C語言的本質（32）——C語言與彙編之C語言內聯彙編

用C寫程式比直接用匯編寫程式更簡潔，可讀性更好，但效率可能不如彙編程式，因為C程式畢竟要經由編譯器生成彙編程式碼，儘管現代編譯器的優化已經做得很好了，但還是不如手寫的彙編程式碼。另外，有些平臺相關的指令必須手寫，在C語言中沒有等價的語法，因為C語言的語法和概念是對各種平臺的抽象，而各種平臺特有的一些東西就不會在C語言中出現了，例如x86是埠I/O，而C語言就沒有這個概念，所以in/out指令必須用匯編來寫。

 

C語言簡潔易讀，容易組織規模較大的程式碼，而彙編效率高，而且寫一些特殊指令必須用匯編，為了把這兩方面的好處都佔全了，gcc提供了一種擴充套件語法可以在C程式碼中使用內聯彙編（Inline Assembly）。最簡單的格式是

__asm__("assembly code");

例如

__asm__("nop");

nop 這條指令什麼都不做，只是讓CPU空轉一個指令執行週期。如果需要執行多條彙編指令，則應該用\n\t將各條指令分隔開，例如：

 

__asm__("movl $1, %eax\n\t"
         "movl$4, %ebx\n\t"
         "int$0x80");

通常 C 程式碼中的內聯彙編需要和C的變數建立關聯，需要用到完整的內聯彙編格式：

 

__asm__(assembler template
         :output operands                  /*optional */
         :input operands                   /*optional */
         :list of clobbered registers      /*optional */
         );

 

這種格式由四部分組成，第一部分是彙編指令，和上面的例子一樣，第二部分和第三部分是約束條件，第二部分指示彙編指令的運算結果要輸出到哪些C運算元中，C運算元應該是左值表示式，第三部分指示彙編指令需要從哪些C運算元獲得輸入，第四部分是在彙編指令中被修改過的暫存器列表，指示編譯器哪些暫存器的值在執行這條__asm__語句時會改變。後三個部分都是可選的，如果有就填寫，沒有就空著只寫個:號。例如：

 

#include <stdio.h>
 
int main(void)
{
       int a = 10, b;
 
         __asm__("movl%1, %%eax\n\t"
                   "movl%%eax, %0\n\t"
                   :"=r"(b)        /* output */
                   :"r"(a)         /* input */
                   :"%eax"         /* clobbered register */
                   );
         printf("Result:%d, %d\n", a, b);
         return0;
}

這個程式將變數a的值賦給b。"r"(a)指示編譯器分配一個暫存器儲存變數a的值，作為彙編指令的輸入，也就是指令中的%1（按照約束條件的順序，b對應%0，a對應1%），至於%1究竟代表哪個暫存器則由編譯器自己決定。彙編指令首先把%1所代表的暫存器的值傳給eax（為了和%1這種佔位符區分，eax前面要求加兩個%號），然後把eax的值再傳給%0所代表的暫存器。"=r"(b)就表示把%0所代表的暫存器的值輸出給變數b。在執行這兩條指令的過程中，暫存器eax的值被改變了，所以把"%eax"寫在第四部分，告訴編譯器在執行這條__asm__語句時eax要被改寫，所以在此期間不要用eax儲存其它值。

  

上面的程式完成將變數a的值賦予變數b，有幾點需要說明：

 

1、變數b是輸出運算元，通過%0來引用，而變數a是輸入運算元，通過%1來引用。

2、輸入運算元和輸出運算元都使用r進行約束，表示將變數a和變數b儲存在暫存器中。輸入約束和輸出約束的不同點在於輸出約束多一個約束脩飾符'='。

3、在內聯彙編語句中使用暫存器eax時，暫存器名前應該加兩個'%'，即%%eax。內聯彙編中使用%0、%1等來標識變數，任何只帶一個'%'的識別符號都看成是運算元，而不是暫存器。

內聯彙編語句的最後一個部分告訴GCC它將改變暫存器eax中的值，GCC在處理時不應使用該暫存器來儲存任何其它的值。

4、由於變數b被指定成輸出運算元，當內聯彙編語句執行完畢後，它所儲存的值將被更新。

5、在內聯彙編中用到的運算元從輸出部的第一個約束開始編號，序號從0開始，每個約束記數一次，指令部要引用這些運算元時，只需在序號前加上'%'作為字首就可以了。

 

 

我們看一下這個程式的反彙編結果：

 

       __asm__("movl %1, %%eax\n\t"
 80483dc:      8b 55 f8                mov    -0x8(%ebp),%edx
 80483df:      89 d0                   mov    %edx,%eax
 80483e1:      89 c2                   mov    %eax,%edx
 80483e3:      89 55 f4                mov    %edx,-0xc(%ebp)
                "movl %%eax, %0\n\t"
                :"=r"(b)        /* output */
                :"r"(a)         /* input */
                :"%eax"         /* clobbered register */
                );

 

可見%0和%1都代表edx暫存器，首先把變數a（位於ebp-8的位置）的值傳給edx然後執行內聯彙編的兩條指令，然後把edx的值傳給b（位於ebp-12的位置）。

有關內聯彙編，通常情況下只需要瞭解這些就足夠了。