Программирование для Linux. Профессиональный подход

Самьюэл Алекс

В третьей секции перечислены входные операнды. Переменная

operand

содержит значение, подвергаемое битовому сдвигу. Выражение

"r"

означает, что значение переменной записывается в регистр.

Выражение

"cc"

в четвертой секции говорит о том. что инструкция меняет значение регистра

cc

(содержит код завершения).

9.2.1. Преобразование функции asm в ассемблерные инструкции

Компилятор

gcc

интерпретирует функцию

asm

очень просто: он генерирует ассемблерные инструкции, обрабатывающие указанные входные и выходные операнды, после чего заменяет вызов функции заданной инструкцией. Никакой дополнительный анализ

не выполняется.

Например, следующий фрагмент программы:

double foo, bar;

asm("mycool_asm %1, %0" : "=r" (bar) : "r" (foo));

будет преобразован в такую последовательность команд x86:

 movl -8(%ebp),%edx

 movl -4(%ebp),%ecx

#APP

 mycool_asm %edx, %edx

#NO_APP

 movl %edx,-16(%ebp)

 movl %ecx,-12(%ebp)

Переменные

foo

и

bar

занимают по два слова в стеке в 32-разрядной архитектуре x86. Регистр

ebp

ссылается на данные, находящиеся в стеке.

Первые две команды копируют переменную foo в регистры

edx

и

ecx

, с которыми работает инструкция

mycool_asm

. Компилятор решил поместить результат в те же самые регистры. Последние две команды копируют результат в переменную

bar

. Выбор нужных регистров и копирование операндов осуществляются автоматически.

9.3. Расширенный синтаксис ассемблерных вставок

В следующих подразделах будет описан синтаксис правил, по которым строятся выражения в функции

asm

. Секции выражения отделяются друг от друга двоеточиями. Мы будем ссылаться на следующую инструкцию, которая вычисляет результат булевого выражения

x > y

:

asm("fucomip %%st(1), %%st; seta %%al" :

 "=a" (result) : "u" (y), "t" (x) : "cc", "st");

Сначала инструкция

fucomip

сравнивает два операнда,

x

и

y

, и помещает значение, обозначающее результат, в регистр

cc

, после чего инструкция

seta

преобразует это значение в 0 или 1.

9.3.1. Ассемблерные инструкции

Первая секция содержит ассемблерные инструкции, заключенные в кавычки. В рассматриваемом примере таких инструкций две:

fucomip

и

seta

. Они разделены точкой с запятой. Если текущий вариант языка ассемблера не допускает такого способа разделения инструкций, воспользуйтесь символом новой строки (

\n

).

Компилятор игнорирует содержимое первого раздела, разве что один уровень символов процента удаляется, т.е. вместо

%%

будет %. Смысл выражения

%%st(1)

и ему подобных зависит от архитектуры компьютера.

Если при компиляции программы, содержащей функцию

asm

, указать опцию

– traditional

или

– ansi

, компилятор

gcc

выдаст предупреждение. Чтобы этого избежать, используйте альтернативное имя

__asm__

.

9.3.2. Выходные операнды

Во второй секции указаны выходные операнды инструкции. Каждому операнду соответствует строка адресации и выражение языка С, записанное в скобках. В случае выходных операндов (все они должны быть левосторонними значениями) строка адресации должна начинаться со знака равенства. Компилятор проверяет, действительно ли каждый выходной операнд является левосторонним значением (т.е может стоять в левой части оператора присваивания).

Список обозначений регистров для конкретной архитектуры можно найти в исходных текстах компилятора

gcc

(конкретнее — в определении макроса

REG_CLASS_FROM_LETTER

).

Например, в файле

gcc/config/i386/i386.h

содержатся обозначения, соответствующие архитектуре x86 (табл. 9.1).

Таблица 9.1. Обозначения регистров в архитектуре Intel x86

Символ регистра	Регистры, которые могут использоваться компилятором gcc
R	Регистры общего назначения (EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP, ESP)
q	Общие регистры хранения данных (EAX, ЕВХ, ECX, EDX)
f	Регистр для чисел с плавающей запятой
t	Верхний стековый регистр для чисел с плавающей запятой
u	Второй после верхнего стековый регистр для чисел с плавающей запятой
a	Регистр EAX
b	Регистр EBX
с	Регистр ECX
d	Регистр EDX
x	Регистр SSE (регистр потокового расширения SIMD)
y	Мультимедийные регистры MMX
A	Восьмибайтовое значение, формируемое из регистров EAX и EDX
D	Указатель приемной строки в строковых операциях (EDI)
S	Указатель исходной строки в строковых операциях (ESI)

Если есть несколько однотипных операндов, то они разделяются запятыми, как показано в секции входных операндов. Всего можно задавать до десяти операндов, адресуемых как

%0

,

%1

, …

%9

. Если выходные операнды отсутствуют, но есть входные операнды или модифицируемые регистры, то вторую секцию следует оставить пустой или пометить ее комментарием наподобие

/* нет выходных данных */

.

9.3.3. Входные операнды

В третьей секции задаются входные операнды. Строка адресации такого операнда не должна содержать знака равенства, в остальном синтаксис совпадает с синтаксисом выходных операндов.

Если требуется указать, что в одной инструкции осуществляется как чтение регистра, так и запись в него, необходимо в строке адресации входного операнда поставить номер выходного операнда. Например, если входной регистр должен быть тем же, что и регистр первого выходного операнда, назначьте ему номер 0. Выходные операнды нумеруются слева направо, начиная с нуля. Если просто указать одинаковое C-выражение для входного и выходного операндов, то это еще не означает, что оба значения будут помещены в один и тот же регистр.

Данную секцию можно пропустить, если входные операнды отсутствуют и следующая секция модифицируемых регистров пуста.

9.3.4. Модифицируемые регистры

Если в качестве побочного эффекта инструкция модифицирует значение одного или нескольких регистров, в функции

asm

должна присутствовать четвертая секция. Например, инструкция

fucomip

меняет регистр кода завершения, обозначаемый как cc. Строки, представляющие затираемые регистры, разделяются запятыми. Если инструкция способна изменить произвольную ячейку памяти, в этой секции должно стоять ключевое слово

memory

. На основании этой информации компилятор определяет, какие значения должны быть загружены повторно после завершения функции

asm

. При отсутствии данной секции компилятор может сделать неверное предположение о том, что регистры содержат прежние значения, и это скажется на работе программы.