AT&T匯編語言與GCC內(nèi)嵌匯編簡介
版本 0.1
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1 AT&T 與INTEL的匯編語言語法的區(qū)別
1.1大小寫
1.2操作數(shù)賦值方向
1.3前綴
1.4間接尋址語法
1.5后綴
1.6指令
2 GCC內(nèi)嵌匯編
2.1簡介
2.2內(nèi)嵌匯編舉例
2.3語法
2.3.1匯編語句模板
2.3.2輸出部分
2.3.3輸入部分
2.3.4限制字符
2.3.5破壞描述部分
2.4GCC如何編譯內(nèi)嵌匯編代碼
3后記
本節(jié)先介紹
AT&T匯編語言語法與INTEL匯編語法的差別，然后介紹GCC內(nèi)嵌匯編語法。閱讀本節(jié)需要讀者具有INTEL匯編語言基礎(chǔ)。
1 AT&T 與INTEL的匯編語言語法的區(qū)別
1.1
指令大小寫
INTEL格式的指令使用大寫字母，而AT&T
格式的使用小寫字母。
例：
INTEL AT&T
MOV EAX,EBX movl %ebx,%eax
1.2
指令操作數(shù)賦值方向
在INTEL語法中，第一個表示目的操作數(shù)，第二個表示源操作數(shù)，賦值方向從右向左。
AT&T語法第一個為源操作數(shù)，第二個為目的操作數(shù)，方向從左到右，合乎自然。
例：
INTEL AT&T
MOV EAX,EBX movl %ebx,%eax
1.3
指令前綴
在INTEL語法中寄存器和立即數(shù)不需要前綴；
AT&T中寄存器需要加前綴"%"；立即數(shù)需要加前綴"$"。
例：
INTEL AT&T
MOV EAX,1 movl $1,%eax
符號常數(shù)直接引用，不需要加前綴，如：
movl value , %ebx
value為一常數(shù)；
在符號前加前綴 $, 表示引用符號地址,
如
movl $value, %ebx
是將value的地址放到ebx中。
總線鎖定前綴"lock"：
總線鎖定操作。"lock"前綴在Linux
核心代碼中使用很多，特別是SMP
代碼中。當(dāng)總線鎖定后其它CPU
不能存取鎖定地址處的內(nèi)存單元。
遠(yuǎn)程跳轉(zhuǎn)指令和子過程調(diào)用指令的操作碼使用前綴"l"，分別為ljmp，lcall，
與之相應(yīng)的返回指令偽lret。
例：
INTEL AT&T
lcall $secion:$offset
JMP FAR SECTION:OFFSET ljmp $secion:$offset
RET FAR SATCK_ADJUST lret $stack_adjust
1.4 間接尋址語法
INTEL中基地址使用"["、"]"，而在AT&T"("、")"；
另外處理復(fù)雜操作數(shù)的語法也不同，
INTEL為Segreg:[base+index*scale+disp]
，而在AT&T中為%segreg:disp(base,index,sale)，其中segreg
，index,scale，disp都是可選的，在指定index而沒有顯式指定Scale
的情況下使用默認(rèn)值1。Scale,disp不需要加前綴"&"。
INTEL AT&T
Instr foo,segreg:[base+index*scale+disp] instr %segreg:disp(base,index,scale),foo
1.5
指令后綴
AT&T
語法中大部分指令操作碼的最后一個字母表示操作數(shù)大小，"b"表示byte
（一個字節(jié)）；"w"表示word（2，個字節(jié)）；"l"表示long（4，個字節(jié)）。
INTEL中處理內(nèi)存操作數(shù)時也有類似的語法如：
BYTE PTR、WORD PTR、DWORD PTR。
例：
INTEL AT&T
mov al, bl movb %bl,%al
mov ax,bx movw %bx,%ax
mov eax, dword ptr [ebx] movl (%ebx), %eax
AT&T匯編指令中，操作數(shù)擴展指令有兩個后綴，一個指定源操作數(shù)的字長，另一個指定目標(biāo)操作數(shù)的字長。AT&T的符號擴展指令的為"movs"，零擴展指令為"movz
"（相應(yīng)的Intel指令為"movsx"和"movzx"）。因此，"movsbl %al,%edx"表示對寄存器al
中的字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行字節(jié)到長字的符號擴展，計算結(jié)果存放在寄存器edx
中。下面是一些允許的操作數(shù)擴展后綴：
l
bl: ，字節(jié)>->長字 l
bw: ，字節(jié)>->字 l
wl: ，字->長字
跳轉(zhuǎn)指令標(biāo)號后的后綴表示跳轉(zhuǎn)方向，"f"表示向前（forward），
"b，"表示向后（back）。
例：
jmp 1f
jmp 1f
1.6 指令
INTEL匯編與AT&T匯編指令基本相同，差別僅在語法上。關(guān)于每條指令的語法可以參考I386Manual。
2 GCC內(nèi)嵌匯編
2.1 簡介
內(nèi)核代碼絕大部分使用C
