在Visual C++中内联汇编使用技术

      系统平台、应用技术 2006-10-30 11:45

   本文出自 Yonsm 之手

在 Visual C++ 中使用内联汇编

一、内联汇编的优缺点
 因为在Visual C++中使用内联汇编不需要额外的编译器和联接器,且可以处理Visual C++中不能处理的一些事情,而且可以使用在C/C++中的变量,所以非常方便。内联汇编主要用于如下场合:
 1.使用汇编语言写函数;
 2.对速度要求非常高的代码;
 3.设备驱动程序中直接访问硬件;
 4."Naked" Call的初始化和结束代码。
 //(."Naked",理解了意思,但是不知道怎么翻译^_^,大概就是不需要C/C++的编译器(自作聪明)生成的函数初始化和收尾代码,请参看MSDN的"Naked <I>function</I>s"的说明)
 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,应当尽量避免使用内联汇编。这时候你可以使用MASM,因为MASM支持更方便的的宏指令和数据指示符。

二、内联汇编关键字
 在Visual C++使用内联汇编用到的是__asm关键字,这个关键字有两种使用方法:
 1.简单__asm块
 __asm
 {
 MOV AL, 2
 MOV DX, 0xD007
 OUT AL, DX
 }
 2.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,因此你可以把汇编指令放在同一行:
 __asm MOV AL, 2 __asm MOV DX, 0XD007__asm OUT AL, DX
 显然,第一种方法和C/C++的风格很一致,并且有很多其它优点,因此推荐使用第一种方法。
 不象在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,嵌套也不会影响变量的作用范围。

三、在__asm块中使用汇编语言
 1.内联汇编指令集
 内联汇编完全支持的Intel 486指令集,允许使用MMX指令。不支持的指令可以使用_EMIT伪指令定义(_EMIT伪指令说明见下文)。
 2.MASM表达式
 内联汇编可以使用MASM中的表达式。比如: MOV EAX, 1。
 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,但它不能用MASM指示符和操作符定义数据对象。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DUP和THIS操作符。MASM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(空操作)指令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.段说明
 必须使用寄存器来说明段,跨越段必须显式地说明,如ES:[BX]。
 7.类型和变量大小
 我们可以使用LENGTH来取得C/C++中的数组中的元素个数,如果不是一个数组,则结果为一。使用SIZE来取得C/C++中变量的大小,一个变量的大小是LENGTH和TYPE的乘积。TYPE用来取得一个变量的大小,如果是一个数组,它得到的一个数组中的单个元素的大小。
 8.注释
 可以使用C/C++的注释,但推荐用ASM的注释,即";"号。
 9._EMIT伪指令
 _EMIT伪指令相当于MASM中的DB,但一次只能定义一个字节,比如:
 __asm
 {
 JMP _CodeOfAsm
 _EMIT 0x00; 定义混合在代码段的数据
 _EMIT 0x01
 _CodeOfAsm:
 ; 这里是代码
 _EMIT 0x90; NOP指令
 }

四、在__asm块中使用C/C++语言元素
 C/C++与汇编可以混合使用,在内联汇编可以使用C/C++的变量和很多其它C/C++的元素。在__asm块中可以使用以下C/C++元素:
 1.符号,包括标号、变量和函数名;
 2.常量,包括符号常量和枚举型(enum)成员;
 3.宏定义和预处理指示符;
 4.注释,包括"/**/"和"//";
 5.类型名,包括所有MASM中合法的类型
 6.typedef名称, 像PTR、TYPE、特定的结构成员或枚举成员这样的通用操作符。
 在__asm块中,可以使用C/C++或ASM的基数计数法(比如: 0x100和100H是相等的)。
 __asm块中不能使用像<<一类的C/C++操作符。C/C++和MASM通用的操作符,比如"*"和"[]"操作符,都被认为是汇编语言的操作符。举个例子:
 int array[[10]];
 __asm MOV array[[6]], BX ;Store BX at array+6 (not scaled)
 array[[6]] = 0; /* Store 0 at array+12 (scaled) */
 * 小技巧: 内联汇编中,你可以使用TYPE操作符使作其与C一致。比如,下面两条语句是一样的:
 __asm MOV array[[6 * TYPE int ], 0 ; Store 0 at array + 12
 array[[6]] = 0; /* Store 0 at array + 12 */
 内联汇编能通过变两名直接引用C/C++的变量。__asm块中可以引用任何符号,包括变量名。
 如果C/C++中的类、结构或者枚举成员具有唯一的名称,如果在"."操作符之前不指定变量或者typedef名称,则__asm块中只能引用成员名称。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same_name这个成员变量:
 struct first_type
 {
 char *weasel;
 int same_name;
 };
 struct second_type
 {
 int wonton;
 long same_name;
 };
 如果按下面声明变量:
 struct first_type hal;
 struct second_type oat;
 那么,所有引用same_name成员的地方都必须使用变量名,因为same_name不是唯一的。另外,上面的weasel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 hal
 MOV ECX, [EBX]hal.same_name ; 必须使用 'hal'
 MOV ESI, [EBX].weasel ; 可以省略 'hal'
 }
 注意,省略了变量名仅仅是为了写代码的方便,生成的汇编指令的还是一样的。
 可以不受限制地访问C++成员变量,但是不能调用C++的成员函数。

