內(nèi)核代碼絕大部分使用C?
語(yǔ)言編寫(xiě)，只有一小部分使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，例如與特定體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼和對(duì)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(yǔ)言語(yǔ)句，大大方便了程序設(shè)計(jì)。?

簡(jiǎn)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(hào)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(yǔ)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(yǔ)言表達(dá)式的值讀入哪個(gè)寄存器，以及如何將計(jì)算結(jié)果寫(xiě)回C?
變量，你只要告訴程序中C語(yǔ)言表達(dá)式與匯編指令操作數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系即可， GCC?
會(huì)自動(dòng)插入代碼完成必要的操作。?


使用內(nèi)嵌匯編，要先編寫(xiě)匯編指令模板，然后將C語(yǔ)言表達(dá)式與指令的操作數(shù)相關(guān)聯(lián)，并告訴?
GCC對(duì)這些操作有哪些限制條件。例如在下面的匯編語(yǔ)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(yǔ)言表達(dá)式與指令操作數(shù)相對(duì)應(yīng)。指令模板后面用小括號(hào)括起來(lái)的是C?
語(yǔ)言表達(dá)式，本例中只有兩個(gè)：“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(duì)應(yīng)；注意對(duì)應(yīng)順序：第一個(gè)C表達(dá)式對(duì)應(yīng)“%0”；第二個(gè)表達(dá)式對(duì)應(yīng)“%1?
”，依次類(lèi)推，操作數(shù)至多有10個(gè)，分別用“%0”，“%1”….“%9，”表示。在每個(gè)操作數(shù)前?
面有一個(gè)用引號(hào)括起來(lái)的字符串，字符串的內(nèi)容是對(duì)該操作數(shù)的限制或者說(shuō)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(gè)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(duì)“result”進(jìn)行操作，實(shí)際上GCC?
做了隱式處理，這樣我們可以少寫(xiě)一些指令。“input”前面的“r”表示該表達(dá)式需要先放入?
某個(gè)寄存器，然后在指令中使用該寄存器參加運(yùn)算。?

我們將上面的內(nèi)嵌代碼放到一個(gè)C源文件中，然后使用gcc –c–S得到該C?
文件源代碼相對(duì)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(méi)有實(shí)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(duì)應(yīng)的匯編代碼如下;?

行號(hào) 代碼 解釋?

1?
7?
8 movl $1, input 對(duì)應(yīng)C語(yǔ)言語(yǔ)句input = 1;?
9 input, %eax?
10 #APP GCC插入的注釋，表示內(nèi)嵌匯編開(kāi)始?
11 movl %eax,%eax 我們的內(nèi)嵌匯編語(yǔ)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(dòng)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(gè)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(gè)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(xiě)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(méi)有優(yōu)化，所以這一句沒(méi)有被去掉。?

由此可見(jiàn)，C表達(dá)式或者變量與寄存器的關(guān)系由GCC自動(dòng)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(duì)操作數(shù)的要求相匹配，否則產(chǎn)生的匯編代碼?
將會(huì)有錯(cuò)，讀者可以將上例中的兩個(gè)“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(duì)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(gè)操作數(shù)?
不能同時(shí)使用“m”作為限定字符。?

2.3 語(yǔ)法?


內(nèi)嵌匯編語(yǔ)法如下：?

__asm__(?
匯編語(yǔ)句模板:?
輸出部分:?
輸入部分:?
破壞描述部分)?


共四個(gè)部分：匯編語(yǔ)句模板，輸出部分，輸入部分，破壞描述部分，各部分使用“:”格?
開(kāi)，匯編語(yǔ)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(kāi)，相應(yīng)部分內(nèi)容為空。例如：?

__asm__ __volatile__(?
"cli":?
:?
:"memory")?

2.3.1 匯編語(yǔ)句模板?


匯編語(yǔ)句模板由匯編語(yǔ)句序列組成，語(yǔ)句之間使用“;”、“\n”或“\n\t”分開(kāi)。?
指令中的操作數(shù)可以使用占位符引用C語(yǔ)言變量，操作數(shù)占位符最多10個(gè)，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(gè)字節(jié)），但對(duì)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(shí)，默認(rèn)為低字或者低字節(jié)。?
對(duì)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(hào)之間插入一個(gè)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(hào)格開(kāi)，每個(gè)操作數(shù)描述符由限定字符串和?
C語(yǔ)言變量組成。每個(gè)輸出操作數(shù)的限定字符串必須包含“=”表示他是一個(gè)輸出操作數(shù)。?


