Actually spell "Sandy Bridge" correctly
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob9edc3f359faf9123fc5fbdf807b13345d89c34f2
1 \#
2 \# Source code to NASM documentation
3 \#
4 \M{category}{Programming}
5 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
6 \M{year}{2007}
7 \M{author}{The NASM Development Team}
8 \M{license}{All rights reserved. This document is redistributable under the license given in the file "COPYING" distributed in the NASM archive.}
9 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
10 \M{infoname}{NASM}
11 \M{infofile}{nasm}
12 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
13 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
14 \IR{-D} \c{-D} option
15 \IR{-E} \c{-E} option
16 \IR{-F} \c{-F} option
17 \IR{-I} \c{-I} option
18 \IR{-M} \c{-M} option
19 \IR{-MG} \c{-MG} option
20 \IR{-On} \c{-On} option
21 \IR{-P} \c{-P} option
22 \IR{-U} \c{-U} option
23 \IR{-X} \c{-X} option
24 \IR{-a} \c{-a} option
25 \IR{-d} \c{-d} option
26 \IR{-e} \c{-e} option
27 \IR{-f} \c{-f} option
28 \IR{-g} \c{-g} option
29 \IR{-i} \c{-i} option
30 \IR{-l} \c{-l} option
31 \IR{-o} \c{-o} option
32 \IR{-p} \c{-p} option
33 \IR{-s} \c{-s} option
34 \IR{-u} \c{-u} option
35 \IR{-v} \c{-v} option
36 \IR{-w} \c{-w} option
37 \IR{-y} \c{-y} option
38 \IR{-Z} \c{-Z} option
39 \IR{!=} \c{!=} operator
40 \IR{$, here} \c{$}, Here token
41 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
42 \IR{$$} \c{$$} token
43 \IR{%} \c{%} operator
44 \IR{%%} \c{%%} operator
45 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
46 \IA{%-1}{%+1}
47 \IR{%0} \c{%0} parameter count
48 \IR{&} \c{&} operator
49 \IR{&&} \c{&&} operator
50 \IR{*} \c{*} operator
51 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
52 \IR{/} \c{/} operator
53 \IR{//} \c{//} operator
54 \IR{<} \c{<} operator
55 \IR{<<} \c{<<} operator
56 \IR{<=} \c{<=} operator
57 \IR{<>} \c{<>} operator
58 \IR{=} \c{=} operator
59 \IR{==} \c{==} operator
60 \IR{>} \c{>} operator
61 \IR{>=} \c{>=} operator
62 \IR{>>} \c{>>} operator
63 \IR{?} \c{?} MASM syntax
64 \IR{^} \c{^} operator
65 \IR{^^} \c{^^} operator
66 \IR{|} \c{|} operator
67 \IR{||} \c{||} operator
68 \IR{~} \c{~} operator
69 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
70 \IA{%$$}{%$}
71 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
72 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
73 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
74 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
75 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
76 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
77 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
78 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
79 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
80 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
81 variables
82 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
83 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
84 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
85 \IR{autoconf} Autoconf
86 \IR{bin} bin
87 \IR{bitwise and} bitwise AND
88 \IR{bitwise or} bitwise OR
89 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
90 \IR{block ifs} block IFs
91 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
92 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
93 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
94 \IR{bsd} BSD
95 \IR{c calling convention} C calling convention
96 \IR{c symbol names} C symbol names
97 \IA{critical expressions}{critical expression}
98 \IA{command line}{command-line}
99 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
100 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
101 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
102 \IA{character constants}{character constant}
103 \IR{common object file format} Common Object File Format
104 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
105 in \c{elf}
106 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
107 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
108 \IR{declaring structure} declaring structures
109 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
110 \IR{devpac} DevPac
111 \IR{djgpp} DJGPP
112 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
113 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
114 \IR{dos} DOS
115 \IR{dos archive} DOS archive
116 \IR{dos source archive} DOS source archive
117 \IA{effective address}{effective addresses}
118 \IA{effective-address}{effective addresses}
119 \IR{elf} ELF
120 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
121 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
122 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
123 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
124 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
125 \IR{freebsd} FreeBSD
126 \IR{freelink} FreeLink
127 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
128 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
129 convention
130 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
131 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
132 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
133 \IR{got} GOT
134 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
135 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
136 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
137 \IR{intel number formats} Intel number formats
138 \IR{linux, elf} Linux, ELF
139 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
140 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
141 \IR{logical and} logical AND
142 \IR{logical or} logical OR
143 \IR{logical xor} logical XOR
144 \IR{masm} MASM
145 \IA{memory reference}{memory references}
146 \IR{minix} Minix
147 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
148 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
149 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
150 \IR{mmx registers} MMX registers
151 \IA{modr/m}{modr/m byte}
152 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
153 \IR{ms-dos} MS-DOS
154 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
155 \IR{multipush} \c{multipush} macro
156 \IR{nan} NaN
157 \IR{nasm version} NASM version
158 \IR{netbsd} NetBSD
159 \IR{omf} OMF
160 \IR{openbsd} OpenBSD
161 \IR{operating system} operating system
162 \IR{os/2} OS/2
163 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
164 \IR{passes} passes, assembly
165 \IR{perl} Perl
166 \IR{pic} PIC
167 \IR{pharlap} PharLap
168 \IR{plt} PLT
169 \IR{plt} \c{PLT} relocations
170 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
171 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
172 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
173 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
174 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
175 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
176 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
177 Object File Format
178 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
179 \IA{repeating}{repeating code}
180 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
181 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
182 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
183 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
184 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
185 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
186 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
187 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
188 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
189 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
190 \IR{shift command} \c{shift} command
191 \IA{sib}{sib byte}
192 \IR{sib byte} SIB byte
193 \IR{solaris x86} Solaris x86
194 \IA{standard section names}{standardized section names}
195 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
196 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
197 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
198 \IR{tlink} \c{TLINK}
199 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
200 \IR{unix} Unix
201 \IA{sco unix}{unix, sco}
202 \IR{unix, sco} Unix, SCO
203 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
204 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
205 \IA{unix system v}{unix, system v}
206 \IR{unix, system v} Unix, System V
207 \IR{unixware} UnixWare
208 \IR{val} VAL
209 \IR{version number of nasm} version number of NASM
210 \IR{visual c++} Visual C++
211 \IR{www page} WWW page
212 \IR{win32} Win32
213 \IR{win32} Win64
214 \IR{windows} Windows
215 \IR{windows 95} Windows 95
216 \IR{windows nt} Windows NT
217 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
218 \# \IC{program entry point}{start point, program}
219 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
220 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
221 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
224 \C{intro} Introduction
226 \H{whatsnew} Documentation Changes for Version 2.00
228 \S{p64Bit} 64-Bit Support
230 \b Writing 64-bit Code \k{64bit}
232 \b elf32 and elf64 output formats \k{elffmt}
234 \b win64 output format \k{win64fmt}
236 \b Numeric constants in DQ directive \k{db}
238 \b oword, do and reso \k{db}
240 \b Stack Relative Preprocessor Directives \k{stackrel}
242 \S{fpenhance} Floating Point Enhancements
244 \b 8-, 16- and 128-bit floating-point format \k{fltconst}
246 \b Floating-point option control \k{FLOAT}
248 \b Infinity and NaN \k{fltconst}
250 \S{elfenhance} ELF Enhancements
252 \b Symbol Visibility \k{elfglob}
254 \b Setting OSABI value in ELF header \k{abisect}
256 \b Debug Formats \k{elfdbg}
258 \S{cmdenhance} Command Line Options
260 \b Generate Makefile Dependencies \k{opt-MG}
262 \b Send Errors to a File \k{opt-Z}
264 \b Unlimited Optimization Passes \k{opt-On}
266 \S{oenhance} Other Enhancements
268 \b %IFN and %ELIFN \k{condasm}
270 \b Logical Negation Operator \c{!} \k{expmul}
272 \b Current BITS Mode \k{bitsm}
274 \b Use of \c{%+} \k{concat%+}
276 \H{whatsnasm} What Is NASM?
278 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed for
279 portability and modularity. It supports a range of object file
280 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF}, \c{Mach-O},
281 Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will also output plain
282 binary files. Its syntax is designed to be simple and easy to understand, similar
283 to Intel's but less complex. It supports from the upto and including \c{Pentium},
284 \c{P6}, \c{MMX}, \c{3DNow!}, \c{SSE}, \c{SSE2}, \c{SSE3} and \c{x64} opcodes. NASM has
285 a strong support for macro conventions.
288 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
290 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
291 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
292 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
293 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
295 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
296 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
298 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
299 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
300 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
301 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
302 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
303 it (properly.)
305 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
306 doesn't seem to have much (or any) documentation.
308 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
309 DOS.
311 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
312 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
313 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
314 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
315 It's expensive too. And it's DOS-only.
317 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
318 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
319 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
320 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
321 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
322 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
323 Again.
326 \S{legal} License Conditions
328 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
329 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
330 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
331 Public License, LGPL.
334 \H{contact} Contact Information
336 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
337 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
338 (see below for the link).
339 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
341 NASM has a \i{WWW page} at
342 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
343 not there, google for us!
346 The original authors are \i{e\-mail}able as
347 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
348 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
349 The latter is no longer involved in the development team.
351 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
352 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
353 and to
354 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
356 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
358 Announcements are posted to
359 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
360 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
361 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
363 If you want information about NASM beta releases, and the current
364 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
365 by registering at
366 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
369 \H{install} Installation
371 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
373 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
374 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
375 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
376 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
378 The archive will contain a set of executable files: the NASM
379 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
380 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
381 RDOFF file format.
383 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
384 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
385 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
386 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
387 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
388 under other versions of Windows as well.)
390 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
391 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
392 so you can delete it if you need to save space; however, you may
393 want to keep the documentation or test programs.
395 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
396 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
397 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
398 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
399 the source archive.
401 Note that a number of files are generated from other files by Perl
402 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
403 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
404 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
405 documentation. It is possible future source distributions may not
406 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
407 platforms, including DOS and Windows, are available from
408 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
411 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
413 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
414 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
415 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
416 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
417 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
419 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
420 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
421 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
422 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
423 accordingly.
425 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
426 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
427 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
428 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
429 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
430 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
431 install the programs yourself.
433 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
434 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
435 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
436 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
439 \C{running} Running NASM
441 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
443 To assemble a file, you issue a command of the form
445 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
447 For example,
449 \c nasm -f elf myfile.asm
451 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
453 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
455 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
457 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
458 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
459 to give a listing file name, for example:
461 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
463 To get further usage instructions from NASM, try typing
465 \c nasm -h
467 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
468 are.
470 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
471 or \c{ELF}, type
473 \c file nasm
475 (in the directory in which you put the NASM binary when you
476 installed it). If it says something like
478 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
480 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
481 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
483 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
485 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
486 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
487 and are rare these days.)
489 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
490 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
491 messages.
494 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
496 NASM will normally choose the name of your output file for you;
497 precisely how it does this is dependent on the object file format.
498 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
499 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
500 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
501 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
502 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
503 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
504 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
505 the output file \c{myfile}.
507 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
508 has the same name as the input file, in which case it will give a
509 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
511 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
512 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
513 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
514 with the name you wish for the output file, either with or without
515 an intervening space. For example:
517 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
518 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
520 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
521 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
524 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
526 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
527 output file format for you itself. In the distribution versions of
528 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
529 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
530 choose what you want the default to be.
532 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
533 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
535 A complete list of the available output file formats can be given by
536 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
539 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
541 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
542 optional space) by a file name, NASM will generate a
543 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
544 code are listed on the left, and the actual source code, with
545 expansions of multi-line macros (except those which specifically
546 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
547 right. For example:
549 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
551 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
552 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
553 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
554 form" (without the brackets). This can be used to list only 
555 sections of interest, avoiding excessively long listings.
558 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
560 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
561 This can be redirected to a file for further processing. For example:
563 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
566 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
568 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
569 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
570 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
571 dependency list without a prefix.
574 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
576 This option is used to select the format of the debug information emitted 
577 into the output file, to be used by a debugger (or \e{will} be). Use
578 of this switch does \e{not} enable output of the selected debug info format.
579 Use \c{-g}, see \k{opt-g}, to enable output.
581 A complete list of the available debug file formats for an output format
582 can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format> -y}. (As of 2.00,
583 only "-f elf32", "-f elf64", "-f ieee", and "-f obj" provide debug information.) 
584 See \k{opt-y}.
586 This should not be confused with the "-f dbg" output format option which 
587 is not built into NASM by default. For information on how
588 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}
591 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
593 This option can be used to generate debugging information in the specified
594 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
595 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
596 If no debug information is currently implemented in the selected output 
597 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
600 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
602 This option can be used to select an error reporting format for any 
603 error messages that might be produced by NASM.