五、寄存器使用
 一般来说,在__asm块开始的时候,寄存器是空的,不能在两个__asm之间保存寄存器的值。(这是MSDN上说的,我在实际使用时发现,好像并不是这样。不过它是说"一般",我是特殊:))
 如果一个函数被声明成了__fastcall,则其参数将放在寄存器中,这将给寄存器的管理带来问题。所以,如果要将一个函数声明成__fastcall,必须保存ECX寄存器。为了避免以上的冲突,在声明为__fastcall的函数中不要有__asm块。如果用了/Gr编译选项(它全局的变成__fastcall),将每个函数声明成__cdecl或者__stdcall,这个属性告诉编译器用传统的C方法。
 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PUSH保存这些寄存器。
 如果程序中改变了用于STD和CLD的方向标志,你必须将其恢复到原来的值。

六、转跳
 可以在C里面使用goto调到__asm块中的标号处,也可以在__asm块中转跳到__asm块里面和外面的标号处。__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:
 void func()
 {
 goto C_Dest;/* 合法 */
 goto c_dest;/* 错误 */
 goto A_Dest;/* 合法 */
 goto a_dest;/* 合法 */
 __asm
 {
 JMP C_Dest; 合法
 JMP c_dest; MSDN上说合法,但是我在VS.NET中编译,认为这样不合法
 JMP A_Dest; 合法
 JMP a_dest; 合法
 a_dest: ; __asm 标号
 }
 C_Dest: /* C的标号 */
 return;
 }

 不要使用函数名称当作标号,否则将使其跳到函数执行而不是标号处。如下所示:
 ; 错误: 使用函数名作为标号
 JNE exit
 .
 .
 .
 exit:
 ; 下面是更多的ASM代码

 美元符号$ 用于指定当前位置,如下所用,常用于条件跳转:
 JNE $ +5 ; 下面这条指令的长度是5个字节
 JMP farlabel
 ;$ +5,跳到了这里
 .
 .
 .
 farlabel:

七、调用函数
 内联汇编调用C/C++函数必须自己清除堆栈,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
 //内联汇编调用C函数必须自己清除堆栈
 //用不使用的EBX寄存器清除堆栈,或ADD ESP, 12
 POP EBX
 POP EBX
 POP EBX
 }
 }
 注意:函数参数是从右向左压栈。
 不能够访问C++中的类成员函数,但是可以访问extern "C"函数。
 如果调用Windows API函数,则不需要自己清除堆栈,因为API的返回指令是RET n,会自动清除堆栈
 比如下面的例子:
 #include <windows.h>
 char szAppName[] = "API Test";
 void main()
 {
 char szHello[] = "Hello, world!";
 __asm
 {
 PUSHMB_OK OR MB_ICONINformATION
 PUSHOFFSET szAppName; 全局变量用OFFSET
 LEA EAX, szHello; 局部变量用LEA
 PUSHEAX
 PUSH0
 CALLDWORD PTR [MessageBoxA] ; 注意这里,我费了好大周折才发现不是CALL MessageBoxA
 }
 }
 一般来说,在Visual C++中使用内联汇编是为了提高速度,因此这些函数调用尽可能用C/C++写。