例：?
__asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x) )?

描述符字符串表示對(duì)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(hào)格開(kāi)，每個(gè)操作數(shù)描述符由?
限定字符串和C語(yǔ)言表達(dá)式或者C語(yǔ)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(gè)占位符%0與C，語(yǔ)言變量ADDR?
對(duì)應(yīng)，第二個(gè)占位符%1與C，語(yǔ)言變量nr對(duì)應(yīng)。因此上面的匯編語(yǔ)句代碼與下面的偽代碼等價(jià)：?
btsl nr, ADDR，該指令的兩個(gè)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(gè)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(yǔ)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(lèi)?
限定符 描述 通用寄存器?


“a”將輸入變量放入eax?

這里有一個(gè)問(wèn)題：假設(shè)eax已經(jīng)被使用，那怎么辦？?

其實(shí)很簡(jiǎn)單：因?yàn)镚CC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(yǔ)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(yǔ)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(gè)?
“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(gè)?
“A”把eax和edx，合成一個(gè)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(lèi)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(lèi)型?
“,” 操作數(shù)為內(nèi)存變量，但尋址方式為自動(dòng)增量?
“p”操作數(shù)是一個(gè)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(gè)或者作為內(nèi)存變量?
“X”操作數(shù)可以是任何類(lèi)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(gè)指定的操作數(shù)匹配，也即該操作數(shù)就是指定的那個(gè)操作數(shù)，?
例如用“0 ”去描述“％1”操作數(shù)，那么“%1”引用的其實(shí)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(guò)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(lèi)型?
“=” 操作數(shù)在指令中是只寫(xiě)的（輸出操作數(shù)）?
“+” 操作數(shù)在指令中是讀寫(xiě)類(lèi)型的（輸入輸出操作數(shù)）?

浮點(diǎn)數(shù)?
“f”?

浮點(diǎn)寄存器?
“t”第一個(gè)浮點(diǎn)寄存器?
“u”第二個(gè)浮點(diǎn)寄存器?
“G”標(biāo)準(zhǔn)的80387?

浮點(diǎn)常數(shù)?
% 該操作數(shù)可以和下一個(gè)操作數(shù)交換位置?


例如addl的兩個(gè)操作數(shù)可以交換順序（當(dāng)然兩個(gè)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(hào)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(gè)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(xiě)型的（讀寫(xiě)型操作數(shù)指先讀取原來(lái)的值然后參加運(yùn)算，最后?
將結(jié)果寫(xiě)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(xiě)型操作數(shù)。老版本的GCC對(duì)這種類(lèi)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(méi)有一個(gè)單獨(dú)部分描述讀寫(xiě)型操作數(shù)，?
因此在GCC中讀寫(xiě)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(duì)，后?
面會(huì)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(duì)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(gè)C，變量。?


看一下下面的代碼就知道為什么要將讀寫(xiě)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(duì)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(jiàn)對(duì)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(huì)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(duì)，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(diǎn)：?

1. 使用“r”限制的輸入變量，GCC先分配一個(gè)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(huì)分配一個(gè)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(méi)有用處，不讀入寄存器（可能是因?yàn)锳T&T匯編源于CISC架構(gòu)處理器的匯編語(yǔ)言?
，在CISC處理器中大部分指令的輸入輸出明顯分開(kāi)，而不像RISC那樣一個(gè)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(kāi)，?
沒(méi)有使用輸入輸出型操作數(shù)，這樣我們就可以認(rèn)為r2對(duì)應(yīng)的操作數(shù)原來(lái)的值沒(méi)有用處，?
也就沒(méi)有必要先將操作數(shù)的值讀入r2，因?yàn)檫@是浪費(fèi)處理器的CPU周期），最后GCC插入代碼，?
將寄存器的值寫(xiě)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?yàn)?
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(duì)應(yīng)的寄存器。?


因?yàn)榈诙l，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?yàn)榈谝粭l會(huì)保證將result?
先讀入寄存器）。修改后的指令如下（為了更容易說(shuō)明問(wèn)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?yàn)槲覀冎?0和%1都和result相關(guān)，應(yīng)該使用同一個(gè)?
寄存器，但是GCC并不去判斷%0和%1，是否和同一個(gè)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?yàn)镚CC給輸出和輸入部分的變量分配了不同?
的寄存器，GCC沒(méi)有去判斷兩者是否都與result相關(guān)，后面會(huì)講GCC如何翻譯內(nèi)嵌匯編，看完之后?
就不會(huì)驚奇啦。?


