C指針原理教程之C內(nèi)嵌匯編

來(lái)源：本站原創(chuàng)|時(shí)間：2020-01-10|欄目：C語(yǔ)言|點(diǎn)擊：次

內(nèi)聯(lián)匯編的重要性體現(xiàn)在它能夠靈活操作，而且可以使其輸出通過(guò) C 變量顯示出來(lái)。因?yàn)樗哂羞@種能力，所以 "asm" 可以用作匯編指令和包含它的 C 程序之間的接口。簡(jiǎn)單得說(shuō)，內(nèi)聯(lián)匯編，就是可以讓程序員在C語(yǔ)言中直接嵌入?yún)R編代碼，并與匯編代碼交互C程序中的C表達(dá)式，享受匯編的高運(yùn)行效率。

內(nèi)聯(lián)匯編的格式是直接在C代碼中插入以下格式：

asm(
....
....
)

其中的"..."為匯編代碼，比如下面例子中，在 result=a*b和printf("%d\n",result)之間插入一段匯編，

下面的這段匯編什么都不做，每個(gè)nop指令占用一個(gè)指令的執(zhí)行時(shí)間

 result=a*b;
 asm("nop\n\t"
 "nop\n\t"
 "nop\n\t"
 "nop");//4個(gè)nop指令，\n\t表示換行，然后加上TAB行首空，因?yàn)槊總€(gè)匯編指令必須在單獨(dú)一行，需要換行，加上制表符是為了適應(yīng)某些編譯器的要求。 
 printf("%d\n",result);

可以很明顯地看到：

匯編代碼之間用“\n\t”間隔，并且每條匯編代碼單獨(dú)占用一行,共有4個(gè)nop指令，每個(gè)指令后的“\n\t”表示換行，然后加上TAB行首空，因?yàn)槊總€(gè)匯編指令必須在單獨(dú)一行，需要換行，加上制表符是為了適應(yīng)某些編譯器的要求。

下面是一個(gè)完整的例子，內(nèi)嵌的匯編完成對(duì)2個(gè)C程序定義的全局變量c和d的相加，并將相加結(jié)果存入全局變量addresult中:

#include <stdio.h>
int c=10;
int d=20;
int addresult;
int main(void){
 int a=6;
 int b=2;
 int result;
 result=a*b;
 asm("nop\n\t"
 "nop\n\t"
 "nop\n\t"
 "nop");//4個(gè)nop指令，\n\t表示換行，然后加上TAB行首空，因?yàn)槊總€(gè)匯編指令必須在單獨(dú)一行，需要換行，加上制表符是為了適應(yīng)某些編譯器的要求。 
 printf("%d\n",result);
 asm("pusha\n\t"
 "movl c,%eax\n\t"
 "movl d,%ebx\n\t"
 "add %ebx,%eax\n\t"
 "movl %eax, addresult\n\t"
 "popa");//使用全局C變量c和d 
 printf("%d\n",addresult); 
 return 0;
}

編譯上述代碼

$ gcc -o test test.c
$ ./test
12
30

在匯編代碼中可以直接使用變量名稱操作C程序定義的全局變量,比如c、d和addresult就是全局變量：

 "movl c,%eax\n\t"
 "movl d,%ebx\n\t"
 "movl %eax, addresult\n\t"

內(nèi)聯(lián)匯編部分如果不需要編譯器優(yōu)化( 優(yōu)化可能破壞匯編代碼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因?yàn)閰R編代碼直接操作寄存器，而寄存器使用優(yōu)化是編譯器提供的功能)，可以在 "asm" 后使用關(guān)鍵字 "volatile"。

asm volatile(
....
....
)

