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内联汇编

2018-09-05 18:20:33     所属分类:程序设计语言

内联汇编英语:Inline assembly),港台译作行内组语,是由部分编译器支援的一种功能。其将非常低阶的组合语言内嵌在高阶语言源始码中。实施行内组语通常是为了以下理由:

  • 执行效率最佳化:将算法中最攸关效能的部分使用手写组语取代高阶程式码,优点是不会受到编译器的限制。
  • 使用处理器特有指令:某些处理器提供特定的指令,比如Compare-and-swap和Test-and-set指令可以直接用以实作信号机制。因为多工系统都需要信号机制,几乎所有现代的处理器都支援前述的两个指令。其它的一些指令集如SPARC架构的VIS指令集,Intel处理器的MMX指令集以及SSE指令集等。
  • 系统调用(System Call):高阶语言鲜少提供直接调用system calls的机制,故使用组语来进行这项工作。

使用处理器持有指令优化范例

下面是一段在D语言进行行内组语的程式码。该程式码使用x86架构的浮点运算器指令来计算。此实作快于编译器产生的一系列浮点数运算,行内组语也使编程人员得以使用fldpi指令来载入在x86架构下可得到的最佳之pi估计值。

// 計算tan(x)
real tan(real x)
{
   asm
   {
       fld     xEBP                  ; // 將x值載入浮點運算器的堆疊上
       fxam                            ; // 測試堆疊頂端的值是否是合法、可計算浮點數
       fstsw   AX                      ;
       sahf                            ;
       jc      trigerr                 ; // 若x是NAN,正負無限,或空值 
                                         // 387可以處理denormals數值
SC18:  fptan                           ; // 為與8087運算器相容fptan會使堆疊頂端為1.0,再來才是tan值,
       fstp    ST(0)                   ; // 丟棄堆疊頂端的值
       fstsw   AX                      ;
       sahf                            ;
       jnp     Lret                    ; // C2為FPU狀態變數,C2 == 1表示x超出允許的範圍
                                       ; // tan之週期為pi,下面的程式碼就是將x縮至允許的範圍
       fldpi                           ;
       fxch                            ;
SC17:  fprem1                          ;
       fstsw   AX                      ;
       sahf                            ;
       jp      SC17                    ;
       fstp    ST(1)                   ; // 將pi值移出堆疊
       jmp     SC18                    ;
   }
trigerr:
   return real.nan;
Lret:
   ;
}

系统调用(system calls)范例

在保护模式运行的应用程序无法直接呼叫专属于OS的功能。因为OS的行程空间包含核心空间(kernel mode)与用户空间(user mode);运行在用户空间的程式只能透过中断来引用专属于操作系统的功能。通常高阶语言都不提供这项功能,所以要运用行内组语将呼叫system calls的过程包装为高阶语言可辨认、呼叫的函式。

下面的C语言片段即含有一个system call的包装函式。其组语语法为GNU汇编器使用的AT&T组语语法。一般这类程式都会使用宏实作,不过为了清楚展示观念,在此列出了完整的程式码。

GNU组译器的行内组语语法相当直觉,基本型式如下:

asm("assembly code");

例如:

asm("movl %ecx, %eax"); /* 複製ecx暫存器的內容至eax暫存器*/

__asm_("movb %bh, (%eax)"); /* 從bh暫存器複製1位元組的資料到eax暫存器所指的記憶體區塊*/

必须注意的是,AT&T语法中的算子顺序与Windows平台下常用的MASM刚好相反。

asm__asm__都是合法型式;当asm与程式码中某些变数命名起冲突时可使用后者。

extern int errno;

int funcnameint arg1, int *arg2, int arg3
{
  int res;
  __asm__ volatile(
    "int $0x80"        /* 向OS拋出請求*/
    : "=a" (res)       /* 請編譯器將結果將儲存於eax ("a")*/
      "+b"(arg1),     /* 請編譯器將arg1存於ebx ("b")*/
      "+c"(arg2),     /* 請編譯器將arg2存於ecx ("c")*/
      "+d"(arg3)      /* 請編譯器將arg3存於edx ("d")*/
    : "a"(128)       /* 該system call的編號放於eax ("a")*/
    : "memory", "cc"); /* 通知編譯器,記憶體與condition code register(決定分支的暫存器)己被更改*/

  /* 若OS回傳負值表示錯誤;則包裝函式要設定errno global variable並回傳 -1 */
  if (-125 <= res && res < 0) {
    errno = -res;
    res = -1;
  }  
  return res;
}

外部链接

  • GCC-Inline-Assembly-HOWTO
  • GNAT Inline Assembler
  • 1

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