, позволяют программам напрямую обращаться к аппаратным устройствам, поэтому полученные программы выполняются быстрее. Ассемблерные инструкции используются при написании кода операционных систем. Например, файл
/usr/include/asm/io.h
содержит объявления команд, осуществляющих прямой доступ к портам ввода-вывода. Можно также назвать один из исходных файлов ОС Linux —
/usr/src/linux/arch/i386/kernel/process.s
; в нем с помощью инструкции
hlt
реализуется пустой цикл ожидания.
Прибегать к ассемблерным инструкциям как к средству ускорения работы программы следует лишь в крайнем случае. Современные компиляторы достаточно сложны и прекрасно осведомлены
об особенностях работы процессоров, для которых они генерируют код. Часто они создают цепочки кодов, которые кажутся неэффективными или неоптимальными, но на самом деле такие последовательности инструкций выполняются быстрее других. В подавляющем большинстве случаев можно положиться на оптимизирующие способности компиляторов.
Иногда одна или две ассемблерные команды способны заменить целую группу высокоуровневых инструкций. Например, чтобы определить позицию самого старшего значащего бита целого числа в языке С, требуется написать цикл, тогда как во многих ассемблерных языках для этой цели существует операция
bsrl
. Ее использование будет продемонстрировано в разделе 9.4, "Пример".
Выражение в скобках состоит из секций, разделенных двоеточиями. В первой секции указана ассемблерная инструкция и ее операнды. Команда
shrl
осуществляет сдвиг первого операнда на указанное число битов вправо. Первый операнд представлен выражением
%0
. Второй операнд — это константа
$8
.
Во второй секции задаются выходные операнды. Единственный такой операнд будет помещен в C-переменную
answer
, которая должна быть адресуемым (левосторонним) значением. В выражении
"=r"
знак равенства обозначает выходной операнд, а буква
r
указывает на то, что значение переменной
answer
заносится в регистр.
В третьей секции перечислены входные операнды. Переменная
operand
содержит значение, подвергаемое битовому сдвигу. Выражение
"r"
означает, что значение переменной записывается в регистр.
Выражение
"cc"
в четвертой секции говорит о том. что инструкция меняет значение регистра
cc
(содержит код завершения).
9.2.1. Преобразование функции asm в ассемблерные инструкции
Компилятор
gcc
интерпретирует функцию
asm
очень просто: он генерирует ассемблерные инструкции, обрабатывающие указанные входные и выходные операнды, после чего заменяет вызов функции заданной инструкцией. Никакой дополнительный анализ не выполняется.
будет преобразован в такую последовательность команд x86:
movl -8(%ebp),%edx
movl -4(%ebp),%ecx
#APP
mycool_asm %edx, %edx
#NO_APP
movl %edx,-16(%ebp)
movl %ecx,-12(%ebp)
Переменные
foo
и
bar
занимают по два слова в стеке в 32-разрядной архитектуре x86. Регистр
ebp
ссылается на данные, находящиеся в стеке.
Первые две команды копируют переменную foo в регистры
edx
и
ecx
, с которыми работает инструкция
mycool_asm
. Компилятор решил поместить результат в те же самые регистры. Последние две команды копируют результат в переменную
bar
. Выбор нужных регистров и копирование операндов осуществляются автоматически.
9.3. Расширенный синтаксис ассемблерных вставок
В следующих подразделах будет описан синтаксис правил, по которым строятся выражения в функции
asm
.
Секции выражения отделяются друг от друга двоеточиями. Мы будем ссылаться на следующую инструкцию, которая вычисляет результат булевого выражения
x > y
:
asm("fucomip %%st(1), %%st; seta %%al" :
"=a" (result) : "u" (y), "t" (x) : "cc", "st");
Сначала инструкция
fucomip
сравнивает два операнда,
x
и
y
, и помещает значение, обозначающее результат, в регистр
cc
, после чего инструкция
seta
преобразует это значение в 0 или 1.
9.3.1. Ассемблерные инструкции
Первая секция содержит ассемблерные инструкции, заключенные в кавычки. В рассматриваемом примере таких инструкций две:
fucomip
и
seta
. Они разделены точкой с запятой. Если текущий вариант языка ассемблера не допускает такого способа разделения инструкций, воспользуйтесь символом новой строки (
\n
).
Компилятор игнорирует содержимое первого раздела, разве что один уровень символов процента удаляется, т.е. вместо
%%
будет %. Смысл выражения
%%st(1)
и ему подобных зависит от архитектуры компьютера.
Если при компиляции программы, содержащей функцию
asm
, указать опцию
– traditional
или
– ansi
, компилятор
gcc
выдаст предупреждение. Чтобы этого избежать, используйте альтернативное имя
__asm__
.
9.3.2. Выходные операнды
Во второй секции указаны выходные операнды инструкции. Каждому операнду соответствует строка адресации и выражение языка С, записанное в скобках. В случае выходных операндов (все они должны быть левосторонними значениями) строка адресации должна начинаться со знака равенства. Компилятор проверяет, действительно ли каждый выходной операнд является левосторонним значением (т.е может стоять в левой части оператора присваивания).
Список обозначений регистров для конкретной архитектуры можно найти в исходных текстах компилятора
gcc
(конкретнее — в определении макроса
REG_CLASS_FROM_LETTER
). Например, в файле
gcc/config/i386/i386.h
содержатся обозначения, соответствующие архитектуре x86 (табл. 9.1).
Таблица 9.1. Обозначения регистров в архитектуре Intel x86
Символ регистра
Регистры, которые могут использоваться компилятором
gcc
R
Регистры общего назначения (EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP, ESP)
q
Общие регистры хранения данных (EAX, ЕВХ, ECX, EDX)
f
Регистр для чисел с плавающей запятой
t
Верхний стековый регистр для чисел с плавающей запятой
u
Второй после верхнего стековый регистр для чисел с плавающей запятой
a
Регистр EAX
b
Регистр EBX
с
Регистр ECX
d
Регистр EDX
x
Регистр SSE (регистр потокового расширения SIMD)
y
Мультимедийные регистры MMX
A
Восьмибайтовое значение, формируемое из регистров EAX и EDX
D
Указатель приемной строки в строковых операциях (EDI)
S
Указатель исходной строки в строковых операциях (ESI)