如果程序必須與 ANSI C 兼容，則應(yīng)該使用 asm 和 volatile。

 __asm__ __volatile__(
 .........
 .........
 )

下面的代碼和剛才代碼功能一樣，唯一的區(qū)別是不需要優(yōu)化

 #include <stdio.h>
int c=10;
int d=20;
int addresult;
int main(void){
 int a=6;
 int b=2;
 int result;
 result=a*b;
 //ansi c標(biāo)準(zhǔn)的asm有其它用，所以用__asm__,__volatile__表示內(nèi)聯(lián)匯編部分不用優(yōu)化(可以用volatile，但是ansi c不行)，以防優(yōu)化破壞內(nèi)聯(lián)代碼組織結(jié)構(gòu)
 __asm__ __volatile__("nop\n\t"
 "nop\n\t"
 "nop\n\t"
 "nop");//4個(gè)nop指令，\n\t表示換行，然后加上TAB行首空，因?yàn)槊總€(gè)匯編指令必須在單獨(dú)一行，需要換行，加上制表符是為了適應(yīng)某些編譯器的要求。 
 printf("%d\n",result);
 __asm__ __volatile__("pusha\n\t"
 "movl c,%eax\n\t"
 "movl d,%ebx\n\t"
 "add %ebx,%eax\n\t"
 "movl %eax, addresult\n\t"
 "popa");//使用全局C變量c和d 
 printf("%d\n",addresult); 
 return 0;
}

如何在內(nèi)聯(lián)匯編中訪問(wèn)C程序的局部變量呢，請(qǐng)看下面這段代碼。

#include <stdio.h>
int main(void){
  //不使用全局變量，必須使用擴(kuò)展GNU的asm
  //格式為：asm("匯編代碼":輸出位置:輸入位置:改動(dòng)的寄存器列表)
  //a為eax,ax,al;b為ebx等;c為ecx等;d為edx等;S為esi或si;D為edi或di
  //+讀和寫;=寫;%如果必要，操作數(shù)可以和下一個(gè)操作數(shù)切換;&在內(nèi)聯(lián)函數(shù)完成之前，可以刪除或重新使用操作數(shù)
  int xa=6;
  int xb=2;
  int result;
  //ansi c標(biāo)準(zhǔn)的asm有其它用，所以用__asm__,__volatile__表示內(nèi)聯(lián)匯編部分不用優(yōu)化(可以用volatile，但是ansi c不行)，以防優(yōu)化破壞內(nèi)聯(lián)代碼組織結(jié)構(gòu)
  asm volatile(
  "add %%ebx,%%eax\n\t"
  "movl $2,%%ecx\n\t"
  "mul %%ecx\n\t"  
  "movl %%eax,%%edx"
   :"=d"(result):"a"(xa),"b"(xb):"%ecx");//注意擴(kuò)展方式使用2個(gè)%表示  
  printf("%d\n",result);
  return 0;
}

這個(gè)例子完成這個(gè)計(jì)算：(xa+xb)2=（6+2）2=16

不使用全局變量與匯編代碼交互，我們必須使用擴(kuò)展GNU的asm ，格式為：

asm("匯編代碼":輸出位置:輸入位置:改動(dòng)的寄存器列表)

匯編代碼中涉及寄存器部分的使用2個(gè)“%”，如：使用%%eax表示eax寄存器

輸出位置、輸入位置的特殊命名規(guī)則為：

a為eax,ax,al;b為ebx等;c為ecx等;d為edx等;S為esi或si;D為edi或di

+讀和寫

=寫

%如果必要，操作數(shù)可以和下一個(gè)操作數(shù)切換

&在內(nèi)聯(lián)函數(shù)完成之前，可以刪除或重新使用操作數(shù)

上述代碼中，匯編代碼部分為

輸出位置、輸入位置、改動(dòng)的寄存器列表部分為：
:"=d"(result):"a"(xa),"b"(xb):"%ecx"

先來(lái)看匯編代碼部分，使用雙%號(hào)表示寄存器，比如：

"add %%ebx,%%eax\n\t"

關(guān)于輸出位置、輸入位置部分，可以這么理解：將變量與寄存器綁定，綁定后，對(duì)寄存器的操作就是對(duì)變量的操作。

:"=d"(result):"a"(xa),"b"(xb)

