用VC写Assembly代码(7)--在Visual C++中使用内联汇编

 在Visual C++中使用内联汇编

    一、 优点

    使用内联汇编可以在 C/C++ 代码中嵌入汇编语言指令，而且不需要额外的汇编和连接步骤。在 Visual C++ 中，内联汇编是内置的编译器，因此不需要配置诸如 MASM 一类的独立汇编工具。这里，我们就以 Visual Studio .NET 2003 为背景，介绍在 Visual C++ 中使用内联汇的相关知识（如果是早期的版本，可能会有些许出入）。

    内联汇编代码可以使用 C/C++ 变量和函数，因此它能非常容易地整合到 C/C++ 代码中。它能做一些对于单独使用 C/C++ 来说非常笨重或不可能完成的任务。

    内联汇编的用途包括：

    * 使用汇编语言编写特定的函数；
    * 编写对速度要求非常较高的代码；
    * 在设备驱动程序中直接访问硬件；
    * 编写 naked 函数的初始化和结束代码。

    二、 关键字

    使用内联汇编要用到 __asm 关键字，它可以出现在任何允许 C/C++ 语句出现的地方。我们来看一些例子：

    * 简单的 __asm 块：

        __asm
        {
            MOV AL, 2
            MOV DX, 0xD007
            OUT AL, DX
        }

    * 在每条汇编指令之前加 __asm 关键字：

        __asm MOV AL, 2
        __asm MOV DX, 0xD007
        __asm OUT AL, DX

    * 因为 __asm 关键字是语句分隔符，所以可以把多条汇编指令放在同一行：

        __asm MOV AL, 2  __asm MOV DX, 0XD007  __asm OUT AL, DX

    显然，第一种方法与 C/C++ 的风格很一致，并且把汇编代码和 C/C++ 代码清楚地分开，还避免了重复输入 __asm 关键字，因此推荐使用第一种方法。

    不像在 C/C++ 中的“{}”，__asm 块的“{}”不会影响 C/C++ 变量的作用范围。同时，__asm 块可以嵌套，而且嵌套也不会影响变量的作用范围。

    为了与低版本的 Visual C++ 兼容，_asm 和 __asm 具有相同的意义。另外，Visual C++ 支持标准 C++ 的 asm 关键字，但是它不会生成任何指令，它的作用仅限于使编译器不会出现编译错误。要使用内联汇编，必须使用 __asm 而不是 asm 关键字。

    三、 汇编语言

1. 指令集

    内联汇编支持 Intel Pentium 4 和 AMD Athlon 的所有指令。更多其它处理器的指令可以通过 _EMIT 伪指令来创建（_EMIT 伪指令说明见下文）。

2. MASM 表达式

    在内联汇编代码中，可以使用所有的 MASM 表达式（MASM 表达式是指用来计算一个数值或一个地址的操作符和操作数的组合）。

3. 数据指示符和操作符

    虽然 __asm 块中允许使用 C/C++ 的数据类型和对象，但它不能使用 MASM 指示符和操作符来定义数据对象。这里特别指出，__asm 块中不允许 MASM 中的定义指示符（DB、DW、DD、DQ、DT 和 DF），也不允许使用 DUP 和 THIS 操作符。MASM 中的结构和记录也不再有效，内联汇编不接受 STRUC、RECORD、WIDTH 或者 MASK。

4. EVEN 和 ALIGN 指示符

    尽管内联汇编不支持大多数 MASM 指示符，但它支持 EVEN 和 ALIGN。当需要的时候，这些指示符在汇编代码里面加入 NOP 指令（空操作）使标号对齐到特定边界。这样可以使某些处理器取指令时具有更高的效率。

5. MASM 宏指示符

    内联汇编不是宏汇编，不能使用 MASM 宏指示符（MACRO、REPT、IRC、IRP 和 ENDM）和宏操作符（<>、!、&、% 和 .TYPE）。

6. 段

    必须使用寄存器而不是名称来指明段（段名称“_TEXT”是无效的）。并且，段跨越必须显式地说明，如 ES:[EBX]。

7. 类型和变量大小

    在内联汇编中，可以用 LENGTH、SIZE 和 TYPE 来获取 C/C++ 变量和类型的大? ?

