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有時(shí)候我們希望在C/C++代碼中使用嵌入式匯編佑菩，因?yàn)镃中沒有對(duì)應(yīng)的函數(shù)或語法可用。比如我最近在ARM上寫FIR程序時(shí)怨愤，需要對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行飽和處理鞠评，但gcc沒有提供ssat這樣的函數(shù)翅敌，于是不得不在C代碼中嵌入?yún)R編指令振定。
1. 入門
在C中嵌入?yún)R編的最大問題是如何將C語言變量與指令操作數(shù)相關(guān)聯(lián)雅宾。當(dāng)然箍土，gcc都幫我們想好了逢享。下面是是一個(gè)簡(jiǎn)單例子。
asm(“fsinx %1, %0”:”=f”(result):”f”(angle));
這里我們不需要關(guān)注fsinx指令是干啥的吴藻；只需要知道這條指令需要兩個(gè)浮點(diǎn)寄存器作為操作數(shù)瞒爬。作為專職處理C語言的gcc編譯器，它是沒辦法知道fsinx這條匯編指令需要什么樣的操作數(shù)的，這就要求程序猿告知gcc相關(guān)信息侧但，方法就是指令后面的”=f”和”f”矢空，表示這是兩個(gè)浮點(diǎn)寄存器操作數(shù)。這被稱為操作數(shù)規(guī)則（constraint）禀横。規(guī)則前面加上”=”表示這是一個(gè)輸出操作數(shù)屁药，否則是輸入操作數(shù)。constraint后面括號(hào)內(nèi)的是與該寄存器關(guān)聯(lián)的變量柏锄。這樣gcc就知道如何將這條嵌入式匯編語句轉(zhuǎn)成實(shí)際的匯編指令了：
fsinx：匯編指令名
%1, %0：匯編指令操作數(shù)
“=f”(result)：操作數(shù)%0是一個(gè)浮點(diǎn)寄存器酿箭，與變量result關(guān)聯(lián)（對(duì)輸出操作數(shù)，“關(guān)聯(lián)”的意思就是說gcc執(zhí)行完這條匯編指令后會(huì)把寄存器%0的內(nèi)容送到變量result中）
“f”(angle)：操作數(shù)%1是一個(gè)浮點(diǎn)寄存器趾娃，與變量angle關(guān)聯(lián)（對(duì)輸入操作數(shù)缭嫡，“關(guān)聯(lián)”的意思是就是說gcc執(zhí)行這條匯編指令前會(huì)先將變量angle的值讀取到寄存器%1中）
因此這條嵌入式匯編會(huì)轉(zhuǎn)換為至少三條匯編指令（非優(yōu)化）：
1> 將angle變量的值加載到寄存器%1
2> fsinx匯編指令，源寄存器%1茫舶，目標(biāo)寄存器%0
3> 將寄存器%0的值存儲(chǔ)到變量result
當(dāng)然械巡，在高優(yōu)化級(jí)別下上面的敘述可能不適用；比如源操作數(shù)可能本來就已經(jīng)在某個(gè)浮點(diǎn)寄存器中了饶氏。
這里我們也看到constraint前加”=”符號(hào)的意義：gcc需要知道這個(gè)操作數(shù)是在執(zhí)行嵌入?yún)R編前從變量加載到寄存器讥耗，還是在執(zhí)行后從寄存器存儲(chǔ)到變量中。
常用的constraints有以下幾個(gè)（更多細(xì)節(jié)參見gcc手冊(cè)）：
m 內(nèi)存操作數(shù)
r 寄存器操作數(shù)
i 立即數(shù)操作數(shù)（整數(shù)）
f 浮點(diǎn)寄存器操作數(shù)
F 立即數(shù)操作數(shù)（浮點(diǎn)）
從這個(gè)栗子也可以看出嵌入式匯編的基本格式：
asm(“匯編指令”:”=輸出操作數(shù)規(guī)則”(關(guān)聯(lián)變量):”輸入操作數(shù)規(guī)則”(關(guān)聯(lián)變量));
輸出操作數(shù)必須為左值疹启；這個(gè)顯然古程。
2. 多個(gè)操作數(shù)，或沒有輸出操作數(shù)
如果某個(gè)指令有多個(gè)輸入或輸出操作數(shù)怎么辦喊崖？例如arm有很多指令是三操作數(shù)指令挣磨。這個(gè)時(shí)候用逗號(hào)分隔多個(gè)規(guī)則：
asm(“add %0, %1, %2”:”=r”(sum):”r”(a), “r”(b));
每條操作數(shù)規(guī)則按順序?qū)?yīng)操作數(shù)%0, %1, %2。
對(duì)于沒有輸出操作數(shù)的情況荤懂，在匯編指令后就沒有輸出規(guī)則茁裙，于是就出現(xiàn)兩個(gè)連續(xù)冒號(hào)，后跟輸入規(guī)則节仿。
3. 輸入-輸出（或讀-寫）操作數(shù)
有時(shí)候一個(gè)操作數(shù)既是輸入又是輸出晤锥，比如x86下的這條指令：
add %eax, %ebx
注意指令使用AT&T格式而不是Intel格式。寄存器ebx同時(shí)作為輸入操作數(shù)和輸出操作數(shù)廊宪。對(duì)這樣的操作數(shù)矾瘾，在規(guī)則前使用”+”字符：
asm("add %1, %0" : "+r"(a) : "r"(b));
對(duì)應(yīng)C語言語句a=a+b。