使用匹配限制符后，GCC知道應(yīng)將對(duì)應(yīng)的操作數(shù)放在同一個(gè)位置（同一個(gè)寄存器或者同一個(gè)?
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(gè)變量，?
輸入部分說(shuō)明該變量的輸入功能，輸出部分說(shuō)明該變量的輸出功能，兩者結(jié)合表示result?
是讀寫(xiě)型。因?yàn)?0和%1，表示同一個(gè)C變量，所以放在相同的位置，無(wú)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(diǎn)點(diǎn)信息：addl并沒(méi)有使用%edx，可見(jiàn)它不是簡(jiǎn)單的用result?
對(duì)應(yīng)的寄存器%edx去替換%0，而是先分配一個(gè)寄存器，執(zhí)行運(yùn)算，最后才將運(yùn)算結(jié)果存入?
對(duì)應(yīng)的變量，因此GCC是先看該占位符對(duì)應(yīng)的變量的限制符，發(fā)現(xiàn)是一個(gè)輸出型寄存器變量，?
就為它分配一個(gè)寄存器，此時(shí)沒(méi)有去管對(duì)應(yīng)的C變量，最后GCC，知道還要將寄存器的值寫(xiě)回變量，?
與此同時(shí)，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(gè)限制字符“+”，?
它表示操作數(shù)是讀寫(xiě)型的，GCC知道應(yīng)將變量值先讀入寄存器，然后計(jì)算，最后寫(xiě)回變量，而?
無(wú)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(cuò)誤。?

舉一個(gè)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(shí)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(duì)，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(huì)再使用%eax寄存器，因?yàn)橐驯籸et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(xiě)程序只使用一種語(yǔ)言：高級(jí)語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)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?yàn)樗械拇a都是用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，?
編譯器可以識(shí)別各種語(yǔ)句的作用，在轉(zhuǎn)換的過(guò)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(huì)沖突；也可以利用寄存器作為變量的緩沖區(qū)，因?yàn)榧拇嫫鞯脑L問(wèn)?
速度比內(nèi)存快很多倍。如果全部使用匯編語(yǔ)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(yǔ)言混用情況就變復(fù)雜了，因?yàn)閮?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(shí)候并不去檢查內(nèi)嵌的匯編代碼使用了哪些寄存器（因?yàn)楹茈y檢測(cè)?
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(shí)內(nèi)嵌的匯編代碼會(huì)調(diào)用其他子過(guò)程，?
而子過(guò)程也會(huì)修改寄存器），因此需要一種機(jī)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(duì)這些寄存器的使用就有可能導(dǎo)致錯(cuò)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?yàn)榫幾g器已經(jīng)知道了。?


破壞描述符由逗號(hào)格開(kāi)的字符串組成，每個(gè)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(gè)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?yàn)镚CC并不知道）?
使用的寄存器。?

在內(nèi)嵌的匯編指令中可能會(huì)直接引用某些寄存器，我們已經(jīng)知道AT&T格式的匯編語(yǔ)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(gè)“%”號(hào)，在asm語(yǔ)句中對(duì)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(yǔ)句中的作用與“\”在C?
語(yǔ)言中的作用相同，因此“%%”轉(zhuǎn)換后代表“%”。?

例（沒(méi)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(shí)寄存器，功能相當(dāng)于C代碼：“temp = 0;output=input”，?
對(duì)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(duì)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(guò)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(shí)請(qǐng)記?
住一點(diǎn)：盡量告訴GCC盡可能多的信息，以防出錯(cuò)。?


如果你使用的指令會(huì)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(shí)，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(wèn)速度遠(yuǎn)不及CPU處理速度，為提高機(jī)器整體性能，在硬件上引入硬件高速緩存Cache，?
加速對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)。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(méi)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(jí)別的優(yōu)化。?
再看軟件一級(jí)的優(yōu)化：一種是在編寫(xiě)代碼時(shí)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(jiàn)的?
是重新排序讀寫(xiě)指令。?


對(duì)常規(guī)內(nèi)存進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)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(wèn)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(gè)宏解決編譯器的執(zhí)行順序問(wèn)題。?

void Barrier(void)?

這個(gè)函數(shù)通知編譯器插入一個(gè)內(nèi)存屏障，但對(duì)硬件無(wú)效，編譯后的代碼會(huì)把當(dāng)前CPU?
寄存器中的所有修改過(guò)的數(shù)值存入內(nèi)存，需要這些數(shù)據(jù)的時(shí)候再重新從內(nèi)存中讀出。?