605 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
606 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
607 the default and looks like this:
609 \c filename.asm:65: error: specific error message 
611 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
612 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
613 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
614 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
615 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
617 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
618 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
620 \c filename.asm(65) : error: specific error message
622 where the only difference is that the line number is in parentheses
623 instead of being delimited by colons.  
625 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
627 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
629 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
630 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
631 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
632 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
633 example) you want to load them into an editor.
635 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
636 which causes errors to be sent to the specified files rather than
637 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
638 the errors into a file by typing
640 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
642 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
643 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
644 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
646 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
648 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
649 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
650 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
651 program, you can type:
653 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
655 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
658 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
660 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{incbin} directive in 
661 a source file (see \k{include} or \k{incbin}), 
662 it will search for the given file not only in the
663 current directory, but also in any directories specified on the
664 command line by the use of the \c{-i} option. Therefore you can
665 include files from a \i{macro library}, for example, by typing
667 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
669 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
670 optional).
672 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
673 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
674 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
675 prepended exactly as written to the name of the include file.
676 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
677 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
679 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
680 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
681 to search for the file \c{foobar.i}...)
683 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
684 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
685 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
686 \k{nasmenv}).
688 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
689 be specified as \c{-I}.
692 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
694 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
695 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
696 option. So running
698 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
700 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
701 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
703 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
704 option can also be specified as \c{-P}.
707 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
709 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
710 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
711 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
712 could code
714 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
716 as an alternative to placing the directive
718 \c %define FOO 100
720 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
721 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
722 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
723 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
724 \c{-dDEBUG}.
726 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
727 be specified as \c{-D}.
730 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
732 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
733 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
734 option specified earlier on the command lines.
736 For example, the following command line:
738 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
740 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
741 program. This is useful to override options specified at a different
742 point in a Makefile.
744 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
745 be specified as \c{-U}.
748 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
750 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
751 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
752 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
753 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
754 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
755 if the \c{-o} option is also used).
757 This option cannot be applied to programs which require the
758 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
759 which depend on the values of symbols: so code such as
761 \c %assign tablesize ($-tablestart)
763 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
765 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
766 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
767 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
769 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
771 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
772 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
773 completely and assume the compiler has already done it, to save time
774 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
775 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
776 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
779 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
781 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
782 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
783 optimally, you have to enable extra passes.
785 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
786 The syntax is:
788 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
789         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
790         Immediate operands take their long forms if a short form is
791         not specified.
793 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
794         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
795         -O0, but will produce successful assembly more often if
796         branch offset sizes are not specified.
797         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
798         are optimized, unless the long form is specified.
800 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
801         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
802         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
803         The number specifies the maximum number of passes.  The more
804         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
806 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
807         to do unlimited passes.
809 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
810 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
813 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
815 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
816 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
818 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
820 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
821 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
822 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
823 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
824 Note that you lose the ability to override the default address type for
825 the instruction.
827 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
828 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
829 \c{include}, \c{local})
831 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
833 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
834 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
835 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
836 conditions are reported like errors, but come up with the word
837 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
838 generating an output file and returning a success status to the
839 operating system.
841 Some conditions are even less severe than that: they are only
842 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
843 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
844 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
845 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
846 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
847 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
849 The \i{suppressible warning} classes are:
851 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
852 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
853 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
854 you might want to disable it.
856 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
857 warning class is enabled by default.
859 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
860 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
861 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
862 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
864 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
865 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
866 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
867 enabled by default.
869 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
870 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
871 This warning class is enabled by default.
873 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
874 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
875 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
876 brackets) exists. 
879 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
881 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
882 and the date on which it was compiled.
884 You will need the version number if you report a bug.
886 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
888 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
889 debug info formats for the given output format. The default format 
890 is indicated by an asterisk. For example:
892 \c nasm -f elf -y
894 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
895 \c   ('*' denotes default):
896 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
897 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
900 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
902 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
903 (respectively) the given argument to all \c{global} or
904 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
905 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
906 (but not always) likes it.
909 \S{nasmenv} The \c{NASMENV} \i{Environment} Variable
911 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
912 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
913 processed before the real command line. You can use this to define
914 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
915 options in the \c{NASMENV} variable.
917 The value of the variable is split up at white space, so that the
918 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
919 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
920 what you might want, because it will be split at the space and the
921 NASM command-line processing will get confused by the two
922 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
924 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
925 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
926 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
927 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
928 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
929 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
931 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
932 changed with version 0.98.31.
935 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
937 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
938 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
939 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
940 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
941 skipping this section.
944 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
946 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
947 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
948 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
949 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
950 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
951 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
952 will distinguish between labels differing only in case.
955 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
957 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
958 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
959 practical, for the user to look at a single line of NASM code
960 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
961 if you declare, for example,
963 \c foo     equ     1
964 \c bar     dw      2
966 then the two lines of code
968 \c         mov     ax,foo
969 \c         mov     ax,bar
971 generate completely different opcodes, despite having
972 identical-looking syntaxes.
974 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
975 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
976 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
977 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
978 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
979 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
980 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
981 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
983 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
984 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
985 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
986 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
987 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
988 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
990 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
991 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
992 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
993 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
994 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
995 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
996 \e{everything} is a label.
998 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
999 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1000 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1001 portion outside square brackets and another portion inside. The
1002 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1003 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1006 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1008 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1009 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1010 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1011 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1012 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1013 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1014 \c{mov word [var],2}.
1016 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1017 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1018 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1019 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1020 the strings being manipulated.
1023 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1025 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1026 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1027 choose to put in your segment registers, and will never
1028 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1031 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1033 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1034 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1035 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1036 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1037 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1038 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1039 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1040 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1041 track of which external variable definitions are far and which are
1042 near.
1045 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1047 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1048 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1049 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1050 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1052 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1053 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1054 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1055 on a misunderstanding by the authors.
1058 \S{qsother} Other Differences
1060 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1061 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1063 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1064 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1065 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1066 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1067 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1068 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1069 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1071 In addition to all of this, macros and directives work completely
1072 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1073 details.
1076 \C{lang} The NASM Language
1078 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1080 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1081 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1082 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1084 \c label:    instruction operands        ; comment
1086 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1087 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1088 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1089 presence and nature of the instruction field.
1091 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1092 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1093 backslash-ended line.
1095 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1096 have white space before them, or instructions may have no space
1097 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1098 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1099 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1100 valid source line which does nothing but define a label. Running
1101 NASM with the command-line option
1102 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1103 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1105 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1106 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1107 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1108 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1109 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1110 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1111 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1112 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1113 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1114 an identifier is 4095 characters.
1116 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1117 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1118 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1119 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1120 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1121 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1122 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1123 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1124 override}segment register as an instruction prefix: coding
1125 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1126 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1127 syntactic features of the language, but for instructions such as
1128 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1129 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1130 \c{es lodsb}.
1132 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1133 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1134 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1136 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1137 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1139 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1140 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1141 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1142 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1143 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1144 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1146 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1147 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1148 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1149 \# Details of
1150 \# all forms of each supported instruction are given in
1151 \# \k{iref}.
1152 For example, you can code:
1154 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1155 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1157 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1158 \c         fadd    to st1          ; so does this
1160 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1161 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1162 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1165 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1167 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1168 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1169 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1170 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT} and \i\c{DO};
1171 their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1172 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST} and \i\c{RESO}; the \i\c{INCBIN}
1173 command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES} prefix.
1176 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1178 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT} and \i\c{DO} are
1179 used, much as in MASM, to declare initialized data in the output
1180 file. They can be invoked in a wide range of ways:
1181 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1183 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1184 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1185 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1186 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1187 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1188 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1189 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1190 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1191 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1192 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1193 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1194 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1195 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1197 \c{DT} and \c{DO} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1200 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1202 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST} and
1203 \i\c{RESO} are designed to be used in the BSS section of a module:
1204 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1205 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1206 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1207 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1208 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1209 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1210 expression}: see \k{crit}.
1212 For example:
1214 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1215 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1216 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1219 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1221 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1222 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1223 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1224 directly into a game executable file. It can be called in one of
1225 these three ways:
1227 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1228 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1229 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1230 \c                                    ; actually include at most 512
1233 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1235 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1236 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1237 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1238 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1239 example,
1241 \c message         db      'hello, world'
1242 \c msglen          equ     $-message
1244 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1245 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1246 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1247 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1248 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1249 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1250 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1251 (\k{crit}).
1254 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1256 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1257 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1258 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1259 code
1261 \c zerobuf:        times 64 db 0
1263 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1264 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1265 \e{expression}, so you can do things like
1267 \c buffer: db      'hello, world'
1268 \c         times 64-$+buffer db ' '
1270 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1271 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1272 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1274 \c         times 100 movsb
1276 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1277 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1278 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1280 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1281 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1283 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1284 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1285 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1286 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1287 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1290 \H{effaddr} Effective Addresses
1292 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1293 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1294 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1295 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1296 example:
1298 \c wordvar dw      123
1299 \c         mov     ax,[wordvar]
1300 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1301 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1303 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1304 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1306 More complicated effective addresses, such as those involving more
1307 than one register, work in exactly the same way:
1309 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1310 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1312 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1313 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1314 all right:
1316 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1317 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1319 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1320 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1321 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1322 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1323 generate the latter on the grounds that the former requires four
1324 bytes to store a zero offset.
1326 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1327 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1328 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1329 default segment registers.
1331 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1332 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1333 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1334 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1335 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1336 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1337 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1338 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1339 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1340 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1341 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1343 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1344 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1345 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1346 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1347 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1348 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1349 the offset to be lost.
1351 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1352 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1353 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1354 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1355 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1356 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1358 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1359 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1360 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1361 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1364 \H{const} \i{Constants}
1366 NASM understands four different types of constant: numeric,
1367 character, string and floating-point.
1370 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1372 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1373 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1374 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1375 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1376 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1377 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1378 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1379 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1381 Some examples:
1383 \c         mov     ax,100          ; decimal
1384 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1385 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1386 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1387 \c         mov     ax,777q         ; octal
1388 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1389 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1392 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1394 A character constant consists of up to four characters enclosed in
1395 either single or double quotes. The type of quote makes no
1396 difference to NASM, except of course that surrounding the constant
1397 with single quotes allows double quotes to appear within it and vice
1398 versa.
1400 A character constant with more than one character will be arranged
1401 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1403 \c           mov eax,'abcd'
1405 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1406 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1407 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1408 the sense of character constants understood by the Pentium's
1409 \i\c{CPUID} instruction.
1410 \# (see \k{insCPUID})
1413 \S{strconst} String Constants
1415 String constants are only acceptable to some pseudo-instructions,
1416 namely the \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\i\c{DB} family and
1417 \i\c{INCBIN}.
1419 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1420 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1421 for the conditions. So the following are equivalent:
1423 \c       db    'hello'               ; string constant
1424 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1426 And the following are also equivalent:
1428 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1429 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1430 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1432 Note that when used as an operand to \c{db}, a constant like
1433 \c{'ab'} is treated as a string constant despite being short enough
1434 to be a character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have
1435 the same effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly,
1436 three-character or four-character constants are treated as strings
1437 when they are operands to \c{dw}.
1440 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1442 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1443 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1444 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1445 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1446 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1447 \i\c{__float128h__}.
1449 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1450 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1451 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1452 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1453 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1454 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1455 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1456 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1457 notation.
1459 Some examples:
1461 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1462 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1463 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1464 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1465 \c       dq    1.e10                   ; 10,000,000,000
1466 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1467 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1468 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1469 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1471 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1472 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1473 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1474 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1475 called a "\i{minifloat}."
1477 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1478 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1479 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1480 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1481 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1482 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1483 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1484 floating-point number, respectively.
1486 For example:
1488 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1490 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1491 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1493 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1495 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1496 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1497 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1498 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1499 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1500 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1501 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1502 of floating-point routines, which would significantly increase the
1503 size of the assembler for very little benefit.
1505 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1506 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1507 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1508 respectively.  These are normally used as macros:
1510 \c %define Inf __Infinity__
1511 \c %define NaN __QNaN__
1513 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1515 \H{expr} \i{Expressions}
1517 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1518 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1519 appropriate size.
1521 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1522 calculations to involve the current assembly position: the
1523 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1524 position at the beginning of the line containing the expression; so
1525 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1526 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1527 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1529 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1530 increasing order of \i{precedence}.
1533 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1535 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1536 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1537 arithmetic operator supported by NASM.
1540 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1542 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1545 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1547 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1550 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1552 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1553 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1554 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1555 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1556 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1559 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1560 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1562 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1563 subtraction.
1566 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1567 \i{Multiplication} and \i{Division}
1569 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1570 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1571 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1572 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1573 \i{signed modulo} operators respectively.
1575 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1576 operation of the signed modulo operator.
1578 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1579 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1580 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1583 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1584 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1586 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1587 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1588 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1589 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1590 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1591 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1594 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1596 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1597 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1598 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1599 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1601 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1602 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1603 the symbol makes sense. So the code
1605 \c         mov     ax,seg symbol
1606 \c         mov     es,ax
1607 \c         mov     bx,symbol
1609 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1611 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1612 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1613 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1614 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1615 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1617 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1618 \c         mov     es,ax
1619 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1621 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1622 pointer to the symbol \c{symbol}.