語言編寫，只有一小部分使用匯編語言編寫，例如與特定體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼和對性能影響很大的代碼。GCC提供了內(nèi)嵌匯編的功能，可以在C代碼中直接內(nèi)嵌匯編語言語句，大大方便了程序設(shè)計。
簡單的內(nèi)嵌匯編很容易理解
例：
__asm__
__volatile__("hlt");
"__asm__"表示后面的代碼為內(nèi)嵌匯編，"asm"是"__asm__"的別名。
"__volatile__"表示編譯器不要優(yōu)化代碼，后面的指令保留原樣，
"volatile"是它的別名。括號里面是匯編指令。
2.2 內(nèi)嵌匯編舉例在內(nèi)嵌匯編中，可以將C
語言表達(dá)式指定為匯編指令的操作數(shù)，而且不用去管如何將C
語言表達(dá)式的值讀入哪個寄存器，以及如何將計算結(jié)果寫回C
變量，你只要告訴程序中C語言表達(dá)式與匯編指令操作數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系即可， GCC
會自動插入代碼完成必要的操作。
使用內(nèi)嵌匯編，要先編寫匯編指令模板，然后將C語言表達(dá)式與指令的操作數(shù)相關(guān)聯(lián)，并告訴
GCC對這些操作有哪些限制條件。例如在下面的匯編語句：
__asm__ __violate__
("movl %1,%0" : "=r" (result) : "m" (input));
"movl %1,%0"是指令模板；"%0"和"%1"代表指令的操作數(shù)，稱為占位符，內(nèi)嵌匯編靠它們將C
語言表達(dá)式與指令操作數(shù)相對應(yīng)。指令模板后面用小括號括起來的是C
語言表達(dá)式，本例中只有兩個："result"和"input"，他們按照出現(xiàn)的順序分別與指令操作
數(shù)"%0"，"%1，"對應(yīng)；注意對應(yīng)順序：第一個C表達(dá)式對應(yīng)"%0"；第二個表達(dá)式對應(yīng)"%1
"，依次類推，操作數(shù)至多有10個，分別用"%0"，"%1"…."%9，"表示。在每個操作數(shù)前
面有一個用引號括起來的字符串，字符串的內(nèi)容是對該操作數(shù)的限制或者說要求。"result"前面
的限制字符串是"=r"，其中"="表示"result"是輸出操作數(shù)，"r
"表示需要將"result"與某個通用寄存器相關(guān)聯(lián)，先將操作數(shù)的值讀入寄存器，然后
在指令中使用相應(yīng)寄存器，而不是"result"本身，當(dāng)然指令執(zhí)行完后需要將寄存器中的值
存入變量"result"，從表面上看好像是指令直接對"result"進(jìn)行操作，實際上GCC
做了隱式處理，這樣我們可以少寫一些指令。"input"前面的"r"表示該表達(dá)式需要先放入
某個寄存器，然后在指令中使用該寄存器參加運算。
我們將上面的內(nèi)嵌代碼放到一個C源文件中，然后使用gcc ?c?S得到該C
文件源代碼相對應(yīng)的匯編代碼，然后查看一下匯編代碼，看看GCC是如何處理的。
C源文件如下內(nèi)容如下，注意該代碼沒有實際意義，僅僅作為例子。
extern int
input,result;
void test(void)
{
input
= 1;
__asm__ __volatile__ ("movl %1,%0" :
"=r" (result) : "r" (input));
return
;
}
對應(yīng)的匯編代碼如下;
行號 代碼 解釋
1
7
8 movl $1, input 對應(yīng)C語言語句input = 1;
9 input, %eax
10 #APP GCC插入的注釋，表示內(nèi)嵌匯編開始
11 movl %eax,%eax 我們的內(nèi)嵌匯編語句
12 #NO_APP GCC 插入的注釋，表示內(nèi)嵌匯編結(jié)束
13 movl %eax, result 將結(jié)果存入result變量
14
－
18
。。。。。。
從匯編代碼可以看出，第9行和第13行是GCC，自動增加的代碼，GCC
根據(jù)限定字符串決定如何處理C表達(dá)式，本例兩個表達(dá)式都被指定為"r"型，所以先使用指令：
movl input, %eax
將input讀入寄存器%eax；GCC，也指定一個寄存器與輸出變量result
相關(guān)，本例也是%eax，等得到操作結(jié)果后再使用指令：
movl %eax, result
將寄存器的值寫回C變量result中。從上面的匯編代碼我們可以看出與result
和input，相關(guān)連的寄存器都是%eax，GCC使用%eax，替換內(nèi)嵌匯編指令模板中的
%0，%1
movl %eax,%eax
顯然這一句可以不要。但是沒有優(yōu)化，所以這一句沒有被去掉。
由此可見，C表達(dá)式或者變量與寄存器的關(guān)系由GCC自動處理，我們只需使用限制字符串指導(dǎo)GCC
如何處理即可。限制字符必須與指令對操作數(shù)的要求相匹配，否則產(chǎn)生的匯編代碼
將會有錯，讀者可以將上例中的兩個"r"，都改為"m"(m，表示操作數(shù)放在內(nèi)存，而不是寄
存器中)，編譯后得到的結(jié)果是：
