Сипеременной a на каком-либо регистре общего назначения (задано символом r), перед тем какначнет выполняться код вставки. После того как код вставки завершится, значение переменной bбудет находиться на регистре общего назначения и его потребуется записать в переменную b.Пример того, как компилятор организует связь вставки и Си-кода можно увидеть ниже.gcc -std=c99 -Wall -O0 -S -masm=intel asm_inline.cint f() {f:int a=10, b;pushebp__asm__ (".intel_syntax noprefix\n\t"movebp, esp"mov eax, %1\n\t"subesp, 16"mov %0, eax\n\t"movDWORD PTR [ebp-4], 10:"=r"(b)movedx, DWORD PTR [ebp-4]:"r"(a)#APP:"%eax"# 3 "asm_inline.c" 1);.intel_syntax noprefixreturn b;mov eax, edx}mov edx, eax# 0 "" 2#NO_APPmovDWORD PTR [ebp-8], edxmoveax, DWORD PTR [ebp-8]leaveretЗамечание.

Несмотря на ключ -masm=intel, синтаксис полученного кода несколько отличаетсяот синтаксиса nasm: после ключевого слова, описывающего размер операнда инструкции, gccСП/ВМК/МГУ ©2013помещает ключевое слово PTR. Другие различия диалектов синтаксиса Intel ассемблеров gas иnasm в данном фрагменте кода не проявляются.Как видно в ассемблерном листинге, gcc перед выполнением ассемблерной вставки поместилзначение переменной a на один из доступных регистров общего назначения, в данном случае –EDX. После того, как вставка закончила работать, этот же регистр использовался для пересылкизначения выходного операнда в переменную b.Ограничение типа позволяет в коде ассемблерной вставки использовать операнды согласнодопустимым форматам команд.

Если требуется, что бы операнд был размещен в памяти, вместосимвола r следует использовать символ m.В некоторых случаях требуется не только переслать значение переменной на регистр, но иобеспечить, чтобы это был конкретный регистр общего назначения. В этом случае вместо символаr используются следующие коды.Символьный кодРегистрыaeax, ax, albebx, bx, blcecx, cx, cldedx, dx, dlSesi, siDedi, diРазмер регистра будет выбран компилятором автоматически, исходя из размера данных.Следующий пример показывает, как может быть реализовано копирование массивов целых чиселассемблерной вставкой.Пример 2__asm__ __volatile__ ( "cld\n\t""rep movsl\n\t":: "S" (src), "D" (dest), "c" (numwords): "%ecx", "%esi", "%edi")Замечание.

Еще одно различие диалектов gas и nasm заключается в форме записи строковыхинструкций: отличаются суффиксы, кодирующие размер обрабатываемых данных. Дляассемблера nasm корректна запись "rep movsd".В рассматриваемом примере нет явных операндов ассемблерных инструкций, зато есть триоперанда ассемблерной вставки: src, dest, numwords. Они описывают начальные адресамассивов и количество копируемых элементов.

Выходных операндов у вставки нет: все изменениясостояния программы происходят в памяти. Входные операнды, связанные с соответствующимипеременными, будут помещены в регистр ESI, EDI и ECX.Компилятору о побочном эффекте, возникающем из-за копирования, необходимо сообщитьключевым словом __volatile__ после ключевого слова __asm__. Это обезопасит корректностьпрограммы, поскольку в отсутствии этого ключевого слова некоторые оптимизирующиепреобразования потенциально могут перемещать код, в том числе и код ассемблерных вставок.СП/ВМК/МГУ ©2013Последний элемент оператора вставки, список_разрушаемых_регистров, сообщает компиляторуо тех регистрах, которые будут «разрушены» в результате выполнения кода вставки.

В данномслучае это три уже перечисленных выше регистра ESI, EDI и ECX.В первом рассмотренном примере регистры для связи операндов с переменными выбиралисьавтоматически, в список разрушаемых регистров следует отнести только регистр eax.Возможности оператора вставки сильно выходят за рамки рассмотренных в данном описаниипримеров. Полная техническая информация об особенностях работы оператора вставки доступнав документации компилятора gcc соответствующей версии.Важно помнить, что ассемблерная вставка негативно сказывается на производительностипрограммы. Связывание операндов вставки и переменных Си-программы требуетдополнительных инструкций копирования, но, самое главное, вставки меняют областиприменения оптимизирующих преобразований кода, не позволяя им достичь должныхрезультатов..