1624 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1625 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1626 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1627 could code either of
1629 \c         call    (seg procedure):procedure
1630 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1632 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1633 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1634 practice.)
1636 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1637 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1638 to \c{CALL} in these examples.
1640 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1641 must code
1643 \c         dw      symbol, seg symbol
1645 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1646 invent one using the macro processor.
1649 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1651 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1652 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1653 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD} or \c{OWORD}), but will give them the
1654 smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be used to inhibit
1655 optimization and force a particular operand to be emitted in the
1656 specified size. For example, with the optimizer on, and in \c{BITS 16}
1657 mode,
1659 \c         push dword 33
1661 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1663 \c         push strict dword 33
1665 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1666 21 00 00 00}.
1668 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1669 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1672 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1674 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1675 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1676 called \e{Critical Expressions}.
1678 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1679 code and data, so that the second pass, when generating all the
1680 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1681 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1682 symbol declared after the code in question. For example,
1684 \c         times (label-$) db 0
1685 \c label:  db      'Where am I?'
1687 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1688 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1689 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1690 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1691 code
1693 \c         times (label-$+1) db 0
1694 \c label:  db      'NOW where am I?'
1696 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1697 wrong!
1699 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1700 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1701 value is required to be computable in the first pass, and which must
1702 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1703 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1704 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1705 also critical expressions.
1707 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1708 the following code.
1710 \c                 mov     ax,symbol1
1711 \c symbol1         equ     symbol2
1712 \c symbol2:
1714 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1715 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1716 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1717 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1718 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1719 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1720 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1722 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1723 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1724 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1726 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1727 this code fragment.
1729 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1730 \c offset  equ     10
1732 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1733 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1734 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1735 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1736 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1737 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1738 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1739 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1740 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1741 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1742 generated in this case is not as small as it could have been. This
1743 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1744 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1745 ebx+offset]}.
1747 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1748 no longer true (see \k{opt-On}).
1750 \H{locallab} \i{Local Labels}
1752 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1753 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1754 label, which means that it is associated with the previous non-local
1755 label. So, for example:
1757 \c label1  ; some code
1759 \c .loop
1760 \c         ; some more code
1762 \c         jne     .loop
1763 \c         ret
1765 \c label2  ; some code
1767 \c .loop
1768 \c         ; some more code
1770 \c         jne     .loop
1771 \c         ret
1773 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1774 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1775 are kept separate by virtue of each being associated with the
1776 previous non-local label.
1778 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1779 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1780 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1781 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1782 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1783 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1784 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1785 to, you could write
1787 \c label3  ; some more code
1788 \c         ; and some more
1790 \c         jmp label1.loop
1792 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1793 define a label which can be referenced from anywhere but which
1794 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1795 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1796 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1797 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1798 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1799 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1800 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1801 to the local label mechanism. So you could code
1803 \c label1:                         ; a non-local label
1804 \c .local:                         ; this is really label1.local
1805 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1806 \c label2:                         ; another non-local label
1807 \c .local:                         ; this is really label2.local
1809 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1811 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1812 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1813 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1816 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1818 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1819 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1820 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1821 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1822 sign.
1824 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1825 character into a single line.  Thus:
1827 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1828 \c         THIS_VALUE
1830 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1831 sequence.
1833 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1835 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1837 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1838 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1839 things like
1841 \c %define ctrl    0x1F &
1842 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1844 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1846 which will expand to
1848 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1850 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1851 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1852 not at definition time. Thus the code
1854 \c %define a(x)    1+b(x)
1855 \c %define b(x)    2*x
1857 \c         mov     ax,a(8)
1859 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1860 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1862 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1863 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1864 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1865 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1866 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1867 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1868 \c{bar}.
1870 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1871 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1872 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1873 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1874 Hence, if you code
1876 \c %define a(x)    1+a(x)
1878 \c         mov     ax,a(3)
1880 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1881 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1882 for an example of its use.
1884 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1885 macros: if you write
1887 \c %define foo(x)   1+x
1888 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1890 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1891 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1892 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1893 you define
1895 \c %define foo bar
1897 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1898 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1899 \e{with} parameters, and vice versa.
1901 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1902 perfectly well define a macro with
1904 \c %define foo bar
1906 and then re-define it later in the same source file with
1908 \c %define foo baz
1910 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1911 according to the most recent definition. This is particularly useful
1912 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1914 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1915 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1918 \S{xdefine} Enhancing %define: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1920 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1921 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1922 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1923 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1924 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
1926 Suppose you have the following code:
1928 \c %define  isTrue  1
1929 \c %define  isFalse isTrue
1930 \c %define  isTrue  0
1932 \c val1:    db      isFalse
1934 \c %define  isTrue  1
1936 \c val2:    db      isFalse
1938 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1939 This is because, when a single-line macro is defined using
1940 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1941 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
1942 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
1943 time it is 1.
1945 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
1946 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
1947 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
1949 \c %xdefine isTrue  1
1950 \c %xdefine isFalse isTrue
1951 \c %xdefine isTrue  0
1953 \c val1:    db      isFalse
1955 \c %xdefine isTrue  1
1957 \c val2:    db      isFalse
1959 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
1960 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
1961 the time that \c{isFalse} was defined.
1964 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
1966 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
1967 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
1968 several similar macros that perform similar functions.
1970 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
1971 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
1973 As an example, consider the following:
1975 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
1977 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
1978 \c         .COM1addr       RESW    1
1979 \c         .COM2addr       RESW    1
1980 \c         ; ..and so on
1981 \c endstruc
1983 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
1984 we can end up with:
1986 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
1987 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
1989 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
1990 can be reduced in size significantly by using the following macro:
1992 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
1994 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
1996 Now the above code can be written as:
1998 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
1999 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2001 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2002 in turn, reduce typing errors).
2005 \S{undef} Undefining macros: \i\c{%undef}
2007 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2008 example, the following sequence:
2010 \c %define foo bar
2011 \c %undef  foo
2013 \c         mov     eax, foo
2015 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2016 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2018 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2019 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2020 \k{opt-u}.
2023 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2025 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2026 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2027 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2028 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2030 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2031 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2032 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2033 \c{%assign} directive is processed.
2035 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2036 later, so you can do things like
2038 \c %assign i i+1
2040 to increment the numeric value of a macro.
2042 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2043 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2044 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2046 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2047 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2048 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2049 involving a register).
2052 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2054 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2055 supports two simple string handling macro operators from which
2056 more complex operations can be constructed.
2059 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2061 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2062 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2063 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2064 example of the use of this would be:
2066 \c %strlen charcnt 'my string'
2068 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2069 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2070 was a literal string but it could also have been a single-line
2071 macro that expands to a string, as in the following example:
2073 \c %define sometext 'my string'
2074 \c %strlen charcnt sometext
2076 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2077 assigned the value of 9.
2080 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2082 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2083 An example of its use is probably more useful than the description:
2085 \c %substr mychar  'xyz' 1         ; equivalent to %define mychar 'x'
2086 \c %substr mychar  'xyz' 2         ; equivalent to %define mychar 'y'
2087 \c %substr mychar  'xyz' 3         ; equivalent to %define mychar 'z'
2089 In this example, mychar gets the value of 'y'. As with \c{%strlen}
2090 (see \k{strlen}), the first parameter is the single-line macro to
2091 be created and the second is the string. The third parameter
2092 specifies which character is to be selected. Note that the first
2093 index is 1, not 0 and the last index is equal to the value that
2094 \c{%strlen} would assign given the same string. Index values out
2095 of range result in an empty string.
2098 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2100 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2101 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2102 this.
2104 \c %macro  prologue 1
2106 \c         push    ebp
2107 \c         mov     ebp,esp
2108 \c         sub     esp,%1
2110 \c %endmacro
2112 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2113 invoke the macro with a call such as
2115 \c myfunc:   prologue 12
2117 which would expand to the three lines of code
2119 \c myfunc: push    ebp
2120 \c         mov     ebp,esp
2121 \c         sub     esp,12
2123 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2124 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2125 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2126 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2127 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2128 \c{%3} and so on.
2130 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2131 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2133 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2134 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2135 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2136 things like
2138 \c %macro  silly 2
2140 \c     %2: db      %1
2142 \c %endmacro
2144 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2145 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2146 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2149 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2151 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2152 defining the same macro name several times with different numbers of
2153 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2154 parameters at all. So you could define
2156 \c %macro  prologue 0
2158 \c         push    ebp
2159 \c         mov     ebp,esp
2161 \c %endmacro
2163 to define an alternative form of the function prologue which
2164 allocates no local stack space.
2166 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2167 instruction; for example, you might want to define
2169 \c %macro  push 2
2171 \c         push    %1
2172 \c         push    %2
2174 \c %endmacro
2176 so that you could code
2178 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2179 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2181 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2182 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2183 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2184 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2185 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2186 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2189 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2191 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2192 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2193 calling the same macro multiple times will use a different label
2194 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2195 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2196 flag is set by doing this:
2198 \c %macro  retz 0
2200 \c         jnz     %%skip
2201 \c         ret
2202 \c     %%skip:
2204 \c %endmacro
2206 You can call this macro as many times as you want, and every time
2207 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2208 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2209 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2210 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2211 interfering with the local label mechanism, as described in
2212 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2213 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2214 they interfere with macro-local labels.
2217 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2219 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2220 command line into one parameter definition, possibly after
2221 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2222 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2223 you might want to be able to write
2225 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2227 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2228 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2229 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2230 the last defined one along with the separating commas. So if you
2231 code:
2233 \c %macro  writefile 2+
2235 \c         jmp     %%endstr
2236 \c   %%str:        db      %2
2237 \c   %%endstr:
2238 \c         mov     dx,%%str
2239 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2240 \c         mov     bx,%1
2241 \c         mov     ah,0x40
2242 \c         int     0x21
2244 \c %endmacro
2246 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2247 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2248 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2249 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2250 \c{db}.
2252 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2253 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2254 \c{%macro} line.
2256 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2257 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2258 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2259 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2260 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2261 into account when overloading macros, and will not allow you to
2262 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2263 example).
2265 Of course, the above macro could have been implemented as a
2266 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2267 look like
2269 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2271 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2272 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2273 definition.
2275 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2278 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2280 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2281 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2282 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2284 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2286 \c         writefile 2,%1
2287 \c         mov     ax,0x4c01
2288 \c         int     0x21
2290 \c %endmacro
2292 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2293 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2294 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2295 called with no parameters, in which case it will use the default
2296 error message supplied in the macro definition.
2298 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2299 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2300 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2301 optional ones. So if a macro definition began with the line
2303 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2305 then it could be called with between one and three parameters, and
2306 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2307 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2308 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2310 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2311 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2312 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2313 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2314 parameters were really passed to the macro call.
2316 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2317 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2318 and more useful, by changing the first line of the definition to
2320 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2322 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2323 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2324 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2327 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2329 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2330 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2331 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2332 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2333 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2336 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2338 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2339 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2340 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2341 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2342 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2343 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2345 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2346 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2347 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2348 argument list reappear on the right, and vice versa.
2350 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2351 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2352 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2353 parameters are rotated to the right.
2355 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2356 restore a set of registers might work as follows:
2358 \c %macro  multipush 1-*
2360 \c   %rep  %0
2361 \c         push    %1
2362 \c   %rotate 1
2363 \c   %endrep
2365 \c %endmacro
2367 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2368 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2369 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2370 one place to the left, so that the original second argument is now
2371 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2372 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2373 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2375 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2376 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2377 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2379 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2380 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2381 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2382 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2383 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2384 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2385 order from the one in which they were pushed.
2387 This can be done by the following definition:
2389 \c %macro  multipop 1-*
2391 \c   %rep %0
2392 \c   %rotate -1
2393 \c         pop     %1
2394 \c   %endrep
2396 \c %endmacro
2398 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2399 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2400 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2401 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2402 iterated through in reverse order.
2405 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2407 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2408 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2409 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2410 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2411 something like
2413 \c %macro keytab_entry 2
2415 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2416 \c                 db      %2
2418 \c %endmacro
2420 \c keytab:
2421 \c           keytab_entry F1,128+1
2422 \c           keytab_entry F2,128+2
2423 \c           keytab_entry Return,13
2425 which would expand to
2427 \c keytab:
2428 \c keyposF1        equ     $-keytab
2429 \c                 db     128+1
2430 \c keyposF2        equ     $-keytab
2431 \c                 db      128+2
2432 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2433 \c                 db      13
2435 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2436 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2438 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2439 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2440 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2441 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2442 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2443 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2444 (literal text to be concatenated to the parameter).
2446 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2447 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2448 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2449 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2450 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2451 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2452 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2453 real names of macro-local labels means that the two usages
2454 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2455 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2458 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2460 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2461 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2462 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2463 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2464 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2465 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2466 condition code.