movl input, result
很明顯這是一條非法指令，因此限制字符串必須與指令對操作數(shù)的要求匹配。例如指令movl
允許寄存器到寄存器，立即數(shù)到寄存器等，但是不允許內(nèi)存到內(nèi)存的操作，因此兩個操作數(shù)
不能同時使用"m"作為限定字符。
2.3 語法
內(nèi)嵌匯編語法如下：
__asm__(
匯編語句模板:
輸出部分:
輸入部分:
破壞描述部分)
共四個部分：匯編語句模板，輸出部分，輸入部分，破壞描述部分，各部分使用":"格
開，匯編語句模板必不可少，其他三部分可選，如果使用了后面的部分，而前面部分為空，
也需要用":"格開，相應(yīng)部分內(nèi)容為空。例如：
__asm__ __volatile__(
"cli":
:
:"memory")
2.3.1 匯編語句模板
匯編語句模板由匯編語句序列組成，語句之間使用";"、"\n"或"\n\t"分開。
指令中的操作數(shù)可以使用占位符引用C語言變量，操作數(shù)占位符最多10個，名稱如下：%0，%1…，%9。
指令中使用占位符表示的操作數(shù)，總被視為long型（4，個字節(jié)），但對其施加的操作
根據(jù)指令可以是字或者字節(jié)，當(dāng)把操作數(shù)當(dāng)作字或者字節(jié)使用時，默認(rèn)為低字或者低字節(jié)。
對字節(jié)操作可以顯式的指明是低字節(jié)還是次字節(jié)。方法是在%和序號之間插入一個字母，
"b"代表低字節(jié)，"h"代表高字節(jié)，例如：%h1。
2.3.2 輸出部分
輸出部分描述輸出操作數(shù)，不同的操作數(shù)描述符之間用逗號格開，每個操作數(shù)描述符由限定字符串和
C語言變量組成。每個輸出操作數(shù)的限定字符串必須包含"="表示他是一個輸出操作數(shù)。
例：
__asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x) )
描述符字符串表示對該變量的限制條件，這樣GCC就可以根據(jù)這些條件決定如何
分配寄存器，如何產(chǎn)生必要的代碼處理指令操作數(shù)與C表達(dá)式或C變量之間的聯(lián)系。
2.3.3 輸入部分
輸入部分描述輸入操作數(shù)，不同的操作數(shù)描述符之間使用逗號格開，每個操作數(shù)描述符由
限定字符串和C語言表達(dá)式或者C語言變量組成。
例1：
__asm__ __volatile__ ("lidt %0" : : "m" (real_mode_idt));
例二（bitops.h）：
Static __inline__ void __set_bit(int nr,
volatile void * addr)
{
__asm__(
"btsl%1,%0" :
"=m"(ADDR) :
"Ir"(nr));
}
后例功能是將(*addr)的第nr位設(shè)為1。第一個占位符%0與C，語言變量ADDR
對應(yīng)，第二個占位符%1與C，語言變量nr對應(yīng)。因此上面的匯編語句代碼與下面的偽代碼等價：
btsl nr, ADDR，該指令的兩個操作數(shù)不能全是內(nèi)存變量，因此將nr的限定字符串指定為"Ir"，
將nr，與立即數(shù)或者寄存器相關(guān)聯(lián)，這樣兩個操作數(shù)中只有ADDR為內(nèi)存變量。
2.3.4 限制字符
2.3.4.1 限制字符列表
限制字符有很多種，有些是與特定體系結(jié)構(gòu)相關(guān)，此處僅列出常用的限定字符和i386
中可能用到的一些常用的限定符。它們的作用是指示編譯器如何處理其后的C
語言變量與指令操作數(shù)之間的關(guān)系，例如是將變量放在寄存器中還是放在內(nèi)存中等，
下表列出了常用的限定字母。
分類
限定符 描述 通用寄存器
"a"將輸入變量放入eax
這里有一個問題：假設(shè)eax已經(jīng)被使用，那怎么辦？
其實很簡單：因為GCC知道eax已經(jīng)被使用，它在這段匯編代碼的起始處插入一條
語句pushl %eax，將eax內(nèi)容保存到堆棧，然后在這段代碼結(jié)束處再增加一條
語句popl %eax，恢復(fù)eax的內(nèi)容
"b"將輸入變量放入ebx
"c"將輸入變量放入ecx
"d"將輸入變量放入edx
"s"將輸入變量放入esi
"d"將輸入變量放入edi
"q"將輸入變量放入eax，ebx ,ecx ，edx中的一個
"r"將輸入變量放入通用寄存器，也就是eax ，ebx，ecx,edx，esi，edi中的一個
"A"把eax和edx，合成一個64位的寄存器(uselong longs)
"m"內(nèi)存變量
"o"操作數(shù)為內(nèi)存變量，但是其尋址方式是偏移量類型，也即是基址尋址，或者是基址加變址尋址
"V"操作數(shù)為內(nèi)存變量，但尋址方式不是偏移量類型
"," 操作數(shù)為內(nèi)存變量，但尋址方式為自動增量
"p"操作數(shù)是一個合法的內(nèi)存地址（指針）
寄存器或內(nèi)存
"g" 將輸入變量放入eax，ebx，ecx ，edx中的一個或者作為內(nèi)存變量
"X"操作數(shù)可以是任何類型
立即數(shù)
