GCC 支持在C/C++代碼中嵌入?yún)R編代碼，這些匯編代碼被稱作GCC Inline ASM——GCC內(nèi)聯(lián)匯編。這是一個非常有用的功能，有利于我們將一些C/C++語法無法表達的指令直接潛入C/C++代碼中，另外也允許我們直接寫 C/C++代碼中使用匯編編寫簡潔高效的代碼。
1.GCC中基本的內(nèi)聯(lián)匯編非常易懂，我們先來看兩個簡單的例子：
__asm__("movl %esp,%eax"); // 看起來很熟悉吧！
或者是
__asm__("
movl $1,%eax // SYS_exit
xor %ebx,%ebx
int $0x80
");
或
__asm__(
"movl $1,%eax\r\t" \
"xor %ebx,%ebx\r\t" \
"int $0x80" \
);
基本內(nèi)聯(lián)匯編的格式是
__asm__ __volatile__("Instruction List");
1、__asm__
__asm__是GCC關鍵字asm的宏定義：
#define __asm__ asm
__asm__或asm用來聲明一個內(nèi)聯(lián)匯編表達式，所以任何一個內(nèi)聯(lián)匯編表達式都是以它開頭的，是必不可少的。
2、Instruction List
Instruction List是匯編指令序列。它可以是空的，比如：__asm__ __volatile__(""); 或__asm__ ("");都是完全合法的內(nèi)聯(lián)匯編表達式，只不過這兩條語句沒有什么意義。但并非所有Instruction List為空的內(nèi)聯(lián)匯編表達式都是沒有意義的，比如：__asm__ ("":::"memory"); 就非常有意義，它向GCC聲明：“我對內(nèi)存作了改動”，GCC在編譯的時候，會將此因素考慮進去。
我們看一看下面這個例子：
$ cat example1.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int* __p = (int*)__argc;
(*__p) = 9999;
//__asm__("":::"memory");
if((*__p) == 9999)
return 5;
return (*__p);
}
在這段代碼中，那條內(nèi)聯(lián)匯編是被注釋掉的。在這條內(nèi)聯(lián)匯編之前，內(nèi)存指針__p所指向的內(nèi)存被賦值為9999，隨即在內(nèi)聯(lián)匯編之后，一條if語句判斷__p 所指向的內(nèi)存與9999是否相等。很明顯，它們是相等的。GCC在優(yōu)化編譯的時候能夠很聰明的發(fā)現(xiàn)這一點。我們使用下面的命令行對其進行編譯：
$ gcc -O -S example1.c
選項-O表示優(yōu)化編譯，我們還可以指定優(yōu)化等級，比如-O2表示優(yōu)化等級為2；選項-S表示將C/C++源文件編譯為匯編文件，文件名和C/C++文件一樣，只不過擴展名由.c變?yōu)?s。
我們來查看一下被放在example1.s中的編譯結(jié)果，我們這里僅僅列出了使用gcc 2.96在RedHat 7.3上編譯后的相關函數(shù)部分匯編代碼。為了保持清晰性，無關的其它代碼未被列出。
$ cat example1.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl 8(%ebp), %eax # int* __p = (int*)__argc
movl $9999, (%eax) # (*__p) = 9999
movl $5, %eax # return 5
popl %ebp
ret
參照一下C源碼和編譯出的匯編代碼，我們會發(fā)現(xiàn)匯編代碼中，沒有if語句相關的代碼，而是在賦值語句(*__p)=9999后直接return 5；這是因為GCC認為在(*__p)被賦值之后，在if語句之前沒有任何改變(*__p)內(nèi)容的操作，所以那條if語句的判斷條件(*__p) == 9999肯定是為true的，所以GCC就不再生成相關代碼，而是直接根據(jù)為true的條件生成return 5的匯編代碼（GCC使用eax作為保存返回值的寄存器）。
我們現(xiàn)在將example1.c中內(nèi)聯(lián)匯編的注釋去掉，重新編譯，然后看一下相關的編譯結(jié)果。
$ gcc -O -S example1.c
$ cat example1.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl 8(%ebp), %eax # int* __p = (int*)__argc
movl $9999, (%eax) # (*__p) = 9999
#APP
# __asm__("":::"memory")
#NO_APP
cmpl $9999, (%eax) # (*__p) == 9999 ?