2468 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2469 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2470 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2471 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2473 \c %macro  retc 1
2475 \c         j%-1    %%skip
2476 \c         ret
2477 \c   %%skip:
2479 \c %endmacro
2481 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2482 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2483 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2484 \c{JPE}.
2486 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2487 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2488 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2489 because no inverse condition code exists.
2492 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2494 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2495 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2496 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2497 see which instructions in the macro expansion are generating what
2498 code; however, for some macros this clutters the listing up
2499 unnecessarily.
2501 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2502 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2503 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2504 the number of parameters, like this:
2506 \c %macro foo 1.nolist
2508 Or like this:
2510 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2512 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2514 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2515 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2516 syntax of this feature looks like this:
2518 \c %if<condition>
2519 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2520 \c %elif<condition2>
2521 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2522 \c %else
2523 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2524 \c %endif
2526 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2528 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2529 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2532 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2533 single-line macro existence}
2535 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2536 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2537 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2538 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2540 For example, when debugging a program, you might want to write code
2541 such as
2543 \c           ; perform some function
2544 \c %ifdef DEBUG
2545 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2546 \c %endif
2547 \c           ; go and do something else
2549 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2550 version of the program which produced debugging messages, and remove
2551 the option to generate the final release version of the program.
2553 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2554 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2555 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2556 \i\c{%elifndef}.
2559 \S{ifmacro} \i\c{ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2560 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2562 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2563 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2565 For example, you may be working with a large project and not have control
2566 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2567 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2568 does exist.
2570 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2571 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2573 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2575 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2577 \c %else
2579 \c      %macro MyMacro 1-3
2581 \c              ; insert code to define the macro
2583 \c      %endmacro
2585 \c %endif
2587 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2588 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2589 conflict.
2591 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2592 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2593 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2596 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2597 stack}
2599 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2600 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2601 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2602 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2603 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2605 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2606 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2609 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2610 arbitrary numeric expressions}
2612 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2613 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2614 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2615 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2616 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2618 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2619 a critical expression (see \k{crit}).
2621 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2622 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2623 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2624 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2625 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2626 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2627 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2628 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2629 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2630 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2631 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2632 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2633 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2634 for true and 0 for false.
2636 Like most other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2637 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2639 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2640 Identity\I{testing, exact text identity}
2642 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2643 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2644 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2645 Differences in white space are not counted.
2647 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2649 For example, the following macro pushes a register or number on the
2650 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2652 \c %macro  pushparam 1
2654 \c   %ifidni %1,ip
2655 \c         call    %%label
2656 \c   %%label:
2657 \c   %else
2658 \c         push    %1
2659 \c   %endif
2661 \c %endmacro
2663 Like most other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2664 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2665 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2666 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2668 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2669 Types\I{testing, token types}
2671 Some macros will want to perform different tasks depending on
2672 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2673 example, a string output macro might want to be able to cope with
2674 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2675 string.
2677 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2678 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2679 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2680 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2681 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2683 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2684 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2686 \c %macro writefile 2-3+
2688 \c   %ifstr %2
2689 \c         jmp     %%endstr
2690 \c     %if %0 = 3
2691 \c       %%str:    db      %2,%3
2692 \c     %else
2693 \c       %%str:    db      %2
2694 \c     %endif
2695 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2696 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2697 \c   %else
2698 \c                 mov     dx,%2
2699 \c                 mov     cx,%3
2700 \c   %endif
2701 \c                 mov     bx,%1
2702 \c                 mov     ah,0x40
2703 \c                 int     0x21
2705 \c %endmacro
2707 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2708 the following two ways:
2710 \c         writefile [file], strpointer, length
2711 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2713 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2714 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2715 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2716 it itself and works out the address and length for itself.
2718 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2719 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2720 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2721 which case, all but the first two would be lumped together into
2722 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2724 \I\c{%ifnid}\I\c{%elifid}\I\c{%elifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%elifnum}
2725 \I\c{%elifnnum}\I\c{%ifnstr}\I\c{%elifstr}\I\c{%elifnstr}
2726 The usual \c{%elifXXX}, \c{%ifnXXX} and \c{%elifnXXX} versions exist
2727 for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2729 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test For A Single Token
2731 Some macros will want to do different things depending on if it is
2732 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2733 versus a multi-token sequence.
2735 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2736 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2737 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2739 For example, \c{1} will assemble the subsequent code, but \c{-1} will
2740 not (\c{-} being an operator.)
2742 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2743 variants are also provided.
2745 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test For Empty Expansion
2747 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2748 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2749 any tokens at all, whitespace excepted.
2751 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2752 variants are also provided.
2754 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2756 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2757 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2758 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2759 the right macros by means of code like this:
2761 \c %ifdef SOME_MACRO
2762 \c     ; do some setup
2763 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2764 \c     ; do some different setup
2765 \c %else
2766 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2767 \c %endif
2769 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2770 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2771 having to wait until the program crashes on being run and then not
2772 knowing what went wrong.
2775 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2777 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2778 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2779 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2780 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2782 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2783 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2784 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2785 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2787 \c %assign i 0
2788 \c %rep    64
2789 \c         inc     word [table+2*i]
2790 \c %assign i i+1
2791 \c %endrep
2793 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2794 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2795 \c{[table+126]}.
2797 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2798 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2799 terminate the loop, like this:
2801 \c fibonacci:
2802 \c %assign i 0
2803 \c %assign j 1
2804 \c %rep 100
2805 \c %if j > 65535
2806 \c     %exitrep
2807 \c %endif
2808 \c         dw j
2809 \c %assign k j+i
2810 \c %assign i j
2811 \c %assign j k
2812 \c %endrep
2814 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2816 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2817 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2818 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2819 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2820 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2821 be gradually used up and other applications to start crashing.
2824 \H{include} \i{Including Other Files}
2826 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2827 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2828 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2830 \c %include "macros.mac"
2832 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2833 file containing the \c{%include} directive.
2835 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2836 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2837 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2838 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2839 line using the \c{-i} option.
2841 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2842 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2843 the form
2845 \c %ifndef MACROS_MAC
2846 \c     %define MACROS_MAC
2847 \c     ; now define some macros
2848 \c %endif
2850 then including the file more than once will not cause errors,
2851 because the second time the file is included nothing will happen
2852 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2854 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2855 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2856 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2859 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
2861 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
2862 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
2863 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
2864 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
2865 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
2866 had defined. However, for such a macro you would also want to be
2867 able to nest these loops.
2869 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
2870 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
2871 characterized by a name. You add a new context to the stack using
2872 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
2873 define labels that are local to a particular context on the stack.
2876 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
2877 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
2879 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
2880 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
2881 which is the name of the context. For example:
2883 \c %push    foobar
2885 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
2886 have several contexts on the stack with the same name: they can
2887 still be distinguished.
2889 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
2890 context from the context stack and destroys it, along with any
2891 labels associated with it.
2894 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
2896 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
2897 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
2898 is used to define a label which is local to the context on the top
2899 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
2900 above could be implemented by means of:
2902 \c %macro repeat 0
2904 \c     %push   repeat
2905 \c     %$begin:
2907 \c %endmacro
2909 \c %macro until 1
2911 \c         j%-1    %$begin
2912 \c     %pop
2914 \c %endmacro
2916 and invoked by means of, for example,
2918 \c         mov     cx,string
2919 \c         repeat
2920 \c         add     cx,3
2921 \c         scasb
2922 \c         until   e
2924 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
2925 in \c{AL}.
2927 If you need to define, or access, labels local to the context
2928 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
2929 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
2932 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
2934 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
2935 a particular context, in just the same way:
2937 \c %define %$localmac 3
2939 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
2940 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
2941 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
2944 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
2946 If you need to change the name of the top context on the stack (in
2947 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
2948 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
2949 have the side effect of destroying all context-local labels and
2950 macros associated with the context that was just popped.
2952 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
2953 with a different name, without touching the associated macros and
2954 labels. So you could replace the destructive code
2956 \c %pop
2957 \c %push   newname
2959 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
2962 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
2964 This example makes use of almost all the context-stack features,
2965 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
2966 implement a block IF statement as a set of macros.
2968 \c %macro if 1
2970 \c     %push if
2971 \c     j%-1  %$ifnot
2973 \c %endmacro
2975 \c %macro else 0
2977 \c   %ifctx if
2978 \c         %repl   else
2979 \c         jmp     %$ifend
2980 \c         %$ifnot:
2981 \c   %else
2982 \c         %error  "expected `if' before `else'"
2983 \c   %endif
2985 \c %endmacro
2987 \c %macro endif 0
2989 \c   %ifctx if
2990 \c         %$ifnot:
2991 \c         %pop
2992 \c   %elifctx      else
2993 \c         %$ifend:
2994 \c         %pop
2995 \c   %else
2996 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
2997 \c   %endif
2999 \c %endmacro
3001 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3002 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3003 that the macros are issued in the right order (for example, not
3004 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3005 not.
3007 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3008 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3009 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3010 to do different things depending on whether the context on top of
3011 the stack is \c{if} or \c{else}.
3013 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3014 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3015 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3016 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3017 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3019 A sample usage of these macros might look like:
3021 \c         cmp     ax,bx
3023 \c         if ae
3024 \c                cmp     bx,cx
3026 \c                if ae
3027 \c                        mov     ax,cx
3028 \c                else
3029 \c                        mov     ax,bx
3030 \c                endif
3032 \c         else
3033 \c                cmp     ax,cx
3035 \c                if ae
3036 \c                        mov     ax,cx
3037 \c                endif
3039 \c         endif
3041 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3042 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3043 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3044 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3047 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3049 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3050 when it starts to process any source file. If you really need a
3051 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3052 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3053 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3055 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3056 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3057 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3058 described here.
3061 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3062 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3064 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3065 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3066 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3067 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3068 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3069 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3070 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3073 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3075 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3076 representing the full version number of the version of nasm being used.
3077 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3078 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3079 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3080 would be equivalent to:
3082 \c         dd      0x00622001
3086 \c         db      1,32,98,0
3088 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3089 line is used just to give an indication of the order that the separate
3090 values will be present in memory.
3093 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3095 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3096 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3098 \c         db      __NASM_VER__
3100 would expand to
3102 \c         db      "0.98.32"
3105 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3107 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3108 name and line number containing the current instruction. The macro
3109 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3110 current input file (which may change through the course of assembly
3111 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3112 numeric constant giving the current line number in the input file.
3114 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3115 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3116 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3117 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3118 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3119 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3120 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3121 here'. You could then write a macro
3123 \c %macro  notdeadyet 0
3125 \c         push    eax
3126 \c         mov     eax,__LINE__
3127 \c         call    stillhere
3128 \c         pop     eax
3130 \c %endmacro
3132 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3133 find the crash point.
3135 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3137 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3138 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3139 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3140 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3141 mode-dependent macros.
3143 \S{datetime} \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__}: Assembly date and time
3145 The \c{__DATE__} and \c{__TIME__} macros give the assembly date and
3146 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3147 respectively.)
3149 All instances of time and date macros in the same assembly session
3150 produce consistent output.
3152 \S{datetimenum} \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__}: Numeric
3153 assembly date and time
3155 The \c{__DATE_NUM__} and \c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3156 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3157 \c{HHMMSS} respectively.
3159 All instances of time and date macros in the same assembly session
3160 produce consistent output.
3162 \S{utcdatetime} \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__}: Assembly UTC date and time
3164 The \c{__DATE__} and \c{__TIME__} macros give the assembly date and
3165 time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3166 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the
3167 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3168 undefined.
3170 All instances of time and date macros in the same assembly session
3171 produce consistent output.
3173 \S{utcdatetimenum} \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__}: Numeric
3174 assembly UTC date and time
3176 The \c{__UTC_DATE_NUM__} and \c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3177 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3178 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3179 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3180 undefined.
3182 All instances of time and date macros in the same assembly session
3183 produce consistent output.
3185 \S{posixtime} \i\c{__POSIX_TIME__}: POSIX time constant
3187 The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3188 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3189 excluding any leap seconds.
3191 This is computed using UTC time if available on the host platform,
3192 otherwise it is computed using the local time as if it was UTC.
3194 All instances of time and date macros in the same assembly session
3195 produce consistent output.