注意這樣的操作數(shù)不能使用”=”符號(hào)箭启，因?yàn)間cc看到”=”符號(hào)會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)單輸出操作數(shù)壕翩，于是在將嵌入?yún)R編轉(zhuǎn)換為真正匯編的時(shí)候就不會(huì)預(yù)先將變量a的值加載到寄存器%0中。
另一個(gè)辦法是將讀-寫操作數(shù)在邏輯上拆分為兩個(gè)操作數(shù)：
asm(“add %2, %0” : “=r”(a) : “0”(a), “r”(b));
對(duì)“邏輯”輸入操作數(shù)1指定數(shù)字規(guī)則”0”傅寡，表示這個(gè)邏輯操作數(shù)占用和操作數(shù)0一樣的“位置”（占用同一個(gè)寄存器）放妈。這種方法的特點(diǎn)是可以將兩個(gè)“邏輯”操作數(shù)關(guān)聯(lián)到兩個(gè)不同的C語言變量上：
asm("add %2, %0" : "=r"(c) : "0"(a), "r"(b));
對(duì)應(yīng)于C程序語句c=a+b北救。
數(shù)字規(guī)則僅能用于輸入操作數(shù)，且必須引用到輸出操作數(shù)芜抒。拿上例來說扭倾，數(shù)字規(guī)則”0”位于輸入規(guī)則段，且引用到輸出操作數(shù)0挽绩，該數(shù)字規(guī)則自身占用操作數(shù)計(jì)數(shù)1膛壹。
這里要注意，通過同名C語言變量是無法保證兩個(gè)操作數(shù)占用同一“位置”的唉堪。比如下面這樣的寫法是不行的:
（錯(cuò)誤寫法）asm(“add %2, %0”:”=r”(a):”r”(a), “r”(b));
4. 指定寄存器
有時(shí)候我們需要在指令中使用指定的寄存器模聋；典型的栗子是系統(tǒng)調(diào)用，必須將系統(tǒng)調(diào)用碼和參數(shù)放在指定寄存器中唠亚。為了達(dá)到這個(gè)目的链方，我們要在聲明變量時(shí)使用擴(kuò)展語法：
register int a asm(“%eax”) = 1; // statement 1
register int b asm(“%ebx”) = 2; // statement 2
asm("add %1, %0" : "+r"(a) : "r"(b)); // statement 3
注意只有在執(zhí)行匯編指令時(shí)能確定a在eax中，b在ebx中灶搜，其他時(shí)候a和b的存放位置是不可知的祟蚀。
另外，在這么用的時(shí)候要注意割卖，防止statement 2在執(zhí)行時(shí)覆蓋了eax前酿。例如statement 2改成下面這句：
register int b asm(“%ebx”) = func();
函數(shù)調(diào)用約定會(huì)將func()的返回值放在eax里，于是破壞了statement 1對(duì)a的賦值鹏溯。這個(gè)時(shí)候可以先用一條語句將func返回值放在臨時(shí)變量里：
int t = func();
register int a asm(“%eax”) = 1; // statement 1
register int b asm(“%ebx”) = t; // statement 2
asm("add %1, %0" : "+r"(a) : "r"(b)); // statement 3
5. 隱式改變寄存器
有的匯編指令會(huì)隱含修改一些不在指令操作數(shù)中的寄存器罢维，為了讓gcc知道這個(gè)情況，將隱式改變寄存器規(guī)則列在輸入規(guī)則之后丙挽。下面是VAX機(jī)上的栗子：
asm volatile(“movc3 %0,%1,%2”
: /* no outputs */
:”g”(from),”g”(to),”g”(count)
:”r0”,”r1”,”r2”,”r3”,”r4”,”r5”);
（movc3是一條字符塊移動(dòng)（Move characters）指令）
這里要注意的是輸入/輸出規(guī)則中列出的寄存器不能和隱含改變規(guī)則中的寄存器有交叉肺孵。比如在上面的栗子里，規(guī)則“g”中就不能包含r0-r5颜阐。以指定寄存器語法聲明的變量平窘，所占用的寄存器也不能和隱含改變規(guī)則有交叉。這個(gè)應(yīng)該好理解：隱含改變規(guī)則是告訴gcc有額外的寄存器需要照顧凳怨，自然不能和輸入/輸出寄存器有交集瑰艘。
另外，如果你在指令里顯式指定某個(gè)寄存器猿棉，那么這個(gè)寄存器也必須列在隱式改變規(guī)則之中（有點(diǎn)繞了哈）磅叛。上面我們說過gcc自身是不了解匯編指令的屑咳，所以你在指令中顯式指定的寄存器萨赁，對(duì)gcc來說是隱式的，因此必須包含在隱式規(guī)則之中兆龙。另外杖爽，指令中的顯式寄存器前需要一個(gè)額外的%敲董，比如%%eax。
6. volatile
asm volatile通知gcc你的匯編指令有side effect慰安，千萬不要給優(yōu)化沒了腋寨，比如上面的栗子。
如果你的指令只是做些計(jì)算化焕，那么不需要volatile萄窜，讓gcc可以優(yōu)化它；除此以外撒桨，無腦給每個(gè)asm加上volatile或者是個(gè)好辦法查刻。