八、一个例子
 下面的例子是在VS.NET(即VC7)中C语言写的。先建一个工程,将下列代码放到工程中的.c文件中编译,无需作特别的设置,即可编译通过。
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 //预处理
 #include <Windows.h>
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 //全局变量
 HWND g_hWnd;
 HINSTANCE g_hInst;
 TCHAR szTemp[1024];
 TCHAR szAppName[] = "CRC32 Sample";
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 //函数声明
 DWORD GetCRC32(const BYTE *pbData, int nSize);
 int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int iCmdShow);
 LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hWnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 //主函数
 int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int iCmdShow)
 {
 MSG msg;
 WNDCLASSEX wndClassEx;
 g_hInst = hInstance;
 wndClassEx.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);
 wndClassEx.style = CS_VREDRAW | CS_HREDRAW;
 wndClassEx.lpfnWndProc = (WNDPROC) WindowProc;
 wndClassEx.cbClsExtra = 0;
 wndClassEx.cbWndExtra = 0;
 wndClassEx.hInstance = g_hInst;
 wndClassEx.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);
 wndClassEx.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
 wndClassEx.hbrBackground = (HBRUSH) (COLOR_WINDOW);
 wndClassEx.lpszMenuName = NULL;
 wndClassEx.lpszClassName = szAppName;
 wndClassEx.hIconSm = NULL;
 RegisterClassEx(&wndClassEx);
 g_hWnd = CreateWindowEx(0, szAppName, szAppName, WS_OVERLAPPED | WS_CAPTION | WS_SYSMENU | WS_THICK<I>FRame</I> | WS_MINIMIZEBOX,
 CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, 300, 70,
 NULL, NULL, g_hInst, NULL);
 ShowWindow(g_hWnd, iCmdShow);
 UpdateWindow(g_hWnd);
 while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))
 {
 TranslateMessage(&msg);
 DispatchMessage(&msg);
 }
 return ((int) msg.wParam);
 }
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 //主窗口回调函数
 LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hWnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
 {
 switch (uMsg)
 {
 case WM_CREATE:
 CreateWindowEx(WS_EX_CLIENTEDGE, "EDIT", NULL, WS_CHILD | WS_VISIBLE | WS_BORDER | ES_AUTOHSCROLL | ES_AUTOVSCROLL | ES_NOHIDESEL | WS_OVERLAPPED,
 7, 12, 220, 22,
 hWnd, (HMENU)1000, g_hInst, NULL);
 CreateWindowEx(0, "BUTTON", "&OK", WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_PUSHBUTTON | WS_OVERLAPPED | BS_FLAT,
 244, 12, 40, 20,
 hWnd, (HMENU)IDOK, g_hInst, NULL);
 break;
 case WM_COMMAND:
 switch (LOWORD(wParam))
 {
 case IDOK:
 GetDlgItemText(g_hWnd, 1000, szTemp + 100, 800);
 wsprintf(szTemp, "当前文本框内的字符串的CRC32校验码是: 0x%lX", GetCRC32(szTemp + 100, (int)strlen(szTemp + 100)));
 MessageBox(g_hWnd, szTemp, szAppName, MB_OK|MB_ICONINformATION);
 }
 break;
 case WM_DESTROY:
 PostQuitMessage(0);
 break;
 default:
 return (DefWindowProc(hWnd, uMsg, wParam, lParam));
 }
 return (0);
 }
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 //GetCRC32: 求字节流的CRC32校验码
 //参数:
 //pbData: 指向字节流缓冲区首地址
 //nSize: 字节流长度
 //
 //返回值:
 //字节流的CRC32校验码
 //
 //这里使用查表法求CRC32校验码,这部分是参考老罗的文章《 矛与盾的较量(2)——CRC原理篇》该写的。
 //原文的具体内容请参看: http://www.luocong.com/articles/show_article.asp?Article_ID=15
 //
 //下面使用内联汇编求CRC32校验码,充分使用了CPU中的寄存器,速度和方便性都是使用C/C++所不能比拟的
 //
 DWORD GetCRC32(const BYTE *pbData, int nSize)
 {
 DWORD dwCRC32Table[256];
 __asm //这片内联汇编是初始化CRC32表
 {
 MOV ECX, 256
 _NextTable:
 LEA EAX, [ECX-1]
 PUSHECX
 MOV ECX, 8
 _NextBit:
 SHR EAX, 1
 JNC _NotCarry
 XOR EAX, 0xEDB88320
 _NotCarry:
 DEC ECX
 JNZ _NextBit
 POP ECX
 MOV [dwCRC32Table + ECX*4 - 4], EAX
 DEC ECX
 JNZ _NextTable
 }
 __asm //下面是求CRC32校验码
 {
 MOV EAX, -1
 MOV EBX, pbData
 OREBX, EBX
 JZ_Done
 MOV ECX, nSize
 ORECX, ECX
 JZ_Done
 _NextByte:
 MOV DL, [EBX]
 XOR DL, AL
 MOVZX EDX, DL
 SHR EAX, 8
 XOR EAX, [dwCRC32Table + EDX*4]
 INC EBX
 LOOP_NextByte
 _Done:
 NOT EAX
 }
 }
 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


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