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行內組語

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行內組語(英語:Inline assembly)是部分編譯器支援的一種功能。其將非常低階的組合語言內嵌在高階語言源始碼中。實施行內組語通常是為了以下理由:

  • 執行效率最佳化:將演算法中最攸關效能的部份使用手寫組語取代高階程式碼,優點是不會受到編譯器的限制。
  • 使用處理器特有指令:某些處理器提供特定的指令,比如Compare-and-swap和Test-and-set指令可以直接用以實作訊號機制。因為多工系統都需要訊號機制,幾乎所有現代的處理器都支援前述的兩個指令。其它的一些指令集如SPARC架構的VIS指令集Intel處理器的MMX指令集以及SSE指令集等。
  • 系統調用(System Call):高階語言鮮少提供直接調用system calls的機制,故使用組語來進行這項工作。

使用處理器持有指令優化範例

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下面是一段在D語言進行行內組語的程式碼。該程式碼使用x86架構浮點運算器指令來計算。此實作快於編譯器產生的一系列浮點數運算,行內組語也使編程人員得以使用fldpi指令來載入在x86架構下可得到的最佳之pi估計值。

// 計算tan(x)
real tan(real x)
{
   asm
   {
       fld     x[EBP]                  ; // 將x值載入浮點運算器的堆疊上
       fxam                            ; // 測試堆疊頂端的值是否是合法、可計算浮點數
       fstsw   AX                      ;
       sahf                            ;
       jc      trigerr                 ; // 若x是NAN,正負無限,或空值 
                                         // 387可以處理denormals數值
SC18:  fptan                           ; // 為與8087運算器相容fptan會使堆疊頂端為1.0,再來才是tan值,
       fstp    ST(0)                   ; // 丟棄堆疊頂端的值
       fstsw   AX                      ;
       sahf                            ;
       jnp     Lret                    ; // C2為FPU狀態變數,C2 == 1表示x超出允許的範圍
                                       ; // tan之週期為pi,下面的程式碼就是將x縮至允許的範圍
       fldpi                           ;
       fxch                            ;
SC17:  fprem1                          ;
       fstsw   AX                      ;
       sahf                            ;
       jp      SC17                    ;
       fstp    ST(1)                   ; // 將pi值移出堆疊
       jmp     SC18                    ;
   }
trigerr:
   return real.nan;
Lret:
   ;
}

系統調用(system calls)範例

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保護模式運行的應用程式無法直接呼叫專屬於OS的功能。因為OS的行程空間包含核心空間(kernel mode)與使用者空間(user mode);運行在使用者空間的程式只能透過中斷來參照專屬於作業系統的功能。通常高階語言都不提供這項功能,所以要運用行內組語將呼叫system calls的過程包裝為高階語言可辨認、呼叫的函式。

下面的C語言片段即含有一個system call的包裝函式。其組語語法為GNU組譯器使用的AT&T組語語法。一般這類程式都會使用巨集實作,不過為了清楚展示觀念,在此列出了完整的程式碼。

GNU組譯器的行內組語語法相當直覺,基本型式如下:

asm("assembly code");

例如:

asm("movl %ecx, %eax"); /* 複製ecx暫存器的內容至eax暫存器*/

__asm_("movb %bh, (%eax)"); /* 從bh暫存器複製1位元組的資料到eax暫存器所指的記憶體區塊*/

必須注意的是,AT&T語法中的運算元順序與Windows平台下常用的MASM剛好相反。

asm__asm__都是合法型式;當asm與程式碼中某些變數命名起衝突時可使用後者。

extern int errno;

int funcnameint arg1, int *arg2, int arg3
{
  int res;
  __asm__ volatile(
    "int $0x80"        /* 向OS拋出請求*/
    : "=a" (res)       /* 請編譯器將結果將儲存於eax ("a")*/
      "+b"(arg1),     /* 請編譯器將arg1存於ebx ("b")*/
      "+c"(arg2),     /* 請編譯器將arg2存於ecx ("c")*/
      "+d"(arg3)      /* 請編譯器將arg3存於edx ("d")*/
    : "a"(128)       /* 該system call的編號放於eax ("a")*/
    : "memory", "cc"); /* 通知編譯器,記憶體與condition code register(決定分支的暫存器)己被更改*/

  /* 若OS回傳負值表示錯誤;則包裝函式要設定errno global variable並回傳 -1 */
  if (-125 <= res && res < 0) {
    errno = -res;
    res = -1;
  }  
  return res;
}

外部連結

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