"I" 0-31 之間的立即數(shù)（用于32位移位指令）
"J" 0-63 之間的立即數(shù)（用于64 位移位指令）
"N" 0-255 ，之間的立即數(shù)（用于out 指令）
"i" 立即數(shù)
"n" 立即數(shù)，有些系統(tǒng)不支持除字以外的立即數(shù)，這些系統(tǒng)應(yīng)該使用"n"而不是"i"
匹配
"0"，"1 ，"... "9 "
表示用它限制的操作數(shù)與某個指定的操作數(shù)匹配，也即該操作數(shù)就是指定的那個操作數(shù)，
例如用"0 "去描述"％1"操作數(shù)，那么"%1"引用的其實就是"%0"操作數(shù)，注意作為
限定符字母的0－9 ，與指令中的"％0"－"％9"的區(qū)別，前者描述操作數(shù)，后者代表操作數(shù)。
后面有詳細(xì)描述 & 該輸出操作數(shù)不能使用過和輸入操作數(shù)相同的寄存器
后面有詳細(xì)描述
操作數(shù)類型
"=" 操作數(shù)在指令中是只寫的（輸出操作數(shù)）
"+" 操作數(shù)在指令中是讀寫類型的（輸入輸出操作數(shù)）
浮點數(shù)
"f"
浮點寄存器
"t"第一個浮點寄存器
"u"第二個浮點寄存器
"G"標(biāo)準(zhǔn)的80387
浮點常數(shù)
% 該操作數(shù)可以和下一個操作數(shù)交換位置
例如addl的兩個操作數(shù)可以交換順序（當(dāng)然兩個操作數(shù)都不能是立即數(shù)）
# 部分注釋，從該字符到其后的逗號之間所有字母被忽略
* 表示如果選用寄存器，則其后的字母被忽略
現(xiàn)在繼續(xù)看上面的例子，
"=m" (ADDR)表示ADDR為內(nèi)存變量（"m"），而且是輸出變量（"="）；"Ir" (nr)表示nr，為
0－31之間的立即數(shù)（"I"）或者一個寄存器操作數(shù)（"r"）。
2.3.4.2
匹配限制符
I386
指令集中許多指令的操作數(shù)是讀寫型的（讀寫型操作數(shù)指先讀取原來的值然后參加運算，最后
將結(jié)果寫回操作數(shù)），例如addl %1,%0，它的作用是將操作數(shù)%0與操作數(shù)%1的和存入操作數(shù)%0，
因此操作數(shù)%0是讀寫型操作數(shù)。老版本的GCC對這種類型操作數(shù)的支持不是很好，它將操作數(shù)嚴(yán)格
分為輸入和輸出兩種，分別放在輸入部分和輸出部分，而沒有一個單獨部分描述讀寫型操作數(shù)，
因此在GCC中讀寫型的操作數(shù)需要在輸入和輸出部分分別描述，靠匹配限制符將兩者關(guān)聯(lián)到一起
注意僅在輸入和輸出部分使用相同的C變量，但是不用匹配限制符，產(chǎn)生的代碼很可能不對，后
面會分析原因。
匹配限制符是一位數(shù)字："0"、"1"……"9，"，分別表示它限制的C表達(dá)式分別與
占位符%0，%1，……%9對應(yīng)的C變量匹配。例如使用"0"作為%1，的限制字符，那么
%0和％1表示同一個C，變量。
看一下下面的代碼就知道為什么要將讀寫型操作數(shù)，分別在輸入和輸出部分加以描述。
該例功能是求input+result的和，然后存入result：
extern int input,result;
void test_at_t()
{
result= 0;
input = 1;
__asm__
__volatile__ ("addl %1,%0":"=r"(result): "r"(input));
}
對應(yīng)的匯編代碼為：
movl $0,_result
movl $1,_input
movl _input,%edx /APP
addl %edx,%eax /NO_APP
movl %eax,%edx
movl %edx,_result
input 為輸入型變量，而且需要放在寄存器中，GCC給它分配的寄存器是%edx，在執(zhí)行addl之前%edx，
的內(nèi)容已經(jīng)是input的值。可見對于使用"r"限制的輸入型變量或者表達(dá)式，在使用之前GCC會插入
必要的代碼將他們的值讀到寄存器；"m"型變量則不需要這一步。讀入input后執(zhí)行addl，顯然%eax
的值不對，需要先讀入result的值才行。再往后看：movl %eax,%edx和movl %edx,_result
的作用是將結(jié)果存回result，分配給result的寄存器與分配給input的一樣，都是%edx。
綜上可以總結(jié)出如下幾點：
1. 使用"r"限制的輸入變量，GCC先分配一個寄存器，然后將值讀入寄存器，最后
用該寄存器替換占位符；
2. 使用"r"限制的輸出變量，GCC會分配一個寄存器，然后用該寄存器替換占位符，
但是在使用該寄存器之前并不將變量值先讀入寄存器，GCC認(rèn)為所有輸出變量以前的
值都沒有用處，不讀入寄存器（可能是因為AT&T匯編源于CISC架構(gòu)處理器的匯編語言
，在CISC處理器中大部分指令的輸入輸出明顯分開，而不像RISC那樣一個操作數(shù)既
做輸入又做輸出，例如add r0,r1,r2，r0，和r1是輸入，r2是輸出，輸入和輸出分開，
沒有使用輸入輸出型操作數(shù)，這樣我們就可以認(rèn)為r2對應(yīng)的操作數(shù)原來的值沒有用處，