jne .L3 # false
movl $5, %eax # true, return 5
jmp .L2
.p2align 2
.L3:
movl (%eax), %eax
.L2:
popl %ebp
ret
由于內(nèi)聯(lián)匯編語句__asm__("":::"memory")向GCC聲明，在此內(nèi)聯(lián)匯編語句出現(xiàn)的位置內(nèi)存內(nèi)容可能了改變，所以GCC在編譯時就不能像剛才那樣處理。這次，GCC老老實實的將if語句生成了匯編代碼。
可能有人會質(zhì)疑：為什么要使用__asm__("":::"memory")向GCC聲明內(nèi)存發(fā)生了變化？明明“Instruction List”是空的，沒有任何對內(nèi)存的操作，這樣做只會增加GCC生成匯編代碼的數(shù)量。
確實，那條內(nèi)聯(lián)匯編語句沒有對內(nèi)存作任何操作，事實上它確實什么都沒有做。但影響內(nèi)存內(nèi)容的不僅僅是你當前正在運行的程序。比如，如果你現(xiàn)在正在操作的內(nèi)存是一塊內(nèi)存映射，映射的內(nèi)容是外圍I/O設備寄存器。那么操作這塊內(nèi)存的就不僅僅是當前的程序，I/O設備也會去操作這塊內(nèi)存。既然兩者都會去操作同一塊內(nèi)存，那么任何一方在任何時候都不能對這塊內(nèi)存的內(nèi)容想當然。所以當你使用高級語言C/C++寫這類程序的時候，你必須讓編譯器也能夠明白這一點，畢竟高級語言最終要被編譯為匯編代碼。
你可能已經(jīng)注意到了，這次輸出的匯編結(jié)果中，有兩個符號：#APP和#NO_APP，GCC將內(nèi)聯(lián)匯編語句中"Instruction List"所列出的指令放在#APP和#NO_APP之間，由于__asm__("":::"memory")中“Instruction List”為空，所以#APP和#NO_APP中間也沒有任何內(nèi)容。但我們以后的例子會更加清楚的表現(xiàn)這一點。
關于為什么內(nèi)聯(lián)匯編__asm__("":::"memory")是一條聲明內(nèi)存改變的語句，我們后面會詳細討論。
剛才我們花了大量的內(nèi)容來討論"Instruction List"為空是的情況，但在實際的編程中，"Instruction List"絕大多數(shù)情況下都不是空的。它可以有1條或任意多條匯編指令。
當在"Instruction List"中有多條指令的時候，你可以在一對引號中列出全部指令，也可以將一條或幾條指令放在一對引號中，所有指令放在多對引號中。如果是前者，你可以將每一條指令放在一行，如果要將多條指令放在一行，則必須用分號（；）或換行符（\n，大多數(shù)情況下\n后還要跟一個\t，其中\(zhòng)n是為了換行，\t是為了空出一個tab寬度的空格）將它們分開。比如：
__asm__("movl %eax, %ebx
sti
popl %edi
subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti
popl %edi; subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi
subl %ecx, %ebx");
都是合法的寫法。如果你將指令放在多對引號中，則除了最后一對引號之外，前面的所有引號里的最后一條指令之后都要有一個分號(；)或(\n)或(\n\t)。比如：
__asm__("movl %eax, %ebx
sti\n"
"popl %edi;"
"subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t"
"popl %edi; subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi\n"
"subl %ecx, %ebx");
__asm__("movl %eax, %ebx; sti\n\t popl %edi;" "subl %ecx, %ebx");
都是合法的。
上述原則可以歸結(jié)為：
任意兩個指令間要么被分號(；)分開，要么被放在兩行；
放在兩行的方法既可以從通過\n的方法來實現(xiàn)，也可以真正的放在兩行；
可以使用1對或多對引號，每1對引號里可以放任一多條指令，所有的指令都要被放到引號中。
在基本內(nèi)聯(lián)匯編中，“Instruction List”的書寫的格式和你直接在匯編文件中寫非內(nèi)聯(lián)匯編沒有什么不同，你可以在其中定義Label，定義對齊(.align n )，定義段(.section name )。例如：
__asm__(".align 2\n\t"
"movl %eax, %ebx\n\t"
"test %ebx, %ecx\n\t"
"jne error\n\t"
"sti\n\t"
"error: popl %edi\n\t"
"subl %ecx, %ebx");
上面例子的格式是Linux內(nèi)聯(lián)代碼常用的格式，非常整齊。也建議大家都使用這種格式來寫內(nèi)聯(lián)匯編代碼。
3、__volatile__
__volatile__是GCC關鍵字volatile的宏定義：
#define __volatile__ volatile