將result與寄存器edx綁定，xa與寄存器eax綁定，xb與寄存器ebx綁定。
%ecx屬于需要改動(dòng)的寄存器

#include <stdio.h>
int main(void){
  int xa=6;
  int xb=2;
  int result;
  //使用占位符，由r表示，編譯器自主選擇使用哪些寄存器，%0,%1。。。表示第1、2。。。個(gè)變量
  asm volatile(
  "add %1,%2\n\t" 
  "movl %2,%0"
   :"=r"(result):"r"(xa),"r"(xb));  
  printf("%d\n",result);
  return 0;
}

result、xa、xb綁定的寄存器由編譯器決定，前面的例子中我們采用直接指定的方式，在這里我們改成由編譯器

自主選擇，"r"是占位符，表示由編譯器自主選擇使用哪些寄存器，不指定哪個(gè)變量綁定在哪個(gè)寄存器上，

:"=r"(result):"r"(xa),"r"(xb）

那我們?nèi)绾沃肋@些變量綁定在哪些寄存器上呢，不知道綁定的寄存器，如何對(duì)變量進(jìn)行操作呢，可以使用

%0,%1這樣的符號(hào)來(lái)代替要操作的寄存器，%后的數(shù)字表示第幾個(gè)變量，如：%0,%1。。。表示第1、2。。。個(gè)變量。

:"=r"(result):"r"(xa),"r"(xb）

上面這個(gè)輸出和輸入列表已經(jīng)指定了變量的順序，

result是第0個(gè)，xa是第1個(gè)，xb是第2個(gè)

下面的例子完成 xb=xb-xa的計(jì)算，問(wèn)題出現(xiàn)了，可能會(huì)導(dǎo)致xb被分配了2個(gè)寄存器:

:"=r"(xb):"r"(xa),"r"(xb));

使用引用占位符能有效地使用可用寄存器，在這里我們指定xb使用第0個(gè)變量綁定的寄存器

:"=r"(xb):"r"(xa),"0"(xb));

第0個(gè)變量就是xb,即xb綁定的寄存器被修改后，結(jié)果仍寫回原寄存器

下面是完整例子

#include <stdio.h>
int main(void){
int xa=2;
int xb=6;
asm volatile(
"subl %1,%0\n\t" 
:"=r"(xb):"r"(xa),"0"(xb)); 
printf("%d\n",xb);
return 0;
}

我們編譯運(yùn)行一下

  $ gcc -o test test.c
  $ ./test

  4

用數(shù)字來(lái)表示變量的順序也許很麻煩，我們可以使用更簡(jiǎn)單的方法,使用“[標(biāo)識(shí)]”的格式標(biāo)記綁定后的變量。下面的代碼完成xb=xb+xa的計(jì)算

#include <stdio.h>
int main(void){
  int xa=6;
  int xb=2;
  asm volatile(
  "add %[mya],%[myb]\n\t" 
   :[myb]"=r"(xb):[mya]"r"(xa),"0"(xb));  
  printf("%d\n",xb);
  return 0;
}

我們使用m標(biāo)記可以直接在內(nèi)存中對(duì)數(shù)進(jìn)行操作，前面的例子對(duì)變量進(jìn)行操作時(shí)都需要將變量值存儲(chǔ)在要修改的寄存器中，然后將它寫回內(nèi)存位置中.

#include <stdio.h>
int main(void){
  int xa=2;
  int xb=6;
   asm volatile(
  "subl %1,%0\n\t" 
   :"=r"(xb):"m"(xa),"0"(xb));  
  printf("%d\n",xb);
  return 0;
}

我們直接從xa的內(nèi)存地址中將xa取出，而不需要再將xa先存儲(chǔ)在一個(gè)寄存器。

首先，我們看一下AT&T匯編各段的意義

節(jié) 含義
.text 已編譯程序的機(jī)器代碼
.rodata 只讀數(shù)據(jù)，如pintf和switch語(yǔ)句中的字符串和常量值
.data 已初始化的全局變量
.bss 未初始化的全局變量
.symtab 符號(hào)表，存放在程序中被定義和引用的函數(shù)和全局變量的信息
.rel.text 當(dāng)鏈接器吧這個(gè)目標(biāo)文件和其他文件結(jié)合時(shí)，.text節(jié)中的信息需修改
.rel.data 被模塊定義和引用的任何全局變量的信息
.debug 一個(gè)調(diào)試符號(hào)表。
.line 原始C程序的行號(hào)和.text節(jié)中機(jī)器指令之間的映射
.strtab 一個(gè)字符串表，其內(nèi)容包含.systab和.debug節(jié)中的符號(hào)表