3197 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3199 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3200 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3201 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3202 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3204 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3205 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3206 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3207 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3208 issued, you are defining the structure, and should define fields
3209 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3210 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3212 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3213 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3215 \c struc   mytype
3217 \c   mt_long:      resd    1
3218 \c   mt_word:      resw    1
3219 \c   mt_byte:      resb    1
3220 \c   mt_str:       resb    32
3222 \c endstruc
3224 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3225 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3226 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3227 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3229 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3230 effect of allowing structures to work with the local label
3231 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3232 more than one structure, you can define the above structure like this:
3234 \c struc mytype
3236 \c   .long:        resd    1
3237 \c   .word:        resw    1
3238 \c   .byte:        resb    1
3239 \c   .str:         resb    32
3241 \c endstruc
3243 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3244 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3246 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3247 support any form of period notation to refer to the elements of a
3248 structure once you have one (except the above local-label notation),
3249 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3250 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3251 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3252 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3255 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3256 \i{Instances of Structures}
3258 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3259 to do is to declare instances of that structure in your data
3260 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3261 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3262 you code something like this:
3264 \c mystruc:
3265 \c     istruc mytype
3267 \c         at mt_long, dd      123456
3268 \c         at mt_word, dw      1024
3269 \c         at mt_byte, db      'x'
3270 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3272 \c     iend
3274 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3275 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3276 specified structure field, and then to declare the specified data.
3277 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3278 they were specified in the structure definition.
3280 If the data to go in a structure field requires more than one source
3281 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3282 the \c{AT} line. For example:
3284 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3285 \c                     db      190,100,0
3287 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3288 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3289 line:
3291 \c         at mt_str
3292 \c                 db      'hello, world'
3293 \c                 db      13,10,0
3296 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3298 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3299 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3300 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3301 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3303 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3304 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3305 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3306 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3307 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3309 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3310 both compute the number of additional bytes required to bring the
3311 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3312 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3313 perform the alignment.
3315 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3316 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3317 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3318 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3319 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3320 except for special purposes.
3322 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3323 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3324 power of two, or if their second argument generates more than one
3325 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3326 thing.
3328 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3329 be used within structure definitions:
3331 \c struc mytype2
3333 \c   mt_byte:
3334 \c         resb 1
3335 \c         alignb 2
3336 \c   mt_word:
3337 \c         resw 1
3338 \c         alignb 4
3339 \c   mt_long:
3340 \c         resd 1
3341 \c   mt_str:
3342 \c         resb 32
3344 \c endstruc
3346 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3347 relative to the base of the structure.
3349 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3350 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3351 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3352 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3353 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3354 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3355 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3358 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3360 The following preprocessor directives provide a way to use
3361 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3363 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3365 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3367 \b\c{%local}  (see \k{local})
3370 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3372 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3373 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3374 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3376 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3377 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3378 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3379 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3381 \c some_function:
3383 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3384 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3385 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3387 \c         mov     ax,[i]
3388 \c         mov     bx,[j_ptr]
3389 \c         add     ax,[bx]
3390 \c         ret
3392 \c     %pop                       ; restore original context
3394 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3395 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3396 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3397 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3400 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3402 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3403 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3404 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3405 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3406 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3408 \c %stacksize flat
3410 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3411 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3412 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3414 \c %stacksize flat64
3416 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3417 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3418 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3420 \c %stacksize large
3422 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3423 assumes that a far form of call was used to get to this address
3424 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3426 \c %stacksize small
3428 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3429 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3430 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3431 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3432 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3433 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3434 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3435 (see \k{local}).
3438 \S{local} \i\c{%local} Directive
3440 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3441 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3442 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3443 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3444 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3445 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3446 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3447 instruction.
3448 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3449 An example of its use is the following:
3451 \c silly_swap:
3453 \c     %push mycontext             ; save the current context
3454 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3455 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3456 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3458 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3459 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3460 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3461 \c         mov     ax,bx
3462 \c         mov     dx,cx
3463 \c         mov     bx,[old_ax]
3464 \c         mov     cx,[old_dx]
3465 \c         leave                   ; restore old bp
3466 \c         ret                     ;
3468 \c     %pop                        ; restore original context
3470 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3471 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3472 current context before the \c{%local} directive may be used.
3473 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3474 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3475 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3476 as shown in the example.
3478 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3480 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3481 information from external sources. Currently they include:
3483 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3484 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3486 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3487 C language preprocessor (see \k{line}).
3489 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3490 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3492 \S{line} \i\c{%line} Directive
3494 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3495 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3496 this other file would be an original source file, with the current
3497 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3498 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3499 number of the original source file, instead of the file that is being
3500 read by NASM.
3502 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3503 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3504 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3506 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3508 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3509 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3510 which specifies a line increment value; each line of the input file
3511 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3512 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3513 specifies the file name of the original source file.
3515 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3516 all file name and line numbers relative to the values specified
3517 therein.
3520 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3522 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3523 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3524 to store the contents of an environment variable into a string, which
3525 could be used at some other point in your code.
3527 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3528 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3529 could do that as follows:
3531 \c %define FOO    %!FOO
3532 \c %define quote   '
3534 \c tmpstr  db      quote FOO quote
3536 At the time of writing, this will generate an "unterminated string"
3537 warning at the time of defining "quote", and it will add a space
3538 before and after the string that is read in. I was unable to find
3539 a simple workaround (although a workaround can be created using a
3540 multi-line macro), so I believe that you will need to either learn how
3541 to create more complex macros, or allow for the extra spaces if you
3542 make use of this feature in that way.
3545 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3547 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3548 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3549 directives. These are described in this chapter.
3551 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3552 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3553 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3554 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3555 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3556 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3558 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3559 directives are not.
3561 In addition to the universal directives described in this chapter,
3562 each object file format can optionally supply extra directives in
3563 order to control particular features of that file format. These
3564 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3565 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3568 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3570 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3571 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3572 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3573 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3575 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3576 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3577 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3578 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3579 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3580 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3581 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3582 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3584 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3585 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3586 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3587 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3588 device drivers and boot loader software.
3590 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3591 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3592 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3593 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3595 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3596 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3597 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3598 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3599 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3600 need an 0x67.
3602 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3603 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3604 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3606 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3607 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3608 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3609 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3610 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3611 necessary.
3613 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3614 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3615 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3616 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3617 REX prefix is used.
3619 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3620 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3621 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3623 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3625 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3627 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3628 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3631 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3633 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3634 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3635 specify most features directly.  However, this is occationally
3636 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3637 to use.
3639 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3640 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3641 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3642 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3643 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3644 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3646 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3647 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3648 other special functions in 64-bit mode, and generating
3649 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3651 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3653 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3654 Sections}
3656 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3657 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3658 which section of the output file the code you write will be
3659 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3660 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3661 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3662 define a new section, if you try to switch to a section that does
3663 not (yet) exist.
3665 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3666 \k{multisec}, all support
3667 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3668 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3669 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3670 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3671 name that has one.
3674 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3676 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3677 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3678 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3679 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3680 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3681 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3682 it. So the user-level directive
3684 \c         SECTION .text
3686 expands to the two lines
3688 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3689 \c         [SECTION .text]
3691 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3692 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3693 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3695 \c %macro  writefile 2+
3697 \c         [section .data]
3699 \c   %%str:        db      %2
3700 \c   %%endstr:
3702 \c         __SECT__
3704 \c         mov     dx,%%str
3705 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3706 \c         mov     bx,%1
3707 \c         mov     ah,0x40
3708 \c         int     0x21
3710 \c %endmacro
3712 This form of the macro, once passed a string to output, first
3713 switches temporarily to the data section of the file, using the
3714 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3715 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3716 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3717 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3718 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3719 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3720 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3721 code in any of several separate code sections.
3724 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3726 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3727 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3728 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3729 given absolute address. The only instructions you can use in this
3730 mode are the \c{RESB} family.
3732 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3734 \c absolute 0x1A
3736 \c     kbuf_chr    resw    1
3737 \c     kbuf_free   resw    1
3738 \c     kbuf        resw    16
3740 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3741 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3742 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3744 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3745 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3747 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3748 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3750 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3751 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3752 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3753 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3755 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3757 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3759 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3760 \c setup:
3761 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3763 \c absolute setup
3765 \c runtimevar1     resw    1
3766 \c runtimevar2     resd    20
3768 \c tsr_end:
3770 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3771 after the setup has finished running, the space it took up can be
3772 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3773 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3774 needs to be made resident.
3777 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3779 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3780 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3781 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3782 defined in some other module and needs to be referred to by this
3783 one. Not every object-file format can support external variables:
3784 the \c{bin} format cannot.
3786 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3787 argument is the name of a symbol:
3789 \c extern  _printf
3790 \c extern  _sscanf,_fscanf
3792 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3793 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3794 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3795 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3796 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3797 by means of the directive
3799 \c extern  _variable:wrt dgroup
3801 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3802 only in that it can take only one argument at a time: the support
3803 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3805 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3806 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3807 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3810 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3812 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3813 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3814 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3815 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3816 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3818 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3819 the definition of the symbol.
3821 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3822 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3823 \c{GLOBAL} directive. For example:
3825 \c global _main
3826 \c _main:
3827 \c         ; some code
3829 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3830 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3831 example, lets you specify whether global data items are functions or
3832 data:
3834 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3836 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3837 user-level form only in that it can take only one argument at a
3838 time.
3841 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
3843 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
3844 A common variable is much like a global variable declared in the
3845 uninitialized data section, so that
3847 \c common  intvar  4
3849 is similar in function to
3851 \c global  intvar
3852 \c section .bss
3854 \c intvar  resd    1
3856 The difference is that if more than one module defines the same
3857 common variable, then at link time those variables will be
3858 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
3859 at the same piece of memory.
3861 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
3862 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
3863 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
3864 specify the alignment requirements of a common variable:
3866 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
3867 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
3869 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
3870 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
3871 only one argument at a time.
3874 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
3876 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
3877 are available on the specified CPU.
3879 Options are:
3881 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
3883 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
3885 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
3887 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
3889 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
3891 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
3893 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
3895 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
3897 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
3899 \b\c{CPU P2}            Same as 686
3901 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
3903 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
3905 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
3907 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
3909 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
3911 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
3913 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
3915 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
3916 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
3917 instructions are available.
3920 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
3922 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
3923 denormals are supported.  The following options can be set to alter
3924 this behaviour:
3926 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
3928 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
3930 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
3932 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
3934 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
3936 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
3938 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
3940 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
3941 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
3942 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
3944 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
3945 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
3948 \C{outfmt} \i{Output Formats}
3950 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
3951 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
3952 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
3953 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
3954 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
3955 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
3957 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
3958 output file based on the input file name and the chosen output
3959 format. This will be generated by removing the \i{extension}
3960 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
3961 name, and substituting an extension defined by the output format.
3962 The extensions are given with each format below.
3965 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
3967 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
3968 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
3969 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
3970 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
3971 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
3972 development.
3974 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
3975 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
3977 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
3978 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
3979 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
3980 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
3982 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
3983 leaves your file name as it is once the original extension has been
3984 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
3985 into a binary file called \c{binprog}.
3988 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
3990 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
3991 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
3992 directive is to specify the origin address which NASM will assume
3993 the program begins at when it is loaded into memory.
3995 For example, the following code will generate the longword
3996 \c{0x00000104}:
3998 \c         org     0x100
3999 \c         dd      label
4000 \c label:
4002 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4003 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4004 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4005 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4006 offset which is added to all internal address references within the
4007 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4008 does. See \k{proborg} for further comments.
4011 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4012 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4014 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4015 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4016 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4017 end of the section-definition line. For example,
4019 \c section .data   align=16
4021 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4022 aligned on a 16-byte boundary.
4024 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4025 section start address must be forced to zero. The alignment value
4026 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4027 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4030 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4032 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4033 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4035 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4036 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4037 of course).
4039 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4040 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4041 \i\c{start=}.
4043 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4044 for the calculation of all memory references within that section 
4045 with \i\c{vstart=}.
4047 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4048 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4049 start address.
4051 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4052 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4053 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4055 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4056 is directed by default into the \c{.text} section.
4058 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4059 by default.
4061 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4062 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4063 has been specified.
4065 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4066 alignment has been specified.
4068 \b Sections may not overlap.
4070 \b Nasm creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4071 which may be used in your code.
4073 \S{map}\i{Map files}
4075 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4076 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4077 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4078 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4079 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4080 brackets must be used.
4083 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4085 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4086 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4087 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4088 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4090 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4092 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4093 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4094 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4095 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4096 file format.
4098 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4099 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4100 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4102 If your source file contains code before specifying an explicit
4103 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4104 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4106 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4107 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4108 address of the segment. So, for example:
4110 \c segment data
4112 \c dvar:   dw      1234
4114 \c segment code
4116 \c function:
4117 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4118 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4119 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4120 \c         ret
4122 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4123 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4124 like
4126 \c extern  foo
4128 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4129 \c       mov   ds,ax
4130 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4131 \c       mov   es,ax
4132 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4133 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4136 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4137 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4139 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4140 directive to allow you to specify various properties of the segment
4141 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4142 end of the segment-definition line. For example,
4144 \c segment code private align=16
4146 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4147 segment, and requires that the portion of it described in this code
4148 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4150 The available qualifiers are:
4152 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4153 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4154 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4155 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4156 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4157 than stuck end-to-end.
4159 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4160 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4161 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4162 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4163 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4164 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4165 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4166 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4167 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4169 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4170 indicates to the linker that segments of the same class should be
4171 placed near each other in the output file. The class name can be any
4172 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4174 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4175 as an argument, and provides overlay information to an
4176 overlay-capable linker.