__volatile__ 或volatile是可選的，你可以用它也可以不用它。如果你用了它，則是向GCC聲明“不要動我所寫的Instruction List，我需要原封不動的保留每一條指令”，否則當你使用了優(yōu)化選項(-O)進行編譯時，GCC將會根據(jù)自己的判斷決定是否將這個內(nèi)聯(lián)匯編表達式中的指令優(yōu)化掉。
那么GCC判斷的原則是什么？我不知道（如果有哪位朋友清楚的話，請告訴我）。我試驗了一下，發(fā)現(xiàn)一條內(nèi)聯(lián)匯編語句如果是基本內(nèi)聯(lián)匯編的話（即只有“Instruction List”，沒有Input/Output/Clobber的內(nèi)聯(lián)匯編，我們后面將會討論這一點），無論你是否使用__volatile__來修飾， GCC 2.96在優(yōu)化編譯時，都會原封不動的保留內(nèi)聯(lián)匯編中的“Instruction List”。但或許我的試驗的例子并不充分，所以這一點并不能夠得到保證。
為了保險起見，如果你不想讓GCC的優(yōu)化影響你的內(nèi)聯(lián)匯編代碼，你最好在前面都加上__volatile__，而不要依賴于編譯器的原則，因為即使你非常了解當前編譯器的優(yōu)化原則，你也無法保證這種原則將來不會發(fā)生變化。而__volatile__的含義卻是恒定的。
2、帶有C/C++表達式的內(nèi)聯(lián)匯編
GCC允許你通過C/C++表達式指定內(nèi)聯(lián)匯編中"Instrcuction List"中指令的輸入和輸出，你甚至可以不關心到底使用哪個寄存器被使用，完全靠GCC來安排和指定。這一點可以讓程序員避免去考慮有限的寄存器的使用，也可以提高目標代碼的效率。
我們先來看幾個例子：
__asm__ (" " : : : "memory" ); // 前面提到的
__asm__ ("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(rv) : "a"(foo) : "eax", "ebx");
__asm__ __volatile__("lidt %0": "=m" (idt_descr));
__asm__("subl %2,%0\n\t"
"sbbl %3,%1"
: "=a" (endlow), "=d" (endhigh)
: "g" (startlow), "g" (starthigh), "0" (endlow), "1" (endhigh));
怎么樣，有點印象了吧，是不是也有點暈？沒關系，下面討論完之后你就不會再暈了。（當然，也有可能更暈^_^）。討論開始——
帶有C/C++表達式的內(nèi)聯(lián)匯編格式為：
__asm__ __volatile__("Instruction List" : Output : Input : Clobber/Modify);
從中我們可以看出它和基本內(nèi)聯(lián)匯編的不同之處在于：它多了3個部分(Input，Output，Clobber/Modify)。在括號中的4個部分通過冒號(:)分開。
這4個部分都不是必須的，任何一個部分都可以為空，其規(guī)則為：
如果Clobber/Modify為空，則其前面的冒號(:)必須省略。比如__asm__("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : "a"(inp) : )就是非法的寫法；而__asm__("mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : "a"(inp) )則是正確的。
如果Instruction List為空，則Input，Output，Clobber/Modify可以不為空，也可以為空。比如__asm__ ( " " : : : "memory" );和__asm__(" " : : );都是合法的寫法。
如果Output，Input，Clobber/Modify都為空，Output，Input之前的冒號(:)既可以省略，也可以不省略。如果都省略，則此匯編退化為一個基本內(nèi)聯(lián)匯編，否則，仍然是一個帶有C/C++表達式的內(nèi)聯(lián)匯編，此時"Instruction List"中的寄存器寫法要遵守相關規(guī)定，比如寄存器前必須使用兩個百分號(%%)，而不是像基本匯編格式一樣在寄存器前只使用一個百分號(%)。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : )；__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : )和__asm__( " mov %eax, %ebx" )都是正確的寫法，而__asm__( " mov %eax, %ebx" : : )；__asm__( " mov %eax, %ebx" : )和__asm__( " mov %%eax, %%ebx" )都是錯誤的寫法。
如果Input，Clobber/Modify為空，但Output不為空，Input前的冒號(:)既可以省略，也可以不省略。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) : )；__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : "=b"(foo) )都是正確的。
如果后面的部分不為空，而前面的部分為空，則前面的冒號(:)都必須保留，否則無法說明不為空的部分究竟是第幾部分。比如， Clobber/Modify，Output為空，而Input不為空，則Clobber/Modify前的冒號必須省略（前面的規(guī)則），而Output 前的冒號必須為保留。如果Clobber/Modify不為空，而Input和Output都為空，則Input和Output前的冒號都必須保留。比如 __asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : "a"(foo) )和__asm__( " mov %%eax, %%ebx" : : : "ebx" )。
