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关于GCC内联汇编（也可以叫内嵌汇编）的简单学习

article 2024/11/19 12:27:35

1、什么是内嵌汇编

内嵌汇编（Inline Assembly），是一种高级编程语言（C/C++）中常用的源码中直接嵌入汇编语言的技术，从而可以实现对底层硬件的直接控制或起到优化性能的作用。

1.1、内嵌汇编的特点

（1）直接控制：可以使用汇编语言直接控制CPU指令，进行更接近硬件级别的操作；

（2）性能优化：在某些关键代码中，使用汇编指令可以实现更高的执行效率，尤其是在要精细控制硬件相关资源时；

（3）与高级语言结合：允许在同一源文件中使用两种语言，实现汇编语言和高级语言的无缝融合；

1.2、使用内嵌汇编的场景

（1）性能敏感的代码

（2）需要直接控制相关硬件

（3）特定平台的优化；

1.3、使用内嵌汇编的缺点

（1）可移植性变差，因为与特定的硬件结果和编译器强相关，因此对代码移植性不友好；

（2）复杂性，通常编码中不会将汇编和高级语言写在一起，这样不太符合常规，对高级语言代码来说，会导致代码更复杂，可阅读性变差；

（3）代码调试更复杂；

2、内嵌汇编的相关写法介绍

（1）典型写法：

asm("汇编语句": 输出部分: 输入部分: 会被修改的部分);

共四个部分，其中汇编语句必不可少，其他三部分可选，如果使用了后面的部分，而前面部分为空，也需要用“:”格开，相应部分内容为空。

（2）常用写法

__asm__ __volatile__(" %0 = UTIMER " : "=r"(ret));

这行代码实际是GCC内联汇编的标准写法，（）内是对应具体的汇编操作；

__asm__是GCC关键字asm的宏定义；#define __asm__ asm；

__asm__或asm用来声明一个内联汇编表达式，所以任何一个内联汇编表达式都是以它开头的，是必不可少的。

典型应用示例：

__asm__ __volatile__ ("Instruction List");

（3）内联汇编中%0，=r 是什么？

“%0”代表指令的操作数，称为占位符，内联汇编靠它们将C语言表达式与指令操作数相对应；

“ret”前面的限制字符串是“=r”，其中“=”表示“ret”是输出操作数，“r”表示需要将“ret”与某个通用寄存器相关联，先将操作数的值读入寄存器，然后在指令中使用相应寄存器，而不是“ret”本身，
当然指令执行完后需要将通用寄存器中的值存入变量“ret”，从表面上看好像是指令直接对“ret”进行操作，实际上GCC做了隐式处理；

所以下面这个内嵌汇编实现的操作如下：

CPU首先获取UTIMER的返回值，然后将此值存放到CPU的通用寄存器中，最后再将值从通用寄存器中取出并放到ret对应的地址中；

__asm__ __volatile__(" %0 = UTIMER " : "=r"(ret));

3、C语言中内嵌汇编代码示例

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 2, b = 4, result;

    // 使用内嵌汇编进行加法
    asm ("addl %%ebx, %%eax;"
         : "=a" (result)  // 输出
         : "a" (a), "b" (b) // 输入
    );

    printf("Result: %d\n", result);
    return 0;
}

在这个示例中，asm关键字用于插入汇编代码，addl 指令用于将 b 加到 a 上，结果存储在 result 中。