也就沒有必要先將操作數(shù)的值讀入r2，因為這是浪費處理器的CPU周期），最后GCC插入代碼，
將寄存器的值寫回變量；
3. 輸入變量使用的寄存器在最后一處使用它的指令之后，就可以挪做其他用處，因為
已經(jīng)不再使用。例如上例中的%edx。在執(zhí)行完addl之后就作為與result對應(yīng)的寄存器。
因為第二條，上面的內(nèi)嵌匯編指令不能奏效，因此需要在執(zhí)行addl之前把result的值讀入
寄存器，也許再將result放入輸入部分就可以了（因為第一條會保證將result
先讀入寄存器）。修改后的指令如下（為了更容易說明問題將input限制符由"r，"改為"m"）：
extern int input,result;
void test_at_t()
{
result = 0;
input = 1;
__asm__
__volatile__ ("addl %2,%0":"=r"(result):"r"(result),"m"(input));
}
看上去上面的代碼可以正常工作，因為我們知道%0和%1都和result相關(guān)，應(yīng)該使用同一個
寄存器，但是GCC并不去判斷%0和%1，是否和同一個C表達(dá)式或變量相關(guān)聯(lián)（這樣易于產(chǎn)生與
內(nèi)嵌匯編相應(yīng)的匯編代碼），因此%0和%1使用的寄存器可能不同。我們看一下匯編代碼就知道了。
movl $0,_result
movl $1,_input
movl _result,%edx /APP
addl _input,%eax /NO_APP
movl %eax,%edx
movl %edx,_result
現(xiàn)在在執(zhí)行addl之前將result的值被讀入了寄存器%edx，但是addl指令的操作數(shù)%0
卻成了%eax，而不是%edx，與預(yù)料的不同，這是因為GCC給輸出和輸入部分的變量分配了不同
的寄存器，GCC沒有去判斷兩者是否都與result相關(guān)，后面會講GCC如何翻譯內(nèi)嵌匯編，看完之后
就不會驚奇啦。
使用匹配限制符后，GCC知道應(yīng)將對應(yīng)的操作數(shù)放在同一個位置（同一個寄存器或者同一個
內(nèi)存變量）。使用匹配限制字符的代碼如下：
extern int input,result;
void test_at_t()
{
result = 0;
input = 1;
__asm__
__volatile__ ("addl %2,%0":"=r"(result):"0"(result),"m"(input));
}
輸入部分中的result用匹配限制符"0"限制，表示%1與％0，代表同一個變量，
輸入部分說明該變量的輸入功能，輸出部分說明該變量的輸出功能，兩者結(jié)合表示result
是讀寫型。因為%0和%1，表示同一個C變量，所以放在相同的位置，無論是寄存器還是內(nèi)存。
相應(yīng)的匯編代碼為：
movl $0,_result
movl $1,_input
movl _result,%edx
movl %edx,%eax /APP
addl _input,%eax /NO_APP
movl %eax,%edx
movl %edx,_result
可以看到與result相關(guān)的寄存器是%edx，在執(zhí)行指令addl之前先從%edx將result讀入%eax，
執(zhí)行之后需要將結(jié)果從%eax讀入%edx，最后存入result中。這里我們可以看出GCC
處理內(nèi)嵌匯編中輸出操作數(shù)的一點點信息：addl并沒有使用%edx，可見它不是簡單的用result
對應(yīng)的寄存器%edx去替換%0，而是先分配一個寄存器，執(zhí)行運算，最后才將運算結(jié)果存入
對應(yīng)的變量，因此GCC是先看該占位符對應(yīng)的變量的限制符，發(fā)現(xiàn)是一個輸出型寄存器變量，
就為它分配一個寄存器，此時沒有去管對應(yīng)的C變量，最后GCC，知道還要將寄存器的值寫回變量，
與此同時，它發(fā)現(xiàn)該變量與%edx關(guān)聯(lián)，因此先存入%edx，再存入變量。
至此讀者應(yīng)該明白了匹配限制符的意義和用法。在新版本的GCC中增加了一個限制字符"+"，
它表示操作數(shù)是讀寫型的，GCC知道應(yīng)將變量值先讀入寄存器，然后計算，最后寫回變量，而
無需在輸入部分再去描述該變量。
例;
extern int input,result;
void test_at_t()
{
result = 0;
input = 1;
__asm__
__volatile__ ("addl %1,%0":"+r"(result):"m"(input));
}
此處用"+"替換了"="，而且去掉了輸入部分關(guān)于result的描述，產(chǎn)生的匯編代碼如下：
movl $0,_result
movl $1,_input
movl _result,%eax /APP
addl _input,%eax /NO_APP
movl %eax,_result
L2:
movl %ebp,%esp
處理的比使用匹配限制符的情況還要好，省去了好幾條匯編代碼。
2.3.4.3 "&"限制符
限制符"&"在內(nèi)核中使用的比較多，它表示輸入和輸出操作數(shù)不能使用相同的寄存器，