上面列表也許比較抽象，我們從一個(gè)C程序生成的中間匯編代碼分析：

#include <stdio.h>

void main(){

  char *x="xxxx";

  char y[]="yy";//y的16進(jìn)制ASCII碼是97，9797的十進(jìn)制為31097

  printf("%s-----%s",x,y);

  exit(0);

}

我們使用gcc -S testcr.c，查看編譯生成的匯編代碼（為便于理解，將生成的匯編代碼進(jìn)行了注釋）

.file  "testcr.c"

  .section  .rodata

.LC0:

  .string "xxxx"#使用char *分配

.LC1:

  .string "%s-----%s"

  .text

.globl main

  .type  main, @function

main:

  pushl  %ebp

  movl  %esp, %ebp

  andl  $-16, %esp

  subl  $32, %esp#分配32字節(jié)?？臻g，根據(jù)變量情況分配

  movl  $.LC0, 24(%esp)#x變量使用指針(4個(gè)字節(jié)大小)，放入棧中，可以看到，變量分配靠近棧空間的尾部

  movw  $31097, 29(%esp)#字符'yy'移到main程序的棧中，直接將y變量的值放入棧中

  movb  $0, 31(%esp)#加上NULL標(biāo)志，表示字符結(jié)束 

  movl  $.LC1, %eax

  leal  29(%esp), %edx

  movl  %edx, 8(%esp)

  movl  24(%esp), %edx

  movl  %edx, 4(%esp)

  movl  %eax, (%esp)

  call  printf

  movl  $0, (%esp)

  call  exit

  .size  main, .-main

  .ident "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"

  .section  .note.GNU-stack,"",@progbits

在MAIN函數(shù)中char *分配在只讀數(shù)據(jù)段中，實(shí)際使用時(shí)，只在程序棧中分配一個(gè)指針的空間。char[] 在程序棧中分配空間，然后直接使用movl、movw之類的匯編直接把值放入棧中空間。那么在其它函數(shù)中聲明的呢，可以從以下程序中看出，仍然如此。

#include <stdio.h>

void myprinf(){

  char *x="xxxx";

  char y[]="yy";//y的16進(jìn)制ASCII碼是97，9797的十進(jìn)制為31097

  printf("%s-----%s",x,y);

}

void main(){

  int num=1;

  myprint();

  exit(0);

}

生成的中間匯編代碼為：

.file "testcr.c"


  .section  .rodata

.LC0:

  .string "xxxx"

.LC1:

  .string "%s-----%s"

  .text

.globl myprinf

  .type  myprinf, @function

myprinf:

  pushl  %ebp

  movl  %esp, %ebp

  subl  $40, %esp

  movl  $.LC0, -16(%ebp)

  movw  $31097, -11(%ebp)

  movb  $0, -9(%ebp)

  movl  $.LC1, %eax

  leal  -11(%ebp), %edx

  movl  %edx, 8(%esp)

  movl  -16(%ebp), %edx

  movl  %edx, 4(%esp)

  movl  %eax, (%esp)

  call  printf

  leave

  ret

  .size  myprinf, .-myprinf

.globl main

  .type  main, @function

main:

  pushl  %ebp

  movl  %esp, %ebp

  andl  $-16, %esp

  subl  $32, %esp

  movl  $1, 28(%esp)

  call  myprint

  movl  $0, (%esp)

  call  exit

  .size  main, .-main

  .ident "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"

  .section  .note.GNU-stack,"",@progbits

內(nèi)存的常用分配方式有：

第一，靜態(tài)分配，所有名字在編譯時(shí)綁定某個(gè)存儲(chǔ)位置。不能在運(yùn)行時(shí)改變
第二，棧分配，活動(dòng)時(shí)壓入系統(tǒng)棧。
第三，堆分配，以任意次序分配

上一篇：劍指offer之C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)鏈表(兩種刪除節(jié)點(diǎn)方式)

欄目：C語(yǔ)言

下一篇：C++中各種可調(diào)用對(duì)象深入講解

本文標(biāo)題：C指針原理教程之C內(nèi)嵌匯編

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