從上面的規(guī)則可以看到另外一個事實，區(qū)分一個內(nèi)聯(lián)匯編是基本格式的還是帶有C/C++表達式格式的，其規(guī)則在于在"Instruction List"后是否有冒號(:)的存在，如果沒有則是基本格式的，否則，則是帶有C/C++表達式格式的。
兩種格式對寄存器語法的要求不同：基本格式要求寄存器前只能使用一個百分號(%)，這一點和非內(nèi)聯(lián)匯編相同；而帶有C/C++表達式格式則要求寄存器前必須使用兩個百分號(%%)，其原因我們會在后面討論。
1. Output
Output用來指定當前內(nèi)聯(lián)匯編語句的輸出。我們看一看這個例子：
__asm__("movl %%cr0, %0": "=a" (cr0));
這個內(nèi)聯(lián)匯編語句的輸出部分為"=r"(cr0)，它是一個“操作表達式”，指定了一個輸出操作。我們可以很清楚得看到這個輸出操作由兩部分組成：括號括住的部分(cr0)和引號引住的部分"=a"。這兩部分都是每一個輸出操作必不可少的。括號括住的部分是一個C/C++表達式，用來保存內(nèi)聯(lián)匯編的一個輸出值，其操作就等于C/C++的相等賦值cr0 = output_value，因此，括號中的輸出表達式只能是C/C++的左值表達式，也就是說它只能是一個可以合法的放在C/C++賦值操作中等號(=) 左邊的表達式。那么右值output_value從何而來呢？
答案是引號中的內(nèi)容，被稱作“操作約束”（Operation Constraint），在這個例子中操作約束為"=a"，它包含兩個約束：等號(=)和字母a，其中等號(=)說明括號中左值表達式cr0是一個 Write-Only的，只能夠被作為當前內(nèi)聯(lián)匯編的輸入，而不能作為輸入。而字母a是寄存器EAX / AX / AL的簡寫，說明cr0的值要從eax寄存器中獲取，也就是說cr0 = eax，最終這一點被轉(zhuǎn)化成匯編指令就是movl %eax, address_of_cr0?，F(xiàn)在你應該清楚了吧，操作約束中會給出：到底從哪個寄存器傳遞值給cr0。
另外，需要特別說明的是，很多文檔都聲明，所有輸出操作的操作約束必須包含一個等號(=)，但GCC的文檔中卻很清楚的聲明，并非如此。因為等號(=)約束說明當前的表達式是一個 Write-Only的，但另外還有一個符號——加號(+)用來說明當前表達式是一個Read-Write的，如果一個操作約束中沒有給出這兩個符號中的任何一個，則說明當前表達式是Read-Only的。因為對于輸出操作來說，肯定是必須是可寫的，而等號(=)和加號(+)都表示可寫，只不過加號(+) 同時也表示是可讀的。所以對于一個輸出操作來說，其操作約束只需要有等號(=)或加號(+)中的任意一個就可以了。
二者的區(qū)別是：等號(=)表示當前操作表達式指定了一個純粹的輸出操作，而加號(+)則表示當前操作表達式不僅僅只是一個輸出操作還是一個輸入操作。但無論是等號(=)約束還是加號(+)約束所約束的操作表達式都只能放在Output域中，而不能被用在Input域中。
另外，有些文檔聲明：盡管GCC文檔中提供了加號(+)約束，但在實際的編譯中通不過；我不知道老版本會怎么樣，我在GCC 2.96中對加號(+)約束的使用非常正常。
我們通過一個例子看一下，在一個輸出操作中使用等號(=)約束和加號(+)約束的不同。
$ cat example2.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int cr0 = 5;
__asm__ __volatile__("movl %%cr0, %0":"=a" (cr0));
return 0;
}
$ gcc -S example2.c
$ cat example2.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
movl $5, -4(%ebp) # cr0 = 5
#APP
movl %cr0, %eax
#NO_APP
movl %eax, %eax
movl %eax, -4(%ebp) # cr0 = %eax
movl $0, %eax
leave
ret
這個例子是使用等號(=)約束的情況，變量cr0被放在內(nèi)存-4(%ebp)的位置，所以指令mov %eax, -4(%ebp)即表示將%eax的內(nèi)容輸出到變量cr0中。
下面是使用加號(+)約束的情況：
$ cat example3.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int cr0 = 5;
__asm__ __volatile__("movl %%cr0, %0" : "+a" (cr0));
return 0;
}
$ gcc -S example3.c
$ cat example3.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
movl $5, -4(%ebp) # cr0 = 5
movl -4(%ebp), %eax # input ( %eax = cr0 )
#APP
movl %cr0, %eax
#NO_APP
movl %eax, -4(%ebp) # output (cr0 = %eax )
movl $0, %eax
leave
ret
從編譯的結(jié)果可以看出，當使用加號(+)約束的時候，cr0不僅作為輸出，還作為輸入，所使用寄存器都是寄存器約束(字母a，表示使用eax寄存器)指定的。關于寄存器約束我們后面討論。
在Output域中可以有多個輸出操作表達式，多個操作表達式中間必須用逗號(,)分開。例如：
