汇编语言——gcc内联汇编

汇编语言是计算机程序设计中最底层的语言，是由汇编指令和符号语言组成的计算机程序语言。内联汇编是将汇编代码嵌入到C或C++程序中的技术，可以利用由编译器自动生成的汇编代码，直接调用CPU底层指令，提高程序的性能。GCC是常用的编程语言C/C++的编译器，在它的内置函数中也提供了gcc内联汇编的功能。

基础语法

内联汇编可以在C/C++代码中通过asm语句实现。在使用asm语句之前，需要在语句之前使用__asm__关键字，标识这是一条内联汇编语句。

内联汇编大部分的语法规则与普通汇编语言相同，内联汇编遵循AT&T的格式，每一行的语句需要以__asm__ __volatile__开头，然后写汇编指令和操作数等。

例如，以下是一个简单的加法示例：

int a = 1, b = 2;
asm("addl %%ebx, %%eax;" //将ebx寄存器的值加到eax中
    : "=a"(a)            //输出操作数
    : "a"(a), "b"(b)     //输入操作数
);

在这个例子中，使用了addl汇编指令，将%ebx的值加到%eax中。通常情况下，内联汇编要求指令在一行操作，无法换行，因此可以使用/符号将其连接。

asm语句中也可以包含一些C/C++的语句，通常用于描述操作数和引用变量。

操作数和限制符

在内联汇编中，可以使用多种不同的操作数和限制符，它们主要用于描述汇编指令中的数据来源和数据去向。

操作数和限制符通常使用%符号来引用相应寄存器。例如，%eax表示eax寄存器。

应该避免使用指令中未使用的寄存器，否则会导致编译器生成错误的代码。

以下是一些常用的内联汇编操作数和限制符：

操作数	描述
%eax…%edx	通用寄存器
\%esp、\%ebp	堆栈指针
\%edi、\%esi	源/目的指针
\$X	立即操作数
m	操作数是内存中的位置
r	任意寄存器
a、b、c、d、S、D	访问函数的参数

除了操作数外，还有限制符，用于描述内联汇编如何访问相关的操作数。下面是一些常用的限制符：

限制符	描述
=	表示输出操作符
+	表示输入和输出操作数
\%0…\%9	被用于表示使用哪个输入/输出操作数

例如：

int x;
asm volatile ("movl %0,%%ebx;"
              "addl $1,%%ebx;"
              "movl %%ebx,%0;"
              : "=r" (x)  //r表示用通用寄存器%eax,%ebx,%ecx,%edx中的任意一个, =表示为x的输出操作数
              : "0"  (x)  //0表示用输入操作数(0表示第一个操作数),由于x是第一个操作数,因此此处省略寄存器约束,就用了r来表示
              : "ebx");  //修改了ebx寄存器的值,需要在这里告诉编译器

AT&T和Intel格式的区别

作为最基础的程序语言，汇编语言还有Intel和AT&T两种语法格式。它们最明显的区别是符号和操作数的顺序不同。

实际上，AT&T格式和Intel格式的区别有以下五个方面：

1. AT&T格式将变量用$前缀标识。例如，movl $0x1, %eax表示将立即的值0x1放入%eax寄存器中。而在Intel格式中，使用mov eax, 1表示同样的操作。
2. AT&T格式使用不同的后缀来表示不同的操作，例如l表示32位寄存器，w表示16位寄存器，b表示8位寄存器。相比之下，Intel格式使用DWORD表示32位，WORD表示16位寄存器，BYTE表示8位寄存器。
3. AT&T格式在寄存器名字前面加上%，而Intel格式不加。例如，%eax（AT&T）和eax（Intel）。
4. 在AT&T格式中，目标在左边，源在右边。例如，movl %eax, %ebx将eax寄存器的值复制到ebx寄存器。而在Intel格式中，语法为mov ebx, eax。
5. AT&T格式的立即数使用了前缀符号$，以区别该值来自于一个寄存器而非内存地址。例如，movl $0x1, %eax将立即值0x1放入eax寄存器中。而在Intel格式中，同样的操作是mov eax, 1。

gcc内联汇编的优点和注意事项

使用内联汇编可以极大的提高程序的性能，因为它可以直接调用CPU底层指令。但是，内联汇编有以下一些需要注意的事项：

• 复杂的内联汇编会大大增加程序的复杂性和可读性，因此应该在必要的地方使用，避免过度使用。
• 内联汇编的开销和调试麻烦都比纯C/C++代码要更大，因此除非必须使用，否则不建议使用。
• 内联汇编代码与特定的操作系统和平台密切相关，因此它可能不兼容相应的平台，需要及时调整。

结论

汇编语言是计算机程序设计的最底层语言。内联汇编是将汇编代码嵌入到C或C++程序中的技术，可以直接调用CPU底层指令，提高程序的性能。在GCC中提供了内联汇编的功能。需要注意的是，内联汇编不是一种高质量的编程技术，只有在必要的情况下才应该使用，并且需要遵守编写规则和注意事项。