4178 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4179 the effect of recording the choice in the object file and also
4180 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4181 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4183 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4184 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4185 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4186 defines the group if it is not already defined.
4188 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4189 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4190 are currently known to make sensible use of this feature;
4191 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4192 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4193 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4195 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4196 class, no overlay, and \c{USE16}.
4199 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4201 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4202 single segment register can be used to refer to all the segments in
4203 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4204 you can code
4206 \c segment data
4208 \c         ; some data
4210 \c segment bss
4212 \c         ; some uninitialized data
4214 \c group dgroup data bss
4216 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4217 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4218 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4219 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4220 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4221 segment register.
4223 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4224 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4225 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4226 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4227 base rather than the segment base.
4229 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4230 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4231 segment which is part of more than one group will default to being
4232 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4234 A group does not have to contain any segments; you can still make
4235 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4236 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4237 \c{FLAT} with no segments in it.
4240 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4242 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4243 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4244 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4245 segment, group and symbol names that are written to the object file
4246 to be forced to upper case just before being written. Within a
4247 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4248 be written entirely in upper case if desired.
4250 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4253 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4254 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4256 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4257 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4258 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4259 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4261 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4262 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4263 wish to import and the name of the library you wish to import it
4264 from. For example:
4266 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4268 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4269 known in the library you are importing it from, in case this is not
4270 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4271 once you have imported it. For example:
4273 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4276 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4277 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4279 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4280 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4281 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4282 using the \c{EXPORT} directive.
4284 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4285 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4286 optional second parameter (separated by white space from the first)
4287 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4288 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4289 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4290 off.
4292 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4293 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4294 space. If further parameters are given, the external name must also
4295 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4296 available attributes are:
4298 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4299 resident by the system loader. This is an optimisation for
4300 frequently used symbols imported by name.
4302 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4303 does not make use of any initialized data.
4305 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4306 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4307 between 32-bit and 16-bit segments.
4309 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4310 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4311 the desired number.
4313 For example:
4315 \c     export  myfunc
4316 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4317 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4318 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4321 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4322 Point}
4324 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4325 define the program entry point, where execution will begin when the
4326 program is run. If the object file that defines the entry point is
4327 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4328 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4329 begin.
4332 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4333 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4335 If you declare an external symbol with the directive
4337 \c     extern  foo
4339 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4340 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4341 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4342 \c{foo} you will usually need to do something like
4344 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4345 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4346 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4348 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4349 is going to be accessible from a given segment or group, say
4350 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4351 simply code
4353 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4355 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4356 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4357 alternative form
4359 \c     extern  foo:wrt dgroup
4361 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4362 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4363 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4364 \c{foo wrt dgroup}.
4366 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4367 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4368 your program. It can also be applied to common variables: see
4369 \k{objcommon}.
4372 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4373 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4375 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4376 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4377 specify which your variables should be by the use of the syntax
4379 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4380 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4382 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4383 OMF specification says that they are declared as a number of
4384 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4385 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4386 five-byte elements or one ten-byte element.
4388 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4389 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4390 the variable size, to match when resolving common variables declared
4391 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4392 the element size on your far common variables. This is done by the
4393 following syntax:
4395 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4396 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4398 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4399 keyword is not required when an element size is specified, since
4400 only far commons may have element sizes at all. So the above
4401 declarations could equivalently be
4403 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4404 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4406 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4407 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4408 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4410 \c common  foo     10:wrt dgroup
4411 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4412 \c common  baz     24:wrt data:6
4415 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4417 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4418 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4419 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4420 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4422 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4424 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4425 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4426 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4427 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4428 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4429 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4430 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4431 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4434 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4435 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4437 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4438 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4439 and properties of sections you declare. Section types and properties
4440 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4441 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4442 these qualifiers.
4444 The available qualifiers are:
4446 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4447 code section. This marks the section as readable and executable, but
4448 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4449 section is code.
4451 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4452 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4453 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4454 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4456 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4457 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4458 constants in it.
4460 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4461 which is not included in the executable file by the linker, but may
4462 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4463 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4464 linker to interpret the contents of the section as command-line
4465 options.
4467 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4468 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4469 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4470 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4471 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4472 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4473 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4474 for data (and BSS) sections.
4475 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4476 alignment), though the value does not matter.
4478 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4479 qualifiers are:
4481 \c section .text    code  align=16
4482 \c section .data    data  align=4
4483 \c section .rdata   rdata align=8
4484 \c section .bss     bss   align=4
4486 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4489 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4491 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4492 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4493 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4494 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4495 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4498 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4500 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4501 linking with the \i{DJGPP} linker.
4503 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4505 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
4506 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
4507 the \c{info} section type are not supported.
4509 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
4511 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
4512 linking with the \i{Mac OSX} linker.
4514 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4516 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
4517 Format} Object Files
4519 The \c{elf32} and \c{elf64} output formats generate \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as used by Linux as well as \i{Unix System V},
4520 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
4521 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4522 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
4524 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
4526 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
4527 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
4528  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
4529  most systems which support ELF.
4531 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
4532 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
4534 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
4535 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4536 and properties of sections you declare. Section types and properties
4537 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
4538 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
4539 overridden by these qualifiers.
4541 The available qualifiers are:
4543 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
4544 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
4545 which is not, such as an informational or comment section.
4547 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
4548 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
4549 which should not.
4551 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
4552 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
4553 not.
4555 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
4556 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
4557 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
4558 contents given, such as a BSS section.
4560 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4561 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
4562 requirements of the section.
4564 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4565 qualifiers are:
4567 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
4568 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
4569 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
4570 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
4571 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
4573 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
4574 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
4577 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
4578 Symbols and \i\c{WRT}
4580 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
4581 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
4582 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
4583 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
4584 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
4586 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
4587 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
4588 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
4589 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
4590 types.
4592 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
4593 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
4594 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
4595 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
4597 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
4598 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
4599 beginning of the current section to the global offset table.
4600 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
4601 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
4602 result to get the real address of the GOT.
4604 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
4605 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
4606 the specified location, so that adding on the address of the GOT
4607 would give the real address of the location you wanted.
4609 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
4610 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
4611 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
4612 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
4613 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
4614 address of the symbol.
4616 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
4617 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
4618 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
4619 only use this in contexts which would generate a PC-relative
4620 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
4621 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
4622 entries absolutely.
4624 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
4625 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
4626 relative to the start of the section and then adding on the offset
4627 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
4628 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
4629 peculiarity of the dynamic linker.
4631 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
4632 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
4635 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
4636 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
4638 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
4639 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
4640 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
4641 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
4642 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
4643 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
4644 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
4645 to specify these features.
4647 You can specify whether a global variable is a function or a data
4648 object by suffixing the name with a colon and the word
4649 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
4650 \c{data}.) For example:
4652 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
4654 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
4655 \c{hashtable} as a data object.
4657 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
4658 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
4659 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
4660 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
4662 \c global   hashlookup:function hidden
4664 You can also specify the size of the data associated with the
4665 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
4666 forward references) after the type specifier. Like this:
4668 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
4670 \c hashtable:
4671 \c         db this,that,theother  ; some data here
4672 \c .end:
4674 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
4675 place that information into the \c{ELF} symbol table.
4677 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
4678 writing shared library code. For more information, see
4679 \k{picglobal}.
4682 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
4683 \I{COMMON, elf extensions to}
4685 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
4686 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
4687 common variables. This is done by putting a number (which must be a
4688 power of two) after the name and size of the common variable,
4689 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
4690 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
4692 \c common  dwordarray 128:4
4694 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
4695 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
4698 \S{elf16} 16-bit code and ELF
4699 \I{ELF, 16-bit code and}
4701 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
4702 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
4703 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
4704 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
4705 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
4706 these relocations is generated.
4708 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
4709 \I{ELF, Debug formats and}
4711 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
4712 Line number information is generated for all executable sections, but please
4713 note that only the ".text" section is executable by default.
4715 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
4717 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
4718 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
4719 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
4720 the magic number in the first four bytes of the file is
4721 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
4722 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
4723 implementation does not.
4725 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4727 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
4728 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
4729 extensions to any standard directives. It supports only the three
4730 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
4733 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
4734 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
4736 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
4737 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
4738 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
4739 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
4740 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
4741 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
4742 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
4744 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4746 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
4747 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
4748 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
4749 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
4750 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
4752 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
4753 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
4754 this.
4757 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
4759 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
4760 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
4761 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
4762 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
4763 itself \c{a.out}.
4765 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
4766 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4768 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
4769 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
4770 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
4771 directives. It supports only the three \i{standard section names}
4772 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
4775 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
4776 Format}
4778 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
4779 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
4780 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
4781 format the internal structure of the assembler.
4783 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
4784 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
4785 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
4786 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
4788 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
4789 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
4790 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
4791 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
4792 execute an RDF executable under Linux.
4794 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
4795 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
4798 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
4800 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
4801 library to be linked to the module, either at load time or run time.
4802 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
4803 which is the name of the module:
4805 \c     library  mylib.rdl
4808 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
4810 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
4811 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
4812 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
4813 of current module:
4815 \c     module  mymodname
4817 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
4818 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
4819 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
4821 \c     module  $kernel.core
4824 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
4825 rdf extensions to}
4827 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
4828 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
4829 telling the linker do not strip it from target executable or library
4830 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
4831 is a procedure (function) or data object.
4833 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
4834 symbol exported:
4836 \c     global  sys_open:export
4838 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
4839 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
4841 \c     global  sys_open:export proc
4843 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
4844 or \i\c{object} to the directive:
4846 \c     global  kernel_ticks:export data
4849 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
4850 rdf extensions to}
4852 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
4853 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
4854 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
4855 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
4856 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
4857 (function) or data object. For example:
4859 \c     library $libc
4860 \c     extern  _open:import
4861 \c     extern  _printf:import proc
4862 \c     extern  _errno:import data
4864 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
4865 a hint as to where to find requested symbols.
4868 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
4870 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
4871 configuration. If you are building your own NASM executable from the
4872 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
4873 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
4875 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
4876 it outputs a text file which contains a complete list of all the
4877 transactions between the main body of NASM and the output-format
4878 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
4879 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
4880 of the various requests the main program makes of the output driver,
4881 and in what order they happen.
4883 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
4885 \c nasm -f dbg filename.asm
4887 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
4888 However, this will not work well on files which were designed for a
4889 different object format, because each object format defines its own
4890 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
4891 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
4892 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
4893 native object format selected:
4895 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
4896 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
4898 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
4899 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
4900 directives are converted into primitive form correctly. Then the
4901 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
4902 the final diagnostic output.
4904 This workaround will still typically not work for programs intended
4905 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
4906 directives have side effects of defining the segment and group names
4907 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
4908 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
4909 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
4910 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
4912 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
4913 them all to its output file.
4916 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
4918 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
4919 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
4920 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
4921 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
4922 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
4925 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
4927 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
4928 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
4929 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
4930 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
4931 support the \c{.COM} format.
4933 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
4934 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
4935 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
4936 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
4937 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
4938 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
4939 Yann Guidon for contributing the code for this.
4941 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
4942 future releases.
4945 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
4947 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
4948 by linking \c{.OBJ} files together.
4950 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
4951 linker; if you have none of these, there is a free linker called
4952 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
4953 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
4954 An LZH archiver can be found at
4955 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
4956 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
4957 sources) called \i{FREELINK}, available from
4958 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
4959 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
4960 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
4961 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
4962 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
4964 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
4965 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
4966 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
4967 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
4968 point, the linker will not know what value to give the entry-point
4969 field in the output file header; if more than one defines a start
4970 point, the linker will not know \e{which} value to use.
4972 An example of a NASM source file which can be assembled to a
4973 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
4974 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
4975 the segment registers, and declaring a start point. This file is
4976 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
4977 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
4979 \c segment code
4981 \c ..start:
4982 \c         mov     ax,data
4983 \c         mov     ds,ax
4984 \c         mov     ax,stack
4985 \c         mov     ss,ax
4986 \c         mov     sp,stacktop
4988 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
4989 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
4990 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
4991 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
4992 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
4993 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
4994 execute on.
4996 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
4997 beginning of this code, which means that will be the entry point
4998 into the resulting executable file.
5000 \c         mov     dx,hello
5001 \c         mov     ah,9
5002 \c         int     0x21
5004 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5005 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5006 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5007 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5009 \c         mov     ax,0x4c00
5010 \c         int     0x21
5012 This terminates the program using another DOS system call.
5014 \c segment data
5016 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5018 The data segment contains the string we want to display.
5020 \c segment stack stack
5021 \c         resb 64
5022 \c stacktop:
5024 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5025 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5026 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5027 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5028 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5029 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5030 type \c{STACK}.
5032 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5033 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5034 world' and then exit.
5037 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5039 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5040 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5041 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5042 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5043 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5044 \c{.EXE} files.