    * LENGTH 操作符用来取得 C/C++ 中数组的元素个数（如果不是一个数组，则结果为 1）。
    * SIZE 操作符可以获取 C/C++ 变量的大小（一个变量的大小是 LENGTH 和 TYPE 的乘积）。
    * TYPE 操作符可以返回 C/C++ 类型和变量的大小（如果变量是一个数组，它得到的是数组中单个元素的大小）。

    例如，程序中定义了一个 8 维的整数型变量：

        int iArray[8];

    下面是 C 和汇编表达式中得到的 iArray 及其元素的相关值：

        __asm                   C                                   Size

        LENGTH iArray           sizeof(iArray)/sizeof(iArray[0])    8
        SIZE iArray             sizeof(iArray)                      32
        TYPE iArray             sizeof(iArray[0])                   4

8. 注释

    内联汇编中可以使用汇编语言的注释，即“;”。例如：

        __asm MOV EAX, OFFSET pbBuff  ; Load address of pbBuff

    因为 C/C++ 宏将会展开到一个逻辑行中，为了避免在宏中使用汇编语言注释带来的混乱，内联汇编也允许使用 C/C++ 风格的注释。

9. _EMIT 伪指令

    _EMIT 伪指令相当于 MASM 中的 DB，但是 _EMIT 一次只能在当前代码段（.text 段）中定义一个字节。例如：

        __asm
        {
            JMP _CodeLabel

            _EMIT 0x00        ; 定义混合在代码段的数据
            _EMIT 0x01

        _CodeLabel:           ; 这里是代码
            _EMIT 0x90        ; NOP指令
        }

10. 寄存器使用

    一般来说，不能假定某个寄存器在 __asm 块开始的时候有已知的值。寄存器的值将不能保证会从 __asm 块保留到另外一个 __asm 块中。

    如果一个函数声明为 __fastcall 调用方式，则其参数将通过寄存器而不是堆栈来传递。这将会使 __asm 块产生问题，因为函数无法被告知哪个参数在哪个寄存器中。如果函数接收了 EAX 中的参数并立即储存一个值到 EAX 中的话，原来的参数将丢失掉。另外，在所有声明为 __fastcall 的函数中，ECX 寄存器是必须一直保留的。为了避免以上的冲突，包含 __asm 块的函数不要声明为 __fastcall 调用方式。

    * 提示：如果使用 EAX、EBX、ECX、EDX、ESI 和 EDI 寄存器，你不需要保存它。但如果你用到了 DS、SS、SP、BP 和标志寄存器，那就应该用 PUSH 保存这些寄存器。

    * 提示：如果程序中改变了用于 STD 和 CLD 的方向标志，必须将其恢复到原来的值。

四、 使用 C/C++ 元素

1. 可用的 C/C++ 元素

    C/C++ 与汇编语言可以混合使用，在内联汇编中可以使用 C/C++ 变量以及很多其它的 C/C++ 元素，包括：

    * 符号，包括标号、变量和函数名；
    * 常量，包括符号常量和枚举型成员；
    * 宏定义和预处理指示符；
    * 注释，包括“/**/”和“//”；
    * 类型名，包括所有 MASM 中合法的类型；
    * typedef 名称，通常使用 PTR 和 TYPE 操作符，或者使用指定的的结构或枚举成员。

    在内联汇编中，可以使用 C/C++ 或汇编语言的基数计数法。例如，0x100 和 100H 是相等的。

2. 操作符使用

    内联汇编中不能使用诸如“<<”一类的 C/C++ 操作符。但是，C/C++ 和 MASM 共有的操作符（比如“*”和“[]”操作符），都被认为是汇编语言的操作符，是可以使用的。举个例子：

        int iArray[10];

        __asm MOV iArray[6], BX             ; Store BX at iArray + 6 (Not scaled)
        iArray[6] = 0;                      // Store 0 at iArray+12 (Scaled)