這樣可以避免很多錯誤。
舉一個例子，下面代碼的作用是將函數(shù)foo的返回值存入變量ret中：
__asm__ ( "call foo;movl %%edx,%1", :"=a"(ret) : "r"(bar) );
我們知道函數(shù)的int型返回值存放在%eax中，但是gcc編譯的結(jié)果是輸入和輸出同時使用了
寄存器%eax，如下：
movl bar, %eax
#APP
call foo
movl %ebx,%eax
#NO_APP
movl %eax, ret
結(jié)果顯然不對，原因是GCC并不知道%eax中的值是我們所要的。避免這種情況的方法是使用"&"
限定符，這樣bar就不會再使用%eax寄存器，因為已被ret指定使用。
_asm__ ( "call foo;movl %%edx,%1",:"=&a"(ret) : "r"(bar) );
2.3.5 破壞描述部分
2.3.5.1 寄存器破壞描述符
通常編寫程序只使用一種語言：高級語言或者匯編語言。高級語言編譯的步驟大致如下：
l
預(yù)處理；
l
編譯
l
匯編
l
鏈接
我們這里只關(guān)心第二步編譯（將C代碼轉(zhuǎn)換成匯編代碼）：因為所有的代碼都是用高級語言編寫，
編譯器可以識別各種語句的作用，在轉(zhuǎn)換的過程中所有的寄存器都由編譯器決定如何分配使用，
它有能力保證寄存器的使用不會沖突；也可以利用寄存器作為變量的緩沖區(qū)，因為寄存器的訪問
速度比內(nèi)存快很多倍。如果全部使用匯編語言則由程序員去控制寄存器的使用，只能靠程序員去
保證寄存器使用的正確性。但是如果兩種語言混用情況就變復(fù)雜了，因為內(nèi)嵌的匯編代碼可以直接
使用寄存器，而編譯器在轉(zhuǎn)換的時候并不去檢查內(nèi)嵌的匯編代碼使用了哪些寄存器（因為很難檢測
匯編指令使用了哪些寄存器，例如有些指令隱式修改寄存器，有時內(nèi)嵌的匯編代碼會調(diào)用其他子過程，
而子過程也會修改寄存器），因此需要一種機制通知編譯器我們使用了哪些寄存器（程序員自己知道
內(nèi)嵌匯編代碼中使用了哪些寄存器），否則對這些寄存器的使用就有可能導(dǎo)致錯誤，修改描述部分
可以起到這種作用。當(dāng)然內(nèi)嵌匯編的輸入輸出部分指明的寄存器或者指定為"r"，"g"型由編譯器
去分配的寄存器就不需要在破壞描述部分去描述，因為編譯器已經(jīng)知道了。
破壞描述符由逗號格開的字符串組成，每個字符串描述一種情況，一般是寄存器名；除寄存器外
還有"memory"。例如："%eax"，"%ebx"，"memory"等。
下面看個例子就很清楚為什么需要通知GCC內(nèi)嵌匯編代碼中隱式（稱它為隱式是因為GCC并不知道）
使用的寄存器。
在內(nèi)嵌的匯編指令中可能會直接引用某些寄存器，我們已經(jīng)知道AT&T格式的匯編語言中，寄存器
名以"%"作為前綴，為了在生成的匯編程序中保留這個"%"號，在asm語句中對寄存器的
引用必須用"%%"作為寄存器名稱的前綴。原因是"%"在asm，內(nèi)嵌匯編語句中的作用與"\"在C
語言中的作用相同，因此"%%"轉(zhuǎn)換后代表"%"。
例（沒有使用修改描述符）：
int main(void)
{
int input, output,temp;
input = 1;
__asm__ __volatile__ ("movl $0, %%eax;\n\t
movl %%eax, %1;\n\t
movl %2, %%eax;\n\t
movl %%eax, %0;\n\t"
:"=m"(output),"=m"(temp) /* output */
:"r"(input) /* input */
);
return 0;
}
這段代碼使用%eax作為臨時寄存器，功能相當(dāng)于C代碼："temp = 0;output=input"，
對應(yīng)的匯編代碼如下：
movl $1,-4(%ebp)
movl -4(%ebp),%eax /APP
movl $0, %eax;
movl %eax, -12(%ebp);
movl %eax, %eax;
movl %eax, -8(%ebp); /NO_APP
顯然GCC給input分配的寄存器也是%eax，發(fā)生了沖突，output的值始終為0，而不是input。
使用破壞描述后的代碼：
int main(void)
{
int input, output,temp;
input = 1;
__asm__ __volatile__
( "movl $0, %%eax;\n\t
movl %%eax, %1;\n\t
movl %2, %%eax;\n\t
movl %%eax, %0;\n\t"
:"=m"(output),"=m"(temp) /* output */
:"r"(input) /* input */
:"eax"); /* 描述符 */
return 0;
}
對應(yīng)的匯編代碼：
movl $1,-4(%ebp)
movl -4(%ebp),%edx /APP
movl $0, %eax;
movl %eax, -12(%ebp);
movl %edx, %eax;
movl %eax, -8(%ebp); /NO_APP
通過破壞描述部分，GCC得知%eax已被使用，因此給input分配了%edx。在使用內(nèi)嵌匯編時請記