__asm__(
"movl %%eax, %0 \n\t"
"pushl %%ebx \n\t"
"popl %1 \n\t"
"movl %1, %2"
: "+a"(cr0), "=b"(cr1), "=c"(cr2));
2、Input
Input域的內(nèi)容用來指定當前內(nèi)聯(lián)匯編語句的輸入。我們看一看這個例子：
__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (cpu->db7));
例中Input域的內(nèi)容為一個表達式"a"[cpu->db7)，被稱作“輸入表達式”，用來表示一個對當前內(nèi)聯(lián)匯編的輸入。
像輸出表達式一樣，一個輸入表達式也分為兩部分：帶括號的部分(cpu->db7)和帶引號的部分"a"。這兩部分對于一個內(nèi)聯(lián)匯編輸入表達式來說也是必不可少的。
括號中的表達式cpu->db7是一個C/C++語言的表達式，它不必是一個左值表達式，也就是說它不僅可以是放在C/C++賦值操作左邊的表達式，還可以是放在C/C++賦值操作右邊的表達式。所以它可以是一個變量，一個數(shù)字，還可以是一個復雜的表達式（比如a+b/c*d）。比如上例可以改為： __asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (foo))，__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (0x1000))或__asm__("movl %0, %%db7" : : "a" (va*vb/vc))。
引號號中的部分是約束部分，和輸出表達式約束不同的是，它不允許指定加號(+)約束和等號(=)約束，也就是說它只能是默認的Read-Only的。約束中必須指定一個寄存器約束，例中的字母a表示當前輸入變量cpu->db7要通過寄存器eax輸入到當前內(nèi)聯(lián)匯編中。
我們看一個例子：
$ cat example4.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int cr0 = 5;
__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"a" (cr0));
return 0;
}
$ gcc -S example4.c
$ cat example4.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
movl $5, -4(%ebp) # cr0 = 5
movl -4(%ebp), %eax # %eax = cr0
#APP
movl %eax, %cr0
#NO_APP
movl $0, %eax
leave
ret
我們從編譯出的匯編代碼可以看到，在"Instruction List"之前，GCC按照我們的輸入約束"a"，將變量cr0的內(nèi)容裝入了eax寄存器。
3. Operation Constraint
每一個Input和Output表達式都必須指定自己的操作約束Operation Constraint，我們這里來討論在80386平臺上所可能使用的操作約束。
1、寄存器約束
當你當前的輸入或輸入需要借助一個寄存器時，你需要為其指定一個寄存器約束。你可以直接指定一個寄存器的名字，比如：
__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"eax" (cr0));
也可以指定一個縮寫，比如：
__asm__ __volatile__("movl %0, %%cr0"::"a" (cr0));
如果你指定一個縮寫，比如字母a，則GCC將會根據(jù)當前操作表達式中C/C++表達式的寬度決定使用%eax，還是%ax或%al。比如：
unsigned short __shrt;
__asm__ ("mov %0，%%bx" : : "a"(__shrt));
由于變量__shrt是16-bit short類型，則編譯出來的匯編代碼中，則會讓此變量使用%ex寄存器。編譯結(jié)果為：
movw -2(%ebp), %ax # %ax = __shrt
#APP
movl %ax, %bx
#NO_APP
無論是Input，還是Output操作表達式約束，都可以使用寄存器約束。
下表中列出了常用的寄存器約束的縮寫。
約束 Input/Output 意義
r I,O 表示使用一個通用寄存器，由GCC在%eax/%ax/%al, %ebx/%bx/%bl, %ecx/%cx/%cl, %edx/%dx/%dl中選取一個GCC認為合適的。
q I,O 表示使用一個通用寄存器，和r的意義相同。
a I,O 表示使用%eax / %ax / %al
b I,O 表示使用%ebx / %bx / %bl
c I,O 表示使用%ecx / %cx / %cl
d I,O 表示使用%edx / %dx / %dl
D I,O 表示使用%edi / %di
S I,O 表示使用%esi / %si
f I,O 表示使用浮點寄存器
t I,O 表示使用第一個浮點寄存器
u I,O 表示使用第二個浮點寄存器
2、內(nèi)存約束
如果一個Input/Output操作表達式的C/C++表達式表現(xiàn)為一個內(nèi)存地址，不想借助于任何寄存器，則可以使用內(nèi)存約束。比如：
__asm__ ("lidt %0" : "=m"(__idt_addr)); 或 __asm__ ("lidt %0" : :"m"(__idt_addr));
我們看一下它們分別被放在一個C源文件中，然后被GCC編譯后的結(jié)果：
$ cat example5.c
// 本例中，變量sh被作為一個內(nèi)存輸入
