5. C内联汇编

用C写程序比直接用汇编写程序更简洁,可读性更好,但效率可能不如汇编程序,因为C程序毕竟要经由编译器生成汇编代码,尽管现代编译器的优化已经做得很好了,但还是不如手写的汇编代码。另外,有些平台相关的指令必须手写,在C语言中没有等价的语法,因为C语言的语法和概念是对各种平台的抽象,而各种平台特有的一些东西就不会在C语言中出现了,例如x86是端口I/O,而C语言就没有这个概念,所以in/out指令必须用汇编来写。

C语言简洁易读,容易组织规模较大的代码,而汇编效率高,而且写一些特殊指令必须用汇编,为了把这两方面的好处都占全了,gcc提供了一种扩展语法可以在C代码中使用内联汇编(Inline Assembly)。最简单的格式是__asm__("assembly code");,例如__asm__("nop");nop 这条指令什么都不做,只是让CPU空转一个指令执行周期。如果需要执行多条汇编指令,则应该用\n\t将各条指令分隔开,例如:

__asm__("movl $1, %eax\n\t"
	"movl $4, %ebx\n\t"
	"int $0x80");

通常 C 代码中的内联汇编需要和C的变量建立关联,需要用到完整的内联汇编格式:

__asm__(assembler template 
	: output operands                  /* optional */
	: input operands                   /* optional */
	: list of clobbered registers      /* optional */
	);

这种格式由四部分组成,第一部分是汇编指令,和上面的例子一样,第二部分和第三部分是约束条件,第二部分指示汇编指令的运算结果要输出到哪些C操作数中,C操作数应该是左值表达式,第三部分指示汇编指令需要从哪些C操作数获得输入,第四部分是在汇编指令中被修改过的寄存器列表,指示编译器哪些寄存器的值在执行这条__asm__语句时会改变。后三个部分都是可选的,如果有就填写,没有就空着只写个:号。例如:

例 19.6. 内联汇编

#include <stdio.h>

int main() 
{
        int a = 10, b;

	__asm__("movl %1, %%eax\n\t"
		"movl %%eax, %0\n\t"
		:"=r"(b)        /* output */
		:"r"(a)         /* input */
		:"%eax"         /* clobbered register */
		);
	printf("Result: %d, %d\n", a, b);
	return 0;
}

这个程序将变量a的值赋给b"r"(a)指示编译器分配一个寄存器保存变量a的值,作为汇编指令的输入,也就是指令中的%1(按照约束条件的顺序,b对应%0a对应1%),至于%1究竟代表哪个寄存器则由编译器自己决定。汇编指令首先把%1所代表的寄存器的值传给eax(为了和%1这种占位符区分,eax前面要求加两个%号),然后把eax的值再传给%0所代表的寄存器。"=r"(b)就表示把%0所代表的寄存器的值输出给变量b。在执行这两条指令的过程中,寄存器eax的值被改变了,所以把"%eax"写在第四部分,告诉编译器在执行这条__asm__语句时eax要被改写,所以在此期间不要用eax保存其它值。

我们看一下这个程序的反汇编结果:

        __asm__("movl %1, %%eax\n\t"
 80483dc:       8b 55 f8                mov    -0x8(%ebp),%edx
 80483df:       89 d0                   mov    %edx,%eax
 80483e1:       89 c2                   mov    %eax,%edx
 80483e3:       89 55 f4                mov    %edx,-0xc(%ebp)
                "movl %%eax, %0\n\t"
                :"=r"(b)        /* output */
                :"r"(a)         /* input */
                :"%eax"         /* clobbered register */
                );

可见%0%1都代表edx寄存器,首先把变量a(位于ebp-8的位置)的值传给edx然后执行内联汇编的两条指令,然后把edx的值传给b(位于ebp-12的位置)。

关于内联汇编就介绍这么多,本书不做深入讨论。