住一點：盡量告訴GCC盡可能多的信息，以防出錯。
如果你使用的指令會改變CPU的條件寄存器cc，需要在修改描述部分增加"cc"。
2.3.5.2 memory破壞描述符
"memory"比較特殊，可能是內(nèi)嵌匯編中最難懂部分。為解釋清楚它，先介紹一下編譯器的
優(yōu)化知識，再看C關(guān)鍵字volatile。最后去看該描述符。
2.3.5.2.1 編譯器優(yōu)化介紹
內(nèi)存訪問速度遠(yuǎn)不及CPU處理速度，為提高機器整體性能，在硬件上引入硬件高速緩存Cache，
加速對內(nèi)存的訪問。另外在現(xiàn)代CPU中指令的執(zhí)行并不一定嚴(yán)格按照順序執(zhí)行，沒有相關(guān)性
的指令可以亂序執(zhí)行，以充分利用CPU的指令流水線，提高執(zhí)行速度。以上是硬件級別的優(yōu)化。
再看軟件一級的優(yōu)化：一種是在編寫代碼時由程序員優(yōu)化，另一種是由編譯器進(jìn)行優(yōu)化。編譯器
優(yōu)化常用的方法有：將內(nèi)存變量緩存到寄存器；調(diào)整指令順序充分利用CPU指令流水線，常見的
是重新排序讀寫指令。
對常規(guī)內(nèi)存進(jìn)行優(yōu)化的時候，這些優(yōu)化是透明的，而且效率很好。由編譯器優(yōu)化或者硬件重新排序引起的問題的解決辦法是在從硬件（或者其他處理器）的角度看必須以特定順序執(zhí)行的操作之間設(shè)置內(nèi)存屏障（memory barrier），linux提供了一個宏解決編譯器的執(zhí)行順序問題。
void Barrier(void)
這個函數(shù)通知編譯器插入一個內(nèi)存屏障，但對硬件無效，編譯后的代碼會把當(dāng)前CPU
寄存器中的所有修改過的數(shù)值存入內(nèi)存，需要這些數(shù)據(jù)的時候再重新從內(nèi)存中讀出。
2.3.5.2.2 C 語言關(guān)鍵字volatile
C 語言關(guān)鍵字volatile（注意它是用來修飾變量而不是上面介紹的__volatile__）表明某個變量
的值可能在外部被改變，因此對這些變量的存取不能緩存到寄存器，每次使用時需要重新存取。
該關(guān)鍵字在多線程環(huán)境下經(jīng)常使用，因為在編寫多線程的程序時，同一個變量可能被多個線程修
改，而程序通過該變量同步各個線程，例如：
DWORD __stdcall threadFunc(LPVOID signal)
{
int* intSignal=reinterpret_cast(signal);
*intSignal=2;
while(*intSignal!=1)
sleep(1000);
return 0;
}
該線程啟動時將intSignal置為2，然后循環(huán)等待直到intSignal為1，時退出。顯然intSignal
的值必須在外部被改變，否則該線程不會退出。但是實際運行的時候該線程卻不會退出，即使
在外部將它的值改為1，看一下對應(yīng)的偽匯編代碼就明白了：
mov ax,signal
label:
if(ax!=1)
goto label
對于C編譯器來說，它并不知道這個值會被其他線程修改。自然就把它cache在寄存器里面。記住，C
編譯器是沒有線程概念的！這時候就需要用到volatile。volatile的本意是指：這個值可能會在
當(dāng)前線程外部被改變。也就是說，我們要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile
關(guān)鍵字，這時候，編譯器知道該變量的值會在外部改變，因此每次訪問該變量時會重新讀取，所作
的循環(huán)變?yōu)槿缦旅鎮(zhèn)未a所示：
label:
mov ax,signal
if(ax!=1)
goto label
2.3.5.2.3 Memory
有了上面的知識就不難理解Memory
修改描述符了，Memory描述符告知GCC：
（1）不要將該段內(nèi)嵌匯編指令與前面的指令重新排序；也就是在執(zhí)行內(nèi)嵌匯編代碼之前，
它前面的指令都執(zhí)行完畢。
（2）不要將變量緩存到寄存器，因為這段代碼可能會用到內(nèi)存變量，而這些內(nèi)存變量會
以不可預(yù)知的方式發(fā)生改變，因此GCC插入必要的代碼先將緩存到寄存器的變量值寫回內(nèi)存，
如果后面又訪問這些變量，需要重新訪問內(nèi)存。
如果匯編指令修改了內(nèi)存，但是GCC本身卻察覺不到，因為在輸出部分沒有描述，
此時就需要在修改描述部分增加"memory"，告訴GCC內(nèi)存已經(jīng)被修改，GCC得知這個信息后，
就會在這段指令之前，插入必要的指令將前面因為優(yōu)化Cache到寄存器中的變量值先寫回內(nèi)存，
如果以后又要使用這些變量再重新讀取。
例：
………..
Char test[100];
char a;
char c;
c = 0;
test[0] = 1;
……..
a = test [0];
……
__asm__(
"cld\n\t"
"rep\n\t"
"stosb"
: /* no output */
: "a" (c),"D" (test),"c" (100)
:
"cx","di","memory");
……….
