Linux內核系列—C語言中內嵌匯編 asm __volatile__，asm__volatile_

Linux內核系列—C語言中內嵌匯編 asm __volatile__，asm__volatile_

在內嵌匯編中，可以將C語言表達式指定為匯編指令的操作數，而且不用去管如何將C語言表達式的值讀入哪個寄存器，以及如何將計算結果寫回C 變量，你只要告訴程序中C語言表達式與匯編指令操作數之間的對應關系即可， GCC會自動插入代碼完成必要的操作。

1、簡單的內嵌匯編
例：

       __asm__ __volatile__("hlt"); "__asm__"表示後面的代碼為內嵌匯編，"asm"是"__asm__"的別名。"__volatile__"表示編譯器不要優化代碼，後面的指令 保留原樣，"volatile"是它的別名。括號裡面是匯編指令。

2、內嵌匯編舉例
   使用內嵌匯編，要先編寫匯編指令模板，然後將C語言表達式與指令的操作數相關聯，並告訴GCC對這些操作有哪些限制條件。例如在下面的匯編語句：
    

__asm__ __violate__ ("movl %1,%0" : "=r" (result) : "m" (input));


"movl %1,%0"是指令模板；"%0"和"%1"代表指令的操作數，稱為占位符，內嵌匯編靠它們將C 語言表達式與指令操作數相對應。指令模板後面用小括號括起來的是C語言表達式，本例中只有兩個："result"和"input"，他們按照出現的順序分 別與指令操作數"%0"，"%1"對應；注意對應順序：第一個C 表達式對應"%0"；第二個表達式對應"%1"，依次類推，操作數至多有10 個，分別用"%0","%1"...."%9"表示。在每個操作數前面有一個用引號括起來的字符串，字符串的內容是對該操作數的限制或者說要求。 "result"前面的限制字符串是"=r"，其中"="表示"result"是輸出操作數，"r" 表示需要將"result"與某個通用寄存器相關聯，先將操作數的值讀入寄存器，然後在指令中使用相應寄存器，而不是"result"本身，當然指令執行 完後需要將寄存器中的值存入變量"result"，從表面上看好像是指令直接對"result"進行操作，實際上GCC做了隱式處理，這樣我們可以少寫一 些指令。"input"前面的"r"表示該表達式需要先放入某個寄存器，然後在指令中使用該寄存器參加運算。
   C表達式或者變量與寄存器的關系由GCC自動處理，我們只需使用限制字符串指導GCC如何處理即可。限制字符必須與指令對操作數的要求相匹配，否則產生的 匯編代碼將會有錯，讀者可以將上例中的兩個"r"，都改為"m"(m表示操作數放在內存，而不是寄存器中)，編譯後得到的結果是：
             movl input, result
很明顯這是一條非法指令，因此限制字符串必須與指令對操作數的要求匹配。例如指令movl允許寄存器到寄存器，立即數到寄存器等，但是不允許內存到內存的操作，因此兩個操作數不能同時使用"m"作為限定字符。

內嵌匯編語法如下：
       __asm__(匯編語句模板: 輸出部分: 輸入部分: 破壞描述部分)
共四個部分：匯編語句模板，輸出部分，輸入部分，破壞描述部分，各部分使用":"格開，匯編語句模板必不可少，其他三部分可選，如果使用了後面的部分，而前面部分為空，也需要用":"格開，相應部分內容為空。例如：
             __asm__ __volatile__("cli": : :"memory")

1、匯編語句模板
    匯編語句模板由匯編語句序列組成，語句之間使用";"、"\n"或"\n\t"分開。指令中的操作數可以使用占位符引用C語言變量，操作數占位符最多10個，名稱如下：%0，%1，...，%9。指令中使用占位符表示的操作數，總被視為long型（4個字節），但對其施加的操作根據指令可以是字或者字節，當把操作數當作字或者字節使用時，默認為低字或者低字節。對字節操作可以顯式的指明是低字節還是次字節。方法是在%和序號之間插入一個字母，"b"代表低字節，"h"代表高字節，例如：%h1。

2、輸出部分
    輸出部分描述輸出操作數，不同的操作數描述符之間用逗號格開，每個操作數描述符由限定字符串和C 語言變量組成。每個輸出操作數的限定字符串必須包含"="表示他是一個輸出操作數。
例：
           __asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x) )
描述符字符串表示對該變量的限制條件，這樣GCC 就可以根據這些條件決定如何分配寄存器，如何產生必要的代碼處理指令操作數與C表達式或C變量之間的聯系。

