【软件开发底层知识修炼】十二 C/C++语言中内嵌汇编语言（asm）

上一篇文章学习了链接脚本的语法与相关概念：链接脚本的概念

在继续学习链接器的内容的同时，先学习一个新内容：内嵌汇编。

GCC编译器一般支持C/C++内嵌汇编语言，这样可以实现语言本身无法实现的内容。我们本文主要介绍C语言中的内嵌汇编，C++语言也是一样的规则。

首先要知道以下内容

x86汇编的两种语法：intel语法和AT&T语法
x86汇编一直存在两种不同的语法，在intel的官方文档中使
用intel语法，Windows也使用intel语法，而UNIX平台的汇编器一
直使用AT&T语法，所以本文是AT&T语法。 mov %edx,%eax 这条
指令如果用intel语法来写，就是 mov eax,edx ，寄存器名不加 % 号，
并且源操作数和目标操作数的位置互换。本文不详细讨论这两种
语法之间的区别，读者可以参考[AssemblyHOWTO]。
介绍x86汇编的书很多，UNIX平台的书都采用AT&T语法，例
如[GroudUp]，其它书一般采用intel语法，例如[x86Assembly]。

1、C语言中的内嵌汇编

首先看一下C语言中的内嵌汇编语法格式：
在这里插入图片描述

上述的volatile 关键字在以后会讲解具体作用，这里知道它是禁止编译器优化即可
可选参数的意思是这些参数可以没有
汇编指令是必须有的项

上述的解释还不是很好理解，我们可以看一个示例：

在这里插入图片描述
在以上的内嵌汇编中，我们可以来分析一下它的语法规则：

“movl %1, %0\n” 这句话中，%的意思是占位的意思。%1代表是一个input对应的寄存器，%0代表的是result对应的寄存器。他们所对应的寄存器是任意的，因为下面的限制符前面是 r ，代表编译器自动将通用寄存器与变量进行关联。当然这里也可以直接指定通用寄存器不用占位符。
上面的图中说r这个限制符只是建议编译器用通用寄存器来与变量相关，但是编译器不一定听，比如如果在某个时候通用寄存器已经被被人占用，此时编译器就不会使用通用寄存器来关联我们的变量。
带 = 号的是输出参数，即result是输出参数
input是输入参数
上述汇编的意思是将输入参数input的值，传送给输出参数的值result。所以执行完上述汇编代码后，result与input的值都为1.

看了上面的解释，我们大概学会了内嵌汇编的组成，大致有汇编指令，这是必须存在的，可选参数，这是不必须存在的。

我们注意到上面的限制符 r 代表编译器指定一个通用寄存器关联变量，这是让编译器做主。但是我们也可以自己做主，自己指定一个寄存器来关联我们的变量。那么，都有哪些限制符以及他们对应的寄存器呢？常用的见下表：

在这里插入图片描述

上述的r代表通用寄存器，很明显与我们刚学习的一样。

1.1 代码实验

在知道了上述规则之后，我们来看看一个例子：

9-1.c

#include <stdio.h>int main()
{int result = 0;int input = 1;int a = 1;int b = 2;asm volatile ("movl %1, %0\n": "=r"(result): "r"(input));printf("result = %d\n", result);printf("input = %d\n", input);asm volatile ("movl %%eax, %%ecx\n""movl %%ebx, %%eax\n""movl %%ecx, %%ebx\n": "=a"(a), "=b"(b): "a"(a), "b"(b));printf("a = %d\n", a);printf("b = %d\n", b);return 0;
}

编译：

gcc 9-1.c

运行结果如下：
在这里插入图片描述

分析上述代码

第一个汇编代码上述已经分析过，是将input值赋给result
第二个汇编代码块是交换a与b的值。

分析第二个代码块
- "=a"(a), "=b"(b) 代表输出参数，且将EAX寄存器与变量a关联，将EBX寄存器与b相连
- "a"(a), "b"(b) 代表输入参数，且将EAX寄存器与变量a关联，将EBX寄存器与b相连
- movl %%eax, %%ecx\n" 将EAX寄存器的值（也就是a的值）传送给ECX寄存器
- movl %%ebx, %%eax\n" 将EBX寄存器的值（也就是b的值）传送给EAX，相当于将b赋给a
- movl %%ecx, %%ebx\n" 将ECX寄存器的值（也就是a的值）传送给EBX，相当于将a赋给b

经过了上面的操作，就交换了a与b的值。

2、使用内嵌汇编进行系统调用

在程序中我们经常使用printf打印东西。中所周知，printf是一个系统函数，我们如何在不使用printf的前提下打印字符串？

使用内嵌汇编可以进行系统调用。

可以通过INT 0X80H 指令进行系统调用：

INT指令用于使用Linux内核服务（这是一个中断指令，众所周知中断会使执行流切换到内核）
80H是一个中断向量号，用于执行系统调用

在这里插入图片描述

我们还是具体来看一个例子吧：
在这里插入图片描述

上面的解释是非常清楚的。注意区分传递的是立即数还是占位符即可。

同时，上面的例子加了保留列表。它的意思是保留寄存器，不用于关联变量，因为这些寄存器已经被我们用于做系统调用以及传参数了。

那么上述汇编代码执行后参数s与参数l会被传给系统调用函数sys_write 。

下面再给出一个示例来看看与上面的示例有什么区别：

在这里插入图片描述

上面这个示例没有可选参数与保留列表。也就是没有输入输出参数，没有保留列表。

除了上述的区别，还有什么区别？？？

很明显，这个寄存器的前面是一个%,而刚刚那个是%%两个百分号。这是什么原因？

那么在内嵌汇编中就有如下注意事项：

嵌入汇编时，除了汇编语言的指令不能省略，可选参数与保留列表都可以省略
当省略的参数在中间时，对应分隔符 “ ： ”不可省略.如下图中的输出参数的分隔符：
当省略保留列表时，对应的“ ： ”可忽略
当省略可选参数时，寄存器前使用 % 作为前缀
当有可选参数时，寄存器前使用 %% 作为前缀

2.1 代码实验

在学习了上述的一系列原理后，我们写出如下代码：

9-2.c

#include <stdio.h>int main()
{char* s = "D.T.Software\n";int l = 13;printf("main begin\n");asm volatile("movl $4, %%eax\n""movl $1, %%ebx\n""movl %0, %%ecx\n""movl %1, %%edx\n""int $0x80     \n":: "r"(s), "r"(l): "eax", "ebx", "ecx", "edx");asm volatile("movl $1,  %eax\n""movl $42, %ebx\n""int $0x80     \n");printf("main end\n");return 0;
}