2.3.5.2.2 C 語(yǔ)言關(guān)鍵字volatile?

C 語(yǔ)言關(guān)鍵字volatile（注意它是用來(lái)修飾變量而不是上面介紹的__volatile__）表明某個(gè)變量?
的值可能在外部被改變，因此對(duì)這些變量的存取不能緩存到寄存器，每次使用時(shí)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?yàn)樵诰帉?xiě)多線程的程序時(shí)，同一個(gè)變量可能被多個(gè)線程修?
改，而程序通過(guò)該變量同步各個(gè)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(dòng)時(shí)將intSignal置為2，然后循環(huán)等待直到intSignal為1，時(shí)退出。顯然intSignal?
的值必須在外部被改變，否則該線程不會(huì)退出。但是實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候該線程卻不會(huì)退出，即使?
在外部將它的值改為1，看一下對(duì)應(yīng)的偽匯編代碼就明白了：?


mov ax,signal?
label:?
if(ax!=1)?
goto label?


對(duì)于C編譯器來(lái)說(shuō)，它并不知道這個(gè)值會(huì)被其他線程修改。自然就把它c(diǎn)ache在寄存器里面。記住，C?
編譯器是沒(méi)有線程概念的！這時(shí)候就需要用到volatile。volatile的本意是指：這個(gè)值可能會(huì)在?
當(dāng)前線程外部被改變。也就是說(shuō)，我們要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile?
關(guān)鍵字，這時(shí)候，編譯器知道該變量的值會(huì)在外部改變，因此每次訪問(wèn)該變量時(shí)會(huì)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(shí)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?yàn)檫@段代碼可能會(huì)用到內(nèi)存變量，而這些內(nèi)存變量會(huì)?
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(xiě)回內(nèi)存，?
如果后面又訪問(wèn)這些變量，需要重新訪問(wèn)內(nèi)存。?


如果匯編指令修改了內(nèi)存，但是GCC本身卻察覺(jué)不到，因?yàn)樵谳敵霾糠譀](méi)有描述，?
此時(shí)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(gè)信息后，?
就會(huì)在這段指令之前，插入必要的指令將前面因?yàn)閮?yōu)化Cache到寄存器中的變量值先寫(xiě)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(méi)有在輸入或輸出部分去描述操作數(shù)，因?yàn)檫@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。現(xiàn)在假設(shè)：GCC在優(yōu)化時(shí)將test[0]?
放到了%eax寄存器，那么test[0] = 1對(duì)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(xiě)，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(xiě)的那一小段外，?
其他匯編代碼都是GCC?
生成的，它并沒(méi)有那么智能，知道這段代碼會(huì)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?yàn)镚CC不知道顯式的改變了test數(shù)組，結(jié)果出錯(cuò)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(xiě)回內(nèi)存，從內(nèi)嵌匯編開(kāi)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(huì)將讀寫(xiě)操作映射到以前緩存的那個(gè)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(duì)實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)至關(guān)重要，第一條保證不會(huì)因?yàn)橹噶畹闹匦屡判驅(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(wèn)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(huì)導(dǎo)致奇怪的錯(cuò)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(kāi)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(wú)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(shí)現(xiàn)（見(jiàn)下面）沒(méi)有使用“memory”，timer->next的值可能會(huì)被緩存到寄存器中，?
后面if ((next =timer->next) != NULL)會(huì)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(shí)肯定會(huì)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(yǔ)句會(huì)重新從內(nèi)存讀取timer->next的值，而不會(huì)從寄存器?
中取，這樣就不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)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(guò)上面的例子，讀者應(yīng)該知道，為什么指令沒(méi)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(gè)目的，但是我們?cè)诿總€(gè)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(méi)有具體指定輸入操作數(shù)的?
類(lèi)型(如“g”)，GCC會(huì)視需要決定是否將該操作數(shù)輸入到某個(gè)寄存器。這樣每個(gè)占位符都與某個(gè)?
寄存器、內(nèi)存變量或立即數(shù)形成了一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。對(duì)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(duì)應(yīng)的關(guān)系，用這些寄存器、內(nèi)存變量或立即數(shù)來(lái)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(gè)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。

實(shí)例：比如需要在C程序中打印LR(r14)的值，那直接執(zhí)行如下：

long ret_reg;
asm volatile("mov ?%0, r14" : "=r" (ret_reg));
printk("enten into %s, the ret_reg is 0x%.8x\n", __func__, ret_reg);

另外可以看《LINUX內(nèi)核源代碼情景分析》

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的GCC如何编译内嵌汇编代码的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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