int main(int __argc, char* __argv[])
{
char* sh = (char*)&__argc;
__asm__ __volatile__("lidt %0" : : "m" (sh));
return 0;
}
$ gcc -S example5.c
$ cat example5.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
leal 8(%ebp), %eax
movl %eax, -4(%ebp) # sh = (char*) &__argc
#APP
lidt -4(%ebp)
#NO_APP
movl $0, %eax
leave
ret
$ cat example6.c
// 本例中，變量sh被作為一個內(nèi)存輸出
int main(int __argc, char* __argv[])
{
char* sh = (char*)&__argc;
__asm__ __volatile__("lidt %0" : "=m" (sh));
return 0;
}
$ gcc -S example6.c
$ cat example6.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
leal 8(%ebp), %eax
movl %eax, -4(%ebp) # sh = (char*) &__argc
#APP
lidt -4(%ebp)
#NO_APP
movl $0, %eax
leave
ret
首先，你會注意到，在這兩個例子中，變量sh沒有借助任何寄存器，而是直接參與了指令lidt的操作。
其次，通過仔細觀察，你會發(fā)現(xiàn)一個驚人的事實，兩個例子編譯出來的匯編代碼是一樣的！雖然，一個例子中變量sh作為輸入，而另一個例子中變量sh作為輸出。這是怎么回事？
原來，使用內(nèi)存方式進行輸入輸出時，由于不借助寄存器，所以GCC不會按照你的聲明對其作任何的輸入輸出處理。GCC只會直接拿來用，究竟對這個C/C++表達式而言是輸入還是輸出，完全依賴與你寫在"Instruction List"中的指令對其操作的指令。
由于上例中，對其操作的指令為lidt，lidt指令的操作數(shù)是一個輸入型的操作數(shù)，所以事實上對變量sh的操作是一個輸入操作，即使你把它放在 Output域也不會改變這一點。所以，對此例而言，完全符合語意的寫法應該是將sh放在Input域，盡管放在Output域也會有正確的執(zhí)行結(jié)果。
所以，對于內(nèi)存約束類型的操作表達式而言，放在Input域還是放在Output域，對編譯結(jié)果是沒有任何影響的，因為本來我們將一個操作表達式放在 Input域或放在Output域是希望GCC能為我們自動通過寄存器將表達式的值輸入或輸出。既然對于內(nèi)存約束類型的操作表達式來說，GCC不會自動為它做任何事情，那么放在哪兒也就無所謂了。但從程序員的角度而言，為了增強代碼的可讀性，最好能夠把它放在符合實際情況的地方。
約束 Input/Output 意義
m I,O 表示使用系統(tǒng)所支持的任何一種內(nèi)存方式，不需要借助寄存器。
4. 占位符
什么叫占位符？我們看一看下面這個例子：
__asm__ ("addl %1, %0\n\t"
: "=a"(__out)
: "m" (__in1), "a" (__in2));
這個例子中的%0和%1就是占位符。每一個占位符對應一個Input/Output操作表達式。我們在之前已經(jīng)提到，GCC規(guī)定一個內(nèi)聯(lián)匯編語句最多可以有 10個Input/Output操作表達式，然后按照它們被列出的順序依次賦予編號0到9。對于占位符中的數(shù)字而言，和這些編號是對應的。
由于占位符前面使用一個百分號(%)，為了區(qū)別占位符和寄存器，GCC規(guī)定在帶有C/C++表達式的內(nèi)聯(lián)匯編中，"Instruction List"中直接寫出的寄存器前必須使用兩個百分號(%%)。
GCC 對其進行編譯的時候，會將每一個占位符替換為對應的Input/Output操作表達式所指定的寄存器/內(nèi)存地址/立即數(shù)。比如在上例中，占位符%0對應 Output操作表達式"=a"(__out)，而"=a"(__out)指定的寄存器為%eax，所以把占位符%0替換為%eax，占位符%1對應 Input操作表達式"m"(__in1)，而"m"(__in1)被指定為內(nèi)存操作，所以把占位符%1替換為變量__in1的內(nèi)存地址。
也許有人認為，在上面這個例子中，完全可以不使用%0，而是直接寫%%eax，就像這樣：
__asm__ ("addl %1, %%eax\n\t"
: "=a"(__out)
: "m" (__in1), "a" (__in2));
和上面使用占位符%0沒有什么不同，那么使用占位符%0就沒有什么意義。確實，兩者生成的代碼完全相同，但這并不意味著這種情況下占位符沒有意義。因為如果不使用占位符，那么當有一天你想把變量__out的寄存器約束由a改為b時，那么你也必須將addl指令中的%%eax改為%%ebx，也就是說你需要同時修改兩個地方，而如果你使用占位符，你只需要修改一次就夠了。另外，如果你不使用占位符，將不利于代碼的清晰性。在上例中，如果你使用占位符，那么你一眼就可以得知，addl指令的第二個操作數(shù)內(nèi)容最終會輸出到變量__out中；否則，如果你不用占位符，而是直接將addl指令的第2個操作數(shù)寫為%% eax，那么你需要考慮一下才知道它最終需要輸出到變量__out中。這是占位符最粗淺的意義。畢竟在這種情況下，你完全可以不用。
但對于這些情況來說，不用占位符就完全不行了：