3、輸入部分
輸入部分描述輸入操作數，不同的操作數描述符之間使用逗號格開，每個操作數描述符由限定字符串和C語言表達式或者C語言變量組成。
例1 ：
             __asm__ __volatile__ ("lidt %0" : : "m" (real_mode_idt));
例二（bitops.h）：


Static __inline__ void __set_bit(int nr, volatile void * addr)
{
         __asm__(
                         "btsl %1,%0"
                         :"=m" (ADDR)
                         :"Ir" (nr));
}

後 例功能是將(*addr)的第nr位設為1。第一個占位符%0與C 語言變量ADDR對應，第二個占位符%1與C語言變量nr對應。因此上面的匯編語句代碼與下面的偽代碼等價：btsl nr, ADDR，該指令的兩個操作數不能全是內存變量，因此將nr的限定字符串指定為"Ir"，將nr 與立即數或者寄存器相關聯，這樣兩個操作數中只有ADDR為內存變量。

4、限制字符
   4.1、限制字符列表
   限制字符有很多種，有些是與特定體系結構相關，此處僅列出常用的限定字符和i386中可能用到的一些常用的限定符。它們的作用是指示編譯器如何處理其後的C語言變量與指令操作數之間的關系。

      分類            限定符                    描述
  通用寄存器         "a"               將輸入變量放入eax
                                            　　這裡有一個問題：假設eax已經被使用，那怎麼辦？
                                            　　其實很簡單：因為GCC 知道eax 已經被使用，它在這段匯編代碼
                                 　　　　　　的起始處插入一條語句pushl %eax，將eax 內容保存到堆棧，然
                                            　　後在這段代碼結束處再增加一條語句popl %eax，恢復eax的內容
                         "b"               將輸入變量放入ebx
                         "c"               將輸入變量放入ecx
                         "d"               將輸入變量放入edx
                         "s"               將輸入變量放入esi
                         "d"               將輸入變量放入edi
                         "q"              將輸入變量放入eax，ebx，ecx，edx中的一個
                         "r"               將輸入變量放入通用寄存器，也就是eax，ebx，ecx，
                                            　　edx，esi，edi中的一個
                         "A"              把eax和edx合成一個64 位的寄存器(use long longs)

       內存            "m"             內存變量
                         "o"             操作數為內存變量，但是其尋址方式是偏移量類型，
                                          　　也即是基址尋址，或者是基址加變址尋址
                         "V"             操作數為內存變量，但尋址方式不是偏移量類型
                         " "             操作數為內存變量，但尋址方式為自動增量
                         "p"             操作數是一個合法的內存地址（指針）

     寄存器或內存   "g"             將輸入變量放入eax，ebx，ecx，edx中的一個
                                          　　或者作為內存變量
                         "X"            操作數可以是任何類型

     立即數
                         "I"             0-31之間的立即數（用於32位移位指令）
                         "J"             0-63之間的立即數（用於64位移位指令）
                        "N"             0-255之間的立即數（用於out指令）
                         "i"             立即數  
                        "n"            立即數，有些系統不支持除字以外的立即數，
                                        　　這些系統應該使用"n"而不是"i"

     匹配             " 0 "，         表示用它限制的操作數與某個指定的操作數匹配，
                        "1" ...               也即該操作數就是指定的那個操作數，例如"0"
                        "9"            去描述"％1"操作數，那麼"%1"引用的其實就
                                        　　是"%0"操作數，注意作為限定符字母的0－9 與
                                        　　指令中的"％0"－"％9"的區別，前者描述操作數，
                                        　　後者代表操作數。
                         &             該輸出操作數不能使用過和輸入操作數相同的寄存器

    操作數類型      "="          操作數在指令中是只寫的（輸出操作數）  
                        "+"          操作數在指令中是讀寫類型的（輸入輸出操作數）

     浮點數           "f"          浮點寄存器
                        "t"           第一個浮點寄存器
                        "u"          第二個浮點寄存器
                        "G"          標准的80387浮點常數
                         %           該操作數可以和下一個操作數交換位置
                                       　　例如addl的兩個操作數可以交換順序
                                      　　（當然兩個操作數都不能是立即數）
                         #            部分注釋，從該字符到其後的逗號之間所有字母被忽略
                         *            表示如果選用寄存器，則其後的字母被忽略

5、破壞描述部分
   破壞描述符用於通知編譯器我們使用了哪些寄存器或內存，由逗號格開的字符串組成，每個字符串描述一種情況，一般是寄存器名；除寄存器外還有"memory"。例如："%eax"，"%ebx"，"memory"等。

"memory"比較特殊，可能是內嵌匯編中最難懂部分。為解釋清楚它，先介紹一下編譯器的優化知識，再看C關鍵字volatile。最後去看該描述符。