    * 提示：在内联汇编中，可以使用 TYPE 操作符使其与 C/C++ 一致。比如，下面两条语句是一样的：

        __asm MOV iArray[6 * TYPE int], 0   ; Store 0 at iArray + 12
        iArray[6] = 0;                      // Store 0 at iArray + 12

3. C/C++ 符号使用

    在 __asm 块中可以引用所有在作用范围内的 C/C++ 符号，包括变量名称、函数名称和标号。但是不能访问 C++ 类的成员函数。

    下面是在内联汇编中使用 C/C++ 符号的一些限制：

    * 每条汇编语句只能包含一个 C/C++ 符号。在一条汇编指令中，多个符号只能出现在 LENGTH、TYPE 或 SIZE 表达式中。
    * 在 __asm 块中引用函数必须先声明。否则，编译器将不能区别 __asm 块中的函数名和标号。
    * 在 __asm 块中不能使用对于 MASM 来说是保留字的 C/C++ 符号（不区分大小写）。MASM 保留字包含指令名称（如 PUSH）和寄存器名称（如 ESI）等。
    * 在 __asm 块中不能识别结构和联合标签。

4. 访问 C/C++ 中的数据

    内联汇编的一个非常大的方便之处是它可以使用名称来引用 C/C++ 变量。例如，如果 C/C++ 变量 iVar 在作用范围内：

        __asm MOV EAX, iVar  ; Stores the value of iVar in EAX

    如果 C/C++ 中的类、结构或者枚举成员具有唯一的名称，则在 __asm 块中可以只通过成员名称来访问（省略“.”操作符之前的变量名或 typedef 名称）。然而，如果成员不是唯一的，你必须在“.”操作符之前加上变量名或 typedef 名称。例如，下面的两个结构都具有 SameName 这个成员变量：

        struct FIRST_TYPE
        {
            char *pszWeasel;
            int SameName;
        };

        struct SECOND_TYPE
        {
            int iWonton;
            long SameName;
        };

    如果按下面方式声明变量：

        struct FIRST_TYPE ftTest;
        struct SECOND_TYPE stTemp;

    那么，所有引用 SameName 成员的地方都必须使用变量名，因为 SameName 不是唯一的。另外，由于上面的 pszWeasel 变量具有唯一的名称，你可以仅仅使用它的成员名称来引用它：

        __asm
        {
            MOV EBX, OFFSET ftTest
            MOV ECX, [EBX]ftTest.SameName       ; 必须使用“ftTest”
            MOV ESI, [EBX]. pszWeasel           ; 可以省略“ftTest”
        }

    * 提示：省略变量名仅仅是为了书写代码方便，生成的汇编指令还是一样的。

5. 用内联汇编写函数

    如果用内联汇编写函数的话，要传递参数和返回一个值都是非常容易的。看下面的例子，比较一下用独立汇编和内联汇编写的函数：

        ; PowerAsm.asm
        ; Compute the power of an integer

        PUBLIC      GetPowerAsm
        _TEXT       SEGMENT WORD PUBLIC 'CODE'
        GetPowerAsm PROC
            PUSH    EBP             ; Save EBP
            MOV     EBP, ESP        ; Move ESP into EBP so we can refer
                                    ; to arguments on the stack
            MOV     EAX, [EBP+4]    ; Get first argument
            MOV     ECX, [EBP+6]    ; Get second argument
            SHL     EAX, CL         ; EAX = EAX * (2 ^ CL)
            POP     EBP             ; Restore EBP
            RET                     ; Return with sum in EAX
        GetPowerAsm ENDP
        _TEXT       ENDS
                    END

    C/C++ 函数一般用堆栈来传递参数，所以上面的函数中需要通过堆栈位置来访问它的参数（在 MASM 或其它一些汇编工具中，也允许通过名称来访问堆栈参数和局部堆栈变量）。

    下面的程序是使用内联汇编写的：

        // PowerC.c

        #include <Stdio.h>

        int GetPowerC(int iNum, int iPower);

        int main()
        {
            printf("3 times 2 to the power of 5 is %d/n", GetPowerC( 3, 5));
        }

        int GetPowerC(int iNum, int iPower)
        {
            __asm
            {
                MOV EAX, iNum   ; Get first argument
                MOV ECX, iPower ; Get second argument
                SHL EAX, CL     ; EAX = EAX * (2 to the power of CL)
            }
            // Return with result in EAX
        }