首先，我們看一看上例中的第1個Input操作表達式"m"(__in1)，它被GCC替換之后，表現(xiàn)為addl address_of_in1, %%eax，__in1的地址是什么？編譯時才知道。所以我們完全無法直接在指令中去寫出__in1的地址，這時使用占位符，交給GCC在編譯時進行替代，就可以解決這個問題。所以這種情況下，我們必須使用占位符。
其次，如果上例中的Output操作表達式"=a"(__out)改為" =r"(__out)，那么__out在究竟使用那么寄存器只有到編譯時才能通過GCC來決定，既然在我們寫代碼的時候，我們不知道究竟哪個寄存器被選擇，我們也就不能直接在指令中寫出寄存器的名稱，而只能通過占位符替代來解決。
5. Clobber/Modify
有時候，你想通知GCC當前內(nèi)聯(lián)匯編語句可能會對某些寄存器或內(nèi)存進行修改，希望GCC在編譯時能夠?qū)⑦@一點考慮進去。那么你就可以在Clobber/Modify域聲明這些寄存器或內(nèi)存。
這種情況一般發(fā)生在一個寄存器出現(xiàn)在"Instruction List"，但卻不是由Input/Output操作表達式所指定的，也不是在一些Input/Output操作表達式使用"r","g"約束時由GCC 為其選擇的，同時此寄存器被"Instruction List"中的指令修改，而這個寄存器只是供當前內(nèi)聯(lián)匯編臨時使用的情況。比如：
__asm__ ("movl %0, %%ebx" : : "a"(__foo) : "bx");
寄存器%ebx出現(xiàn)在"Instruction List中"，并且被movl指令修改，但卻未被任何Input/Output操作表達式指定，所以你需要在Clobber/Modify域指定"bx"，以讓GCC知道這一點。
因為你在Input/Output操作表達式所指定的寄存器，或當你為一些Input/Output操作表達式使用"r","g"約束，讓GCC為你選擇一個寄存器時，GCC對這些寄存器是非常清楚的——它知道這些寄存器是被修改的，你根本不需要在Clobber/Modify域再聲明它們。但除此之外， GCC對剩下的寄存器中哪些會被當前的內(nèi)聯(lián)匯編修改一無所知。所以如果你真的在當前內(nèi)聯(lián)匯編指令中修改了它們，那么就最好在Clobber/Modify 中聲明它們，讓GCC針對這些寄存器做相應的處理。否則有可能會造成寄存器的不一致，從而造成程序執(zhí)行錯誤。
在Clobber/Modify域中指定這些寄存器的方法很簡單，你只需要將寄存器的名字使用雙引號(" ")引起來。如果有多個寄存器需要聲明，你需要在任意兩個聲明之間用逗號隔開。比如：
__asm__ ("movl %0, %%ebx; popl %%ecx" : : "a"(__foo) : "bx", "cx" );
這些串包括：
聲明的串 代表的寄存器
"al","ax","eax" %eax
"bl","bx","ebx" %ebx
"cl","cx","ecx" %ecx
"dl","dx","edx" %edx
"si","esi" %esi
"di", "edi" %edi
由上表可以看出，你只需要使用"ax","bx","cx","dx","si","di"就可以了，因為其它的都和它們中的一個是等價的。
如果你在一個內(nèi)聯(lián)匯編語句的Clobber/Modify域向GCC聲明某個寄存器內(nèi)容發(fā)生了改變，GCC在編譯時，如果發(fā)現(xiàn)這個被聲明的寄存器的內(nèi)容在此內(nèi)聯(lián)匯編語句之后還要繼續(xù)使用，那么GCC會首先將此寄存器的內(nèi)容保存起來，然后在此內(nèi)聯(lián)匯編語句的相關生成代碼之后，再將其內(nèi)容恢復。我們來看兩個例子，然后對比一下它們之間的區(qū)別。
這個例子中聲明了寄存器%ebx內(nèi)容發(fā)生了改變：
$ cat example7.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int in = 8;
__asm__ ("addl %0, %%ebx"
: /* no output */
: "a" (in) : "bx");
return 0;
}
$ gcc -O -S example7.c
$ cat example7.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
pushl %ebx # %ebx內(nèi)容被保存
movl $8, %eax
#APP
addl %eax, %ebx
#NO_APP
movl $0, %eax
movl (%esp), %ebx # %ebx內(nèi)容被恢復
leave
ret
下面這個例子的C源碼與上一個例子除了沒有聲明%ebx寄存器發(fā)生了改變之外，其它都相同。
$ cat example8.c
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int in = 8;
__asm__ ("addl %0, %%ebx"
: /* no output */
: "a" (in) );
return 0;
}
$ gcc -O -S example8.c
$ cat example8.s
main:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
movl $8, %eax
#APP
addl %eax, %ebx
#NO_APP
movl $0, %eax
popl %ebp
ret
仔細對比一下example7.s和example8.s，你就會明白在Clobber/Modify域聲明一個寄存器的意義。