5046 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5047 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5048 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5050 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5051 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5052 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5053 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5054 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5055 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5056 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5057 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5058 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5060 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5061 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5062 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5063 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5064 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5065 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5066 explicitly issue one of your own.
5068 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5069 since this would require a relocation in the header, and things
5070 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5071 base by copying it out of \c{CS} instead.
5073 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5074 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5075 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5076 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5077 \c{EXE_stack 64}.
5079 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5080 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5081 \c{binexe.asm}.
5084 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5086 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5087 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5088 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5089 output format.
5092 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5094 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5095 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5096 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5097 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5098 like
5100 \c         org 100h
5102 \c section .text
5104 \c start:
5105 \c         ; put your code here
5107 \c section .data
5109 \c         ; put data items here
5111 \c section .bss
5113 \c         ; put uninitialized data here
5115 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5116 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5117 you want to and the code will still end up at the front of the file
5118 where it belongs.
5120 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5121 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5122 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5123 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5124 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5125 run.
5127 To assemble the above program, you should use a command line like
5129 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5131 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5132 explicit output file name were specified, so you have to override it
5133 and give the desired file name.
5136 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5138 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5139 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5140 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5141 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5142 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5143 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5144 file.
5146 If you do this, you need to take care of several things:
5148 \b The first object file containing code should start its code
5149 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5150 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5151 segment, so that the linker or converter program does not have to
5152 adjust address references within the file when generating the
5153 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5154 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5155 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5156 in MASM-compatible assemblers.
5158 \b You don't need to define a stack segment.
5160 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5161 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5162 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5163 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5166 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5168 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5169 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5170 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5171 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5172 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5173 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5174 your code segment.
5176 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5177 the various routines inside the driver which do the work. This
5178 structure should be defined at the start of the code segment, even
5179 though it is not actually code.
5181 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5182 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5183 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5184 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5187 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5189 This section covers the basics of writing assembly routines that
5190 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5191 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5192 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5195 \S{16cunder} External Symbol Names
5197 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5198 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5199 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5200 appears in the C program. So, for example, the function a C
5201 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5202 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5203 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5204 not have to worry about name clashes with C symbols.
5206 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5207 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5209 \c %macro  cglobal 1
5211 \c   global  _%1
5212 \c   %define %1 _%1
5214 \c %endmacro
5216 \c %macro  cextern 1
5218 \c   extern  _%1
5219 \c   %define %1 _%1
5221 \c %endmacro
5223 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5224 \c{%rep} construct could solve this.)
5226 If you then declare an external like this:
5228 \c cextern printf
5230 then the macro will expand it as
5232 \c extern  _printf
5233 \c %define printf _printf
5235 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5236 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5238 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5239 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5240 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5242 Also see \k{opt-pfix}.
5244 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5246 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5247 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5248 writing for. This means you have to keep track of the following
5249 things:
5251 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5252 functions are near. This means that function pointers, when stored
5253 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5254 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5255 never changes its value, and always gives the segment part of the
5256 full function address), and that functions are called using ordinary
5257 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5258 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5259 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5260 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5262 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5263 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5264 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5265 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5266 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5267 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5268 \c{CALL FAR} to call external routines.
5270 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5271 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5272 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5273 segment part of the full data item address).
5275 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5276 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5277 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5278 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5279 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5280 pointers you are passed.
5282 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5283 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5284 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5285 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5286 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5288 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5289 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5290 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5291 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5292 and global data items can both be accessed easily without changing
5293 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5294 segments. However, some memory models (though not the standard
5295 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5296 same value to be removed. Be careful about functions' local
5297 variables in this latter case.
5299 In models with a single code segment, the segment is called
5300 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5301 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5302 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5303 called \i\c{_DATA}.
5306 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5308 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5309 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5310 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5311 doing the calling and the function which gets called.
5313 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5314 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5315 argument specified to the function is pushed last).
5317 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5318 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5319 memory model.
5321 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5322 actually necessary, in functions which do not need to access their
5323 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5324 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5325 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5326 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5327 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5328 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5330 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5331 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5332 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5333 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5334 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5335 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5336 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5337 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5338 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5339 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5340 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5341 parameters in reverse order means that the function knows where to
5342 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5343 remaining ones.
5345 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5346 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5347 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5349 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5350 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5351 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5352 compiler) returned in \c{ST0}.
5354 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5355 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5356 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5357 memory model.
5359 \b When the caller regains control from the callee, the function
5360 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5361 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5362 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5363 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5364 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5365 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5366 removing.
5368 It is instructive to compare this calling convention with that for
5369 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5370 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5371 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5372 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5373 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5374 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5375 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5376 which means that a compiler can give better guarantees about
5377 sequence points without performance suffering.
5379 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5380 The following example is for small model:
5382 \c global  _myfunc
5384 \c _myfunc:
5385 \c         push    bp
5386 \c         mov     bp,sp
5387 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5388 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5390 \c         ; some more code
5392 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5393 \c         pop     bp
5394 \c         ret
5396 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5397 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5398 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5399 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5400 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5401 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5403 At the other end of the process, to call a C function from your
5404 assembly code, you would do something like this:
5406 \c extern  _printf
5408 \c       ; and then, further down...
5410 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5411 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5412 \c       call    _printf
5413 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5415 \c       ; then those data items...
5417 \c segment _DATA
5419 \c myint         dw    1234
5420 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5422 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5423 code
5425 \c     int myint = 1234;
5426 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5428 In large model, the function-call code might look more like this. In
5429 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5430 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5431 it first.
5433 \c       push    word [myint]
5434 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5435 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5436 \c       call    far _printf
5437 \c       add    sp,byte 6
5439 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5440 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5441 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5442 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5443 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5444 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5445 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5446 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5447 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5448 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5449 word of parameters.
5452 \S{16cdata} Accessing Data Items
5454 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5455 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5456 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5457 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5458 accessed from assembler as
5460 \c extern _i
5462 \c         mov ax,[_i]
5464 And to declare your own integer variable which C programs can access
5465 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5466 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5468 \c global  _j
5470 \c _j      dw      0
5472 To access a C array, you need to know the size of the components of
5473 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5474 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5475 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5476 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5477 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5478 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5479 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5481 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5482 the base of the structure to the field you are interested in. You
5483 can either do this by converting the C structure definition into a
5484 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5485 one offset and using just that.
5487 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5488 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5489 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5490 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5491 Typically, you might find that a structure like
5493 \c struct {
5494 \c     char c;
5495 \c     int i;
5496 \c } foo;
5498 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5499 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5500 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5501 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5502 out how your own compiler does it.
5505 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
5507 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5508 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
5509 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5510 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5511 the work involved in keeping track of the calling convention.
5513 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
5514 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
5516 An example of an assembly function using the macro set is given
5517 here:
5519 \c proc    _nearproc
5521 \c %$i     arg
5522 \c %$j     arg
5523 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5524 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5525 \c         add     ax,[bx]
5527 \c endproc
5529 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
5530 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
5531 integer. It returns \c{i + *j}.
5533 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
5534 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
5535 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
5536 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
5537 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
5538 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
5539 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
5541 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
5542 compact-model code) by default. You can have it generate far
5543 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
5544 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
5545 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
5546 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
5547 dependency on whether data pointers are far or not.
5549 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
5550 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
5551 many function parameters will be of type \c{int}.
5553 The large-model equivalent of the above function would look like this:
5555 \c %define FARCODE
5557 \c proc    _farproc
5559 \c %$i     arg
5560 \c %$j     arg     4
5561 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5562 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5563 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
5564 \c         add     ax,[bx]
5566 \c endproc
5568 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
5569 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
5570 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
5573 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
5575 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
5576 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
5578 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
5579 not required for Pascal.
5581 \b The memory model is always large: functions are far, data
5582 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
5583 (Actually, some functions are near, but only those functions that
5584 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
5585 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
5586 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
5587 data declared in a Pascal program goes into the default data
5588 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
5589 when control is passed to your assembly code. The only things that
5590 do not live in the default data segment are local variables (they
5591 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
5592 data \e{pointers}, however, are far.
5594 \b The function calling convention is different - described below.
5596 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
5598 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
5599 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
5600 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
5603 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
5605 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
5606 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
5607 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
5608 used to denote the function doing the calling and the function which
5609 gets called.
5611 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5612 after another, in normal order (left to right, so that the first
5613 argument specified to the function is pushed first).
5615 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
5616 control to the callee.
5618 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5619 actually necessary, in functions which do not need to access their
5620 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5621 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5622 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5623 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5624 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
5625 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
5627 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5628 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5629 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5630 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
5631 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
5632 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
5633 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
5635 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5636 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5637 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5639 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5640 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5641 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
5642 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
5643 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
5644 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
5645 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
5646 places the returned string value at that location. The pointer is
5647 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
5648 \c{RETF} instruction.
5650 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5651 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5652 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
5653 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
5654 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
5655 to be removed from the stack as a side effect of the return
5656 instruction.
5658 \b When the caller regains control from the callee, the function
5659 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
5660 do nothing further.
5662 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
5663 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
5665 \c global  myfunc
5667 \c myfunc: push    bp
5668 \c         mov     bp,sp
5669 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5670 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
5671 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
5673 \c         ; some more code
5675 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5676 \c         pop     bp
5677 \c         retf    4               ; total size of params is 4
5679 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
5680 assembly code, you would do something like this:
5682 \c extern  SomeFunc
5684 \c        ; and then, further down...
5686 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5687 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
5688 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
5689 \c        call   far SomeFunc
5691 This is equivalent to the Pascal code
5693 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
5694 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
5697 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
5698 Name Restrictions
5700 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
5701 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
5702 reading and understanding the various information contained in a
5703 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
5704 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
5705 restrictions:
5707 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
5708 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
5710 \b initialized data must be in a segment whose name is either
5711 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
5713 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
5714 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
5716 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
5717 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
5720 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
5722 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
5723 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
5724 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
5725 definition ensures that functions are far (it implies
5726 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
5727 generated with an operand.
5729 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
5730 argument offsets; you must declare your function's arguments in
5731 reverse order. For example:
5733 \c %define PASCAL
5735 \c proc    _pascalproc
5737 \c %$j     arg 4
5738 \c %$i     arg
5739 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5740 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5741 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
5742 \c         add     ax,[bx]
5744 \c endproc
5746 This defines the same routine, conceptually, as the example in
5747 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
5748 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
5749 and the contents of the pointer. The only difference between this
5750 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
5751 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
5752 reverse order.
5755 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
5757 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
5758 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
5759 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
5760 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
5761 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
5762 shared libraries.
5764 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
5765 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
5766 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
5767 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
5768 address space no matter what segment you work relative to, and that
5769 you should ignore all segment registers completely. When writing
5770 flat-model application code, you never need to use a segment
5771 override or modify any segment register, and the code-section
5772 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
5773 space as the data-section addresses you access your variables by and
5774 the stack-section addresses you access local variables and procedure
5775 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
5776 offset part.
5779 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
5781 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
5782 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
5783 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
5786 \S{32cunder} External Symbol Names
5788 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
5789 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
5790 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5791 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
5792 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
5793 underscore on their assembly-language names.
5795 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
5796 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
5797 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
5798 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
5799 though, the leading underscore should not be used.
5801 See also \k{opt-pfix}.
5803 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
5805 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
5806 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
5807 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
5808 the function doing the calling and the function which gets called.
5810 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5811 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5812 argument specified to the function is pushed last).
5814 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
5815 control to the callee.
5817 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5818 actually necessary, in functions which do not need to access their
5819 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
5820 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
5821 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
5822 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
5823 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
5824 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
5826 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
5827 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
5828 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
5829 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
5830 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
5831 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
5832 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
5833 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
5834 pushing of the parameters in reverse order means that the function
5835 knows where to find its first parameter, which tells it the number
5836 and type of the remaining ones.
5838 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
5839 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5840 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
5842 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5843 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
5844 of the value. Floating-point results are typically returned in
5845 \c{ST0}.
5847 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
5848 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5849 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
5851 \b When the caller regains control from the callee, the function
5852 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5853 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
5854 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5855 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5856 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5857 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5858 removing.
5860 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
5861 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
5862 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
5863 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
5864 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
5865 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
5866 still pushed in right-to-left order.
5868 Thus, you would define a function in C style in the following way:
5870 \c global  _myfunc
5872 \c _myfunc:
5873 \c         push    ebp
5874 \c         mov     ebp,esp
5875 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
5876 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
5878 \c         ; some more code
5880 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
5881 \c         ret
5883 At the other end of the process, to call a C function from your
5884 assembly code, you would do something like this:
5886 \c extern  _printf
5888 \c         ; and then, further down...
5890 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
5891 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
5892 \c         call    _printf
5893 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
5895 \c         ; then those data items...