    使用内联汇编写的 GetPowerC 函数可以通过参数名称来引用它的参数。由于 GetPowerC 函数没有执行 C 的 return 语句，所以编译器会给出一个警告信息，我们可以通过 #pragma warning 禁止生成这个警告。

    内联汇编的其中一个用途是编写 naked 函数的初始化和结束代码。对于一般的函数，编译器会自动帮我们生成函数的初始化（构建参数指针和分配局部变量等）和结束代码（平衡堆栈和返回一个值等）。使用内联汇编，我们可以自己编写干干净净的函数。当然，此时我们必须自己动手做一些有关函数初始化和扫尾的工作。例如：

        void __declspec(naked) MyNakedFunction()
        {
            // Naked functions must provide their own prolog.
            __asm
            {
                PUSH EBP
                MOV ESP, EBP
                SUB ESP, __LOCAL_SIZE
            }

            .
            .
            .

            // And we must provide epilog.
            __asm
            {
                POP EBP
                RET
            }
        }

6. 调用 C/C++ 函数

    内联汇编中调用声明为 __cdecl 方式（默认）的 C/C++ 函数必须由调用者清除参数堆栈，下面是一个调用 C/C++ 函数例子:

        #include <Stdio.h>

        char szFormat[] = "%s %s/n";
        char szHello[] = "Hello";
        char szWorld[] = " world";

        void main()
        {
            __asm
            {
                MOV     EAX, OFFSET szWorld
                PUSH    EAX
                MOV     EAX, OFFSET szHello
                PUSH    EAX
                MOV     EAX, OFFSET szFormat
                PUSH    EAX
                CALL    printf

                // 压入了 3 个参数在堆栈中，调用函数之后要调整堆栈
                ADD     ESP, 12
            }
        }

    * 提示：参数是按从右往左的顺序压入堆栈的。

    如果调用 __stdcall 方式的函数，则不需要自己清除堆栈。因为这种函数的返回指令是 RET n，会自动清除堆栈。大多数 Windows API 函数均为 __stdcall 调用方式（仅除 wsprintf 等几个之外），下面是一个调用 MessageBox 函数的例子：

        #include <Windows.h>

        TCHAR g_tszAppName[] = TEXT("API Test");

        void main()
        {
            TCHAR tszHello[] = TEXT("Hello, world!");

            __asm
            {
                PUSH    MB_OK OR MB_ICONINFORMATION
                PUSH    OFFSET g_tszAppName         ; 全局变量用 OFFSET
                LEA     EAX, tszHello               ; 局部变量用 LEA
                PUSH    EAX
                PUSH    0
                CALL    DWORD PTR [MessageBox]      ; 注意这里不是 CALL MessageBox，而是调用重定位过的函数地址
            }
        }

    * 提示：可以不受限制地访问 C++ 成员变量，但是不能访问 C++ 的成员函数。

7. 定义 __asm 块为 C/C++ 宏

    使用  C/C++ 宏可以方便地把汇编代码插入到源代码中。但是这其中需要额外地注意，因为宏将会扩展到一个逻辑行中。
为了不会出现问题，请按以下规则编写宏：

    * 使用括号把 __asm 块包围住；
    * 把 __asm 关键字放在每条汇编指令之前；
    * 使用经典 C 风格的注释（“/* comment */”）,不要使用汇编风格的注释（“; comment”）或单行的 C/C++ 注释（“// comment”）；

    举个例子，下面定义了一个简单的宏：

        #define PORTIO __asm        /
        /* Port output */           /
        {                           /
            __asm MOV AL, 2         /
            __asm MOV DX, 0xD007    /
            __asm OUT DX, AL        /
        }

