GCC 內聯彙編語法完整指南

GCC 內聯彙編語法完整指南

GCC 支援在 C 代碼中嵌入彙編指令，適用於：硬體端口訪問（in/out）、特權指令、極致優化、裸機開發。本文詳解基本格式、完整約束語法、輸入輸出操作數綁定、寄存器保護列表。

最簡單格式

__asm__("nop");                    // 單條指令
__asm__("movl $1, %eax\n\t"       // 多條指令用 \n\t 分隔
        "movl $4, %ebx\n\t"
        "int $0x80");

完整約束語法（四部曲）

__asm__( assembler_template
       : output_operands   /* 可選 */
       : input_operands    /* 可選 */
       : clobbered_regs    /* 可選 */
       );

• assembler_template：彙編指令模板，操作數用 %0, %1… 佔位，對應輸出/輸入列表順序。
• output_operands："=r" (var)，= 表示寫入，r 表示通用寄存器約束，var 為 C 左值表達式。
• input_operands："r" (expr)，r 表示讀取，expr 為 C 表達式。
• clobbered_regs："cc", "memory", "%eax"，告知編譯器哪些寄存器/狀態旗標/內存被修改，編譯器避開分配或重新加載。

實例：原子交換（x86 xchg）

static inline int atomic_xchg(volatile int *ptr, int newval) {
    int result;
    __asm__ __volatile__(
        "xchgl %0, %1"
        : "=r" (result), "+m" (*ptr)
        : "0" (newval)
        : "memory"
    );
    return result;
}

• __volatile__ 防止編譯器優化調整順序/刪除。
• "+m" (*ptr)：輸出輸入同用一個操作數（讀修寫），m 表示內存操作數。
• "0" (newval)：輸入操作數綁定到輸出操作數 0 的寄存器（%0）。
• "memory"：告知編譯器內存被修改，禁止重排內存訪問。

常用約束字母

修飾符

• =：純輸出（寫入前值無關）。
• +：輸入輸出（讀取舊值，寫入新值）。
• &：早期剋制（該操作數在指令前被寫入，防止與其他輸入共用寄存器）。

x86 端口 I/O 範例

static inline unsigned char inb(unsigned short port) {
    unsigned char data;
    __asm__ __volatile__("inb %w1, %0" : "=a" (data) : "Nd" (port) : "memory");
    return data;
}
static inline void outb(unsigned short port, unsigned char data) {
    __asm__ __volatile__("outb %0, %w1" : : "a" (data), "Nd" (port) : "memory");
}

%w1 表示操作數 1 的字大小（16 位端口號），Nd 約束允許立即數或 dx 寄存器。

注意事項

1. 內聯彙編破壞可移植性，僅在必要時使用。
2. 寄存器分配完全由編譯器決定，不要假設具體寄存器（除非用显式約束 "a" 等）。
3. clobber 列表務必完整，否則編譯器可能誤以為寄存器值未變，導致難以調試的錯誤。
4. 大塊彙編建議寫獨立 .S 文件，用 extern 調用，保持 C 代碼整潔。