// 我們知道test[0] 已經(jīng)修改，所以重新讀取
a=test[0];
……
這段代碼中的匯編指令功能與
memset
相當(dāng)，也就是相當(dāng)于調(diào)用了memset(test,0,100)；它使用stosb修改了test
數(shù)組的內(nèi)容，但是沒有在輸入或輸出部分去描述操作數(shù)，因為這兩條指令都不需要
顯式的指定操作數(shù)，因此需要增加"memory"通知GCC?，F(xiàn)在假設(shè)：GCC在優(yōu)化時將test[0]
放到了%eax寄存器，那么test[0] = 1對應(yīng)于%eax=1，a = test [0]被換為a=%eax
，如果在那段匯編指令中不使用"memory"，Gcc，不知道現(xiàn)在test[0]
的值已經(jīng)被改變了（如果整段代碼都是我們自己使用匯編編寫，我們自己當(dāng)然知道
這些內(nèi)存的修改情況，我們也可以人為的去優(yōu)化，但是現(xiàn)在除了我們編寫的那一小段外，
其他匯編代碼都是GCC
生成的，它并沒有那么智能，知道這段代碼會修改test[0]），結(jié)果其后的a=test[0]
，轉(zhuǎn)換為匯編后卻是a=%eax，因為GCC不知道顯式的改變了test數(shù)組，結(jié)果出錯了。
如果增加了"memory"修飾符，GCC知道：
"這段代碼修改了內(nèi)存，但是也僅此而已，它并不知道到底修改了哪些變量"，
因此他將以前因優(yōu)化而緩存到寄存器的變量值全部寫回內(nèi)存，從內(nèi)嵌匯編開始，如果后面
的代碼又要存取這些變量，則重新存取內(nèi)存（不會將讀寫操作映射到以前緩存的那個寄存器）。
這樣上面那段代碼最后一句就不再是%eax=1，而是test[0] = 1。
這兩條對實現(xiàn)臨界區(qū)至關(guān)重要，第一條保證不會因為指令的重新排序?qū)⑴R界區(qū)內(nèi)的代碼調(diào)
到臨界區(qū)之外（如果臨界區(qū)內(nèi)的指令被重排序放到臨界區(qū)之外，What will happen?），
第二條保證在臨界區(qū)訪問的變量的值，肯定是最新的值，而不是緩存在
寄存器中的值，否則就會導(dǎo)致奇怪的錯誤。例如下面的代碼：
int del_timer(struct timer_list * timer)
{
int
ret = 0;
if
(timer->next) {
unsigned
long flags;
struct
timer_list * next;
save_flags(flags);
cli();
// 臨界區(qū)開始
if
((next = timer->next) != NULL) {
(next->prev = timer->prev)->next = next;
timer->next = timer->prev = NULL;
ret = 1;
} // 臨界區(qū)結(jié)束
restore_flags(flags);
}
return
ret;
}
它先判斷timer->next
的值，如果是空直接返回，無需進(jìn)行下面的操作。如果不是空，則進(jìn)入臨界區(qū)進(jìn)行操作，但是cli()
的實現(xiàn)（見下面）沒有使用"memory"，timer->next的值可能會被緩存到寄存器中，
后面if ((next =timer->next) != NULL)會從寄存器中讀取timer->next的值，如果
在if (timer->next)之后，進(jìn)入臨界區(qū)之前，timer->next的值可能被在外部改變，
這時肯定會出現(xiàn)異常情況，而且這種情況很難Debug。但是如果cli使用"memory"，
那么if ((next = timer->next) !=NULL)語句會重新從內(nèi)存讀取timer->next的值，而不會從寄存器
中取，這樣就不會出現(xiàn)問題啦。
2.4 版內(nèi)核中cli和sti的代碼如下：
#define __cli()
__asm__
__volatile__("cli": : :"memory")
#define __sti()
__asm__
__volatile__("sti": : :"memory")
通過上面的例子，讀者應(yīng)該知道，為什么指令沒有修改內(nèi)存，但是卻使用"memory
"修改描述符的原因了吧。應(yīng)從指令的上下文去理解為什么要這樣做。
使用"volatile"也可以達(dá)到這個目的，但是我們在每個變量前增加該關(guān)鍵字，
不如使用"memory"方便。
2.4 GCC如何編譯內(nèi)嵌匯編代碼
GCC 編譯內(nèi)嵌匯編代碼的步驟如下：
1.輸入變量與占位符
根據(jù)限定符和破壞描述部分，為輸入和輸出部分的變量分配合適的寄存器，如果限定符指定為立即數(shù)
("i")，或內(nèi)存變量("m")，則不需要該步驟，如果限定符沒有具體指定輸入操作數(shù)的
類型(如"g")，GCC會視需要決定是否將該操作數(shù)輸入到某個寄存器。這樣每個占位符都與某個
寄存器、內(nèi)存變量或立即數(shù)形成了一一對應(yīng)的關(guān)系。對分配了寄存器的輸入變量需要增加代碼
將它的值讀入寄存器。另外還要根據(jù)破壞描述符的部分增加額外代碼。
2.指令模板部分
然后根據(jù)這種一一對應(yīng)的關(guān)系，用這些寄存器、內(nèi)存變量或立即數(shù)來取代匯編代碼中的占位符。
3.變量輸出
按照輸出限定符的指定將寄存器的內(nèi)容輸出到某個內(nèi)存變量中，如果輸出操作數(shù)的限定符指定為內(nèi)存變量("m")，則該步驟被省略。
3 后記
該文檔參照了Web上的許多與GCC內(nèi)嵌匯編相關(guān)的文章編寫而成，在此表示感謝，
如有問題請發(fā)Email至：chforest_chang@hotmail.com 一起討論。