    乍一看来，后面的三个 __asm 关键字好像是多余的。其实它们是需要的，因为宏将被扩展到一个单行中：

        __asm /* Port output */ {__asm MOV AL, 2  __asm MOV DX, 0xD007  __asm OUT DX, AL}

    从扩展后的代码中可以看出，第三个和第四个 __asm 关键字是必须的（作为语句分隔符）。在 __asm 块中，只有 __asm 关键字和换行符会被认为是语句分隔符，又因为定义为宏的一个语句块会被认为是一个逻辑行，所以必须在每条指令之前使用 __asm 关键字。

    括号也是需要的，如果省略了它，编译器将不知道汇编代码在哪里结束，__asm 块后面的 C/C++ 语句看起来会被认为是汇编指令。

    同样是由于宏展开的原因，汇编风格的注释（“; comment”）和单行的 C/C++ 注释（“// commen”）也可能会出现错误。为了避免这些错误，在定义 __asm 块为宏时请使用经典 C 风格的注释（“/* comment */”）。

    和 C/C++ 宏一样 __asm 块写的宏也可以拥有参数。和 C/C++ 宏不一样的是，__asm 宏不能返回一个值，因此，不能使用这种宏作为 C/C++ 表达式。

    不要不加选择地调用这种类型的宏。比如，在声明为 __fastcall 的函数中调用汇编语言宏可能会导致不可预料的结果（请参看前文的说明）。

8. 转跳

    可以在 C/C++ 里面使用 goto 转跳到 __asm 块中的标号处，也可以在 __asm 块中转跳到 __asm 块里面或外面的标号处。__asm 块内的标号是不区分大小写的（指令、指示符等也是不区分大小写的）。例如：

        void MyFunction()
        {
            goto C_Dest;    /* 正确 */
            goto c_dest;    /* 错误 */

            goto A_Dest;    /* 正确 */
            goto a_dest;    /* 正确 */

            __asm
            {
                JMP C_Dest  ; 正确
                JMP c_dest  ; 错误

                JMP A_Dest  ; 正确
                JMP a_dest  ; 正确

        a_dest:             ; __asm 标号
            }

        C_Dest:             /* C/C++ 标号 */
            return;
        }

    不要使用函数名称当作标号，否则将转跳到函数中执行，而不是标号处。例如，由于 exit 是 C/C++ 的函数，下面的转跳将不会到 exit 标号处：

        ; 错误：使用函数名作为标号
        JNE exit
        .
        .
        .
        exit:
        .
        .
        .

    美元符号“$”用于指定当前指令位置，常用于条件跳转中，例如：

        JNE $+5     ; 下面这条指令的长度是 5 个字节
        JMP _Label
        NOP         ; $+5，转跳到了这里
        .
        .
        .
        _Label:
        .
        .
        .

    五、在 Visual C++ 工程中使用独立汇编

    内联汇编代码不易于移植，如果你的程序打算在不同类型的机器（比如 x86 和 Alpha）上运行，你可能需要在不同的模块中使用特定的机器代码。这时候你可以使用 MASM（Microsoft Macro Assembler），因为 MASM 支持更多方便的宏指令和数据指示符。

    这里简单介绍一下在 Visual Studio .NET 2003 中调用 MASM 编译独立汇编文件的步骤。

    在 Visual C++ 工程中，添加按 MASM 的要求编写的 .asm 文件。在解决方案资源管理器中，右击这个文件，选择“属性”菜单项，在属性对话框中，点击“自定义生成步骤”，设置如下项目：

    命令行：ML.exe /nologo /c /coff "-Fo$(IntDir)/$(InputName).obj" "$(InputPath)"
    输出：$(IntDir)/$(InputName).obj

    如果要生成调试信息，可以在命令行中加入“/Zi”参数，还可以根据需要生成 .lst 和 .sbr 文件。

    如果要在汇编文件中调用 Windows API，可以从网上下载 MASM32 包（包含了 MASM 汇编工具、非常完整的 Windows API 头文件/库文件、实用宏以及大量的 Win32 汇编例子等）。相应地，应该在命令行中加入“/I X:/MASM32/INCLUDE”参数指定 Windows API 汇编头文件（.inc）的路径。MASM32 的主页是：http://www.masm32.com，里面可以下载最新版本的 MASM32 包。