另外需要注意的是，如果你在Clobber/Modify域聲明了一個寄存器，那么這個寄存器將不能再被用做當前內(nèi)聯(lián)匯編語句的Input/Output操作表達式的寄存器約束，如果Input/Output操作表達式的寄存器約束被指定為"r"或"g"，GCC也不會選擇已經(jīng)被聲明在 Clobber/Modify中的寄存器。比如：
__asm__ ("movl %0, %%ebx" : : "a"(__foo) : "ax", "bx");
此例中，由于Output操作表達式"a"(__foo)的寄存器約束已經(jīng)指定了%eax寄存器，那么再在Clobber/Modify域中指定"ax"就是非法的。編譯時，GCC會給出編譯錯誤。
除了寄存器的內(nèi)容會被改變，內(nèi)存的內(nèi)容也可以被修改。如果一個內(nèi)聯(lián)匯編語句"Instruction List"中的指令對內(nèi)存進行了修改，或者在此內(nèi)聯(lián)匯編出現(xiàn)的地方內(nèi)存內(nèi)容可能發(fā)生改變，而被改變的內(nèi)存地址你沒有在其Output操作表達式使用"m" 約束，這種情況下你需要使用在Clobber/Modify域使用字符串"memory"向GCC聲明：“在這里，內(nèi)存發(fā)生了，或可能發(fā)生了改變”。例如：
void * memset(void * s, char c, size_t count)
{
__asm__("cld\n\t"
"rep\n\t"
"stosb"
: /* no output */
: "a" (c),"D" (s),"c" (count)
: "cx","di","memory");
return s;
}
此例實現(xiàn)了標準函數(shù)庫memset，其內(nèi)聯(lián)匯編中的stosb對內(nèi)存進行了改動，而其被修改的內(nèi)存地址s被指定裝入%edi，沒有任何Output操作表達式使用了"m"約束，以指定內(nèi)存地址s處的內(nèi)容發(fā)生了改變。所以在其Clobber/Modify域使用"memory"向GCC聲明：內(nèi)存內(nèi)容發(fā)生了變動。
如果一個內(nèi)聯(lián)匯編語句的Clobber/Modify域存在"memory"，那么GCC會保證在此內(nèi)聯(lián)匯編之前，如果某個內(nèi)存的內(nèi)容被裝入了寄存器，那么在這個內(nèi)聯(lián)匯編之后，如果需要使用這個內(nèi)存處的內(nèi)容，就會直接到這個內(nèi)存處重新讀取，而不是使用被存放在寄存器中的拷貝。因為這個時候寄存器中的拷貝已經(jīng)很可能和內(nèi)存處的內(nèi)容不一致了。
這只是使用"memory"時，GCC會保證做到的一點，但這并不是全部。因為使用"memory"是向GCC聲明內(nèi)存發(fā)生了變化，而內(nèi)存發(fā)生變化帶來的影響并不止這一點。比如我們在前面講到的例子：
int main(int __argc, char* __argv[])
{
int* __p = (int*)__argc;
(*__p) = 9999;
__asm__("":::"memory");
if((*__p) == 9999)
return 5;
return (*__p);
}
本例中，如果沒有那條內(nèi)聯(lián)匯編語句，那個if語句的判斷條件就完全是一句廢話。GCC在優(yōu)化時會意識到這一點，而直接只生成return 5的匯編代碼，而不會再生成if語句的相關代碼，而不會生成return (*__p)的相關代碼。但你加上了這條內(nèi)聯(lián)匯編語句，它除了聲明內(nèi)存變化之外，什么都沒有做。但GCC此時就不能簡單的認為它不需要判斷都知道 (*__p)一定與9999相等，它只有老老實實生成這條if語句的匯編代碼，一起相關的兩個return語句相關代碼。
當一個內(nèi)聯(lián)匯編指令中包含影響eflags寄存器中的條件標志（也就是那些Jxx等跳轉(zhuǎn)指令要參考的標志位，比如，進位標志，0標志等），那么需要在 Clobber/Modify域中使用"cc"來聲明這一點。這些指令包括adc, div，popfl，btr，bts等等，另外，當包含call指令時，由于你不知道你所call的函數(shù)是否會修改條件標志，為了穩(wěn)妥起見，最好也使用 "cc"。
我很少在相關資料中看到有關"cc"的確切用法，只有一份文檔提到了它，但還不是i386平臺的，只是說"cc"是處理器平臺相關的，并非所有的平臺都支持它，但即使在不支持它的平臺上，使用它也不會造成編譯錯誤。我做了一些實驗，但發(fā)現(xiàn)使用"cc"和不使用"cc"所生成的代碼沒有任何不同。但Linux 2.4的相關代碼中用到了它。如果誰知道在i386平臺上"cc"的細節(jié)，請和我聯(lián)系。
另外，還可以在 Clobber/Modify域指定數(shù)字0到9，以聲明第n個Input/Output操作表達式所使用的寄存器發(fā)生了變化，但正如我們在前面所提到的，如果你為某個Input/Output操作表達式指定了寄存器，或使用"g","r"等約束讓GCC為其選擇寄存器，GCC已經(jīng)知道哪個寄存器內(nèi)容發(fā)生了變化，所以這么做沒有什么意義；我也作了相關的試驗，沒有發(fā)現(xiàn)使用它會對GCC生成的匯編代碼有任何影響，至少在i386平臺上是這樣。Linux 2.4的所有i386平臺相關內(nèi)聯(lián)匯編代碼中都沒有使用這一點，但S390平臺相關代碼中有用到，但由于我對S390匯編沒有任何概念，所以，也不知道這么做的意義何在。