5897 \c segment _DATA
5899 \c myint       dd   1234
5900 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5902 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
5904 \c     int myint = 1234;
5905 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5908 \S{32cdata} Accessing Data Items
5910 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5911 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5912 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5913 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5914 accessed from assembler as
5916 \c           extern _i
5917 \c           mov eax,[_i]
5919 And to declare your own integer variable which C programs can access
5920 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5921 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5923 \c           global _j
5924 \c _j        dd 0
5926 To access a C array, you need to know the size of the components of
5927 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
5928 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5929 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
5930 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5931 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
5932 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
5933 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
5934 are also 4 bytes long.
5936 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5937 the base of the structure to the field you are interested in. You
5938 can either do this by converting the C structure definition into a
5939 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
5940 one offset and using just that.
5942 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5943 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5944 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
5945 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5946 Typically, you might find that a structure like
5948 \c struct {
5949 \c     char c;
5950 \c     int i;
5951 \c } foo;
5953 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
5954 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
5955 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
5956 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5957 out how your own compiler does it.
5960 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
5962 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
5963 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
5964 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5965 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5966 the work involved in keeping track of the calling convention.
5968 An example of an assembly function using the macro set is given
5969 here:
5971 \c proc    _proc32
5973 \c %$i     arg
5974 \c %$j     arg
5975 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
5976 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
5977 \c         add     eax,[ebx]
5979 \c endproc
5981 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
5982 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
5983 integer. It returns \c{i + *j}.
5985 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
5986 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
5987 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
5988 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
5989 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
5990 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
5991 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
5993 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
5994 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
5995 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
5998 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
5999 Libraries}
6001 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6002 because it contains support for \i{position-independent code}
6003 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6004 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6005 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6007 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6008 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6009 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6010 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6012 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6013 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6014 of the running process. The contents of the library's code section
6015 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6017 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6018 this:
6020 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6022 Instead, the linker provides an area of memory called the
6023 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6024 constant distance from your library's code, so if you can find out
6025 where your library is loaded (which is typically done using a
6026 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6027 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6028 linker-generated entries in the GOT.
6030 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6031 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6032 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6033 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6034 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6035 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6038 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6040 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6041 external symbol:
6043 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6044 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6046 At the beginning of any function in your shared library which plans
6047 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6048 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6049 in this form:
6051 \c func:   push    ebp
6052 \c         mov     ebp,esp
6053 \c         push    ebx
6054 \c         call    .get_GOT
6055 \c .get_GOT:
6056 \c         pop     ebx
6057 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6059 \c         ; the function body comes here
6061 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6062 \c         mov     esp,ebp
6063 \c         pop     ebp
6064 \c         ret
6066 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6067 second leading underscore.)
6069 The first two lines of this function are simply the standard C
6070 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6071 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6072 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6073 libraries use this register to store the address of the GOT.
6075 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6076 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6077 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6078 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6079 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6080 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6081 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6082 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6083 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6084 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6085 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6086 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6087 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6088 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6089 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6090 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6092 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6093 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6094 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6096 \c %macro  get_GOT 0
6098 \c         call    %%getgot
6099 \c   %%getgot:
6100 \c         pop     ebx
6101 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6103 \c %endmacro
6105 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6107 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6108 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6109 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6110 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6111 way this works is like this:
6113 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6115 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6116 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6117 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6118 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6120 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6121 them, they are shared between code modules in the library, but do
6122 not get exported from the library to the program that loaded it.
6123 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6124 can access them in the same way as local variables, using the above
6125 \c{..gotoff} mechanism.
6127 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6128 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6129 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6132 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6134 If your library needs to get at an external variable (external to
6135 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6136 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6137 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6138 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6139 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6140 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6141 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6142 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6143 you would code
6145 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6147 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6148 linker, when it builds the shared library, collects together every
6149 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6150 has every necessary entry present.
6152 Common variables must also be accessed in this way.
6155 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6157 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6158 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6159 you have to give the size of the data item. This is because the
6160 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6161 entries for any exported functions, and also moves exported data
6162 items away from the library's data section in which they were
6163 declared.
6165 So to export a function to users of the library, you must use
6167 \c global  func:function           ; declare it as a function
6169 \c func:   push    ebp
6171 \c         ; etc.
6173 And to export a data item such as an array, you would have to code
6175 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6177 \c array:  resd    128
6178 \c .end:
6180 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6181 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6182 end up living in the data section of the main program, rather than
6183 in your library's data section, where you declared it. So you will
6184 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6185 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6186 effectively, it has become).
6188 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6189 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6190 sort of code:
6192 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6194 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6195 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6196 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6197 pointing at your data section instead of at the exported global
6198 which resides elsewhere.
6200 Instead of the above code, then, you must write
6202 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6204 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6205 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6206 at that address, rather than just relocating by section base.
6208 Either method will work for functions: referring to one of your
6209 functions by means of
6211 \c funcptr:        dd      my_function
6213 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6215 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6217 will give the address of the procedure linkage table for the
6218 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6219 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6222 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6224 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6225 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6226 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6227 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6228 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6229 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6230 in the main program can be transparently passed off to their real
6231 destinations.
6233 To call an external routine, you must use another special PIC
6234 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6235 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6236 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6237 ..plt}.
6240 \S{link} Generating the Library File
6242 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6243 you then generate your shared library with a command such as
6245 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6246 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6248 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6249 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6250 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6251 library file name, with a version number, into the library:
6253 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6255 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6256 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6259 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6261 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6262 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6263 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6264 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6265 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6266 one, or jumps between different-size segments.
6269 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6271 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6272 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6273 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6274 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6275 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6276 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6277 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6278 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6280 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6281 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6282 segment, so just coding, for example,
6284 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6286 will not work, since the offset part of the address will be
6287 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6288 one.
6290 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6291 generate the required instruction by coding it manually, using
6292 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6293 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6295 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6297 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6298 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6299 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6300 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6301 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6302 segment to a 32-bit one.
6304 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6305 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6307 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6309 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6310 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6311 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6314 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6315 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6317 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6318 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6319 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6320 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6321 32-bit segment, or vice versa.
6323 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6324 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6325 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6326 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6328 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6329 the address, since any effective address containing a 32-bit
6330 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6332 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6333 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6335 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6336 instruction and a register) if you already know the precise offset
6337 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6338 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6339 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6341 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6342 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6344 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6346 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6347 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6348 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6350 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6352 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6353 which controls the size of the data stored at the address, with the
6354 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6355 address itself. The two can quite easily be different:
6357 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6359 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6360 offset.
6362 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6363 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6365 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6367 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6368 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6369 offset), and calls that address.
6372 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6374 The other way you might want to access data might be using the
6375 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6376 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6377 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6378 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6380 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6381 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6382 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6383 desired address into \c{ESI} and then code
6385 \c         a32     lodsb
6387 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6388 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6389 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6390 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6392 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6393 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6394 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6395 instructions with implicit addressing:
6396 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6397 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6398 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6399 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6400 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6401 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6402 Also, the
6403 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6404 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6405 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6406 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6407 size from the code segment.
6409 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6410 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6411 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6412 give the value of the segment register being manipulated. To force
6413 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6414 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6416 \c         o16 push    ss
6417 \c         o16 push    ds
6419 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6420 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6421 one.
6423 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6424 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6427 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6429 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6430 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6431 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6432 write position-independent code for shared libraries.
6434 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6435 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6436 registers, which still add their bases.
6438 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6439 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6440 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6441 probably desirable to make that the default, using the directive
6442 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6444 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6445 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6446 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6447 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6448 Please see the ABI documentation for your platform.
6450 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6451 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6452 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6453 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6455 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6456 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6457 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6458 set to zero.
6460 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6462 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6463 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6465 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6466 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6467 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6468 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6470 This is consistent with the AMD documentation and most other
6471 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6472 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6473 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6474 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6475 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6476 the NASM source distribution.
6478 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
6480 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
6481 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
6482 immediates to 32 bits.
6484 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
6486 \c      MOV reg64,imm64
6488 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
6489 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
6490 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
6491 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
6492 immediate as \c{DWORD}:
6494 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
6495 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
6496 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
6497 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
6499 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
6501 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
6502 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
6503 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
6504 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
6505 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
6506 displacement size as \c{QWORD}:
6508 \c      default abs
6510 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
6511 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
6512 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
6514 \c      default rel
6516 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
6517 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
6518 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
6519 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
6521 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
6522 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
6524 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
6526 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
6528 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
6530 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
6531 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
6533 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
6534 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
6535 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
6536 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
6537 calls, and thus are available for use by the function without saving.
6539 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
6541 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6542 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
6543 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
6544 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
6546 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
6548 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
6550 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
6552 \c      void foo(long a, double b, int c)
6554 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
6556 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
6558 The Win64 ABI is described at:
6560 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
6562 What follows is a simplified summary.
6564 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
6565 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
6566 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
6567 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
6568 use by the function without saving.
6570 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
6572 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6573 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
6574 return is \c{XMM0} only.
6576 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
6578 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
6580 \c      void foo(long long a, double b, int c)
6582 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
6584 \C{trouble} Troubleshooting
6586 This chapter describes some of the common problems that users have
6587 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
6588 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
6589 that isn't listed here.
6592 \H{problems} Common Problems
6594 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
6596 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
6597 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
6598 deliberate design feature, connected to predictability of output:
6599 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
6600 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
6601 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
6602 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
6603 have NASM produce the more efficient code automatically enable
6604 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
6607 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
6609 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
6610 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
6611 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
6612 longer.
6614 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
6615 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
6616 type of processor the code it is generating will be run on; so it
6617 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
6618 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
6619 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
6620 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
6621 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
6622 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
6623 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
6624 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
6625 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
6628 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
6630 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
6631 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
6632 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
6633 sector, people who are used to MASM tend to code
6635 \c         ORG 0
6637 \c         ; some boot sector code
6639 \c         ORG 510
6640 \c         DW 0xAA55
6642 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
6643 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
6644 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
6646 \c         ORG 0
6648 \c         ; some boot sector code
6650 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
6651 \c         DW 0xAA55
6653 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
6654 the output to move the assembly point up to 510. This method also
6655 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
6656 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
6657 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
6658 find out what's wrong with it.
6661 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
6663 The other common problem with the above code is people who write the
6664 \c{TIMES} line as
6666 \c         TIMES 510-$ DB 0
6668 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
6669 the difference between them is also a pure number and can happily be
6670 fed to \c{TIMES}.
6672 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
6673 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
6674 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
6675 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
6676 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
6677 information back to the expression evaluator. So from the
6678 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
6679 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
6680 is also not a pure number, but involves a section base. Values
6681 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
6683 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
6684 line in the form
6686 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
6688 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
6689 and so their difference is a pure number. This will solve the
6690 problem and generate sensible code.
6693 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
6695 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
6696 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
6697 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
6698 \i\c{bugtracker} at
6699 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
6700 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
6701 contacts in \k{contact}.
6703 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
6704 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
6705 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
6706 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
6707 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
6708 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
6709 there.
6711 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
6712 information:
6714 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
6715 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
6717 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
6718 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
6719 you were using the standard distribution binaries out of the
6720 archive. If you were using a locally built executable, try to
6721 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
6722 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
6725 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
6726 it. Give us the precise command line, and the contents of the
6727 \c{NASMENV} environment variable if any.
6729 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
6730 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
6731 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
6732 got, and the exact linker command line. If the problem involves
6733 linking against object files generated by a compiler, tell us what
6734 compiler, what version, and what command line or options you used.
6735 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
6736 with the command-line version of the compiler.)
6738 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
6739 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
6740 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
6741 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
6742 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
6743 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
6744 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
6745 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
6746 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
6747 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
6748 demonstrate the problem is much easier to work with than a
6749 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
6750 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
6752 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
6753 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
6754 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
6755 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
6756 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
6757 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
6758 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
6759 generating'; `the object file produced from this source code crashes
6760 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
6761 should be 77 instead'.
6763 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
6764 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
6765 generates the same file, or whether the problem is related to
6766 portability issues between our development platforms and yours. We
6767 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
6768 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
6769 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
6770 for us.
6772 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
6773 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
6774 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
6775 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
6776 differently from us.
6779 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
6781                   The Netwide Disassembler, NDISASM
6783 \H{ndisintro} Introduction
6786 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
6787 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
6788 complete with a full instruction table, and not make as much use of
6789 it as possible, so here's a disassembler which shares the
6790 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
6792 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
6793 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
6794 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
6795 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
6796 disassembles.
6799 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
6801 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
6802 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
6803 are on a Unix system.
6806 \H{ndisrun} Running NDISASM
6808 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
6810 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
6812 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
6813 provided of course that you remember to specify which it is to work
6814 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
6815 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
6817 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
6818 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
6819 summary of command line options.
6822 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
6824 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
6825 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
6826 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
6827 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
6828 this.
6830 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
6831 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
6832 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
6833 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
6834 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
6836 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
6838 \c        ndisasm -o100h filename.com
6840 will do the trick.
6843 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
6845 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
6846 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
6847 will faithfully plough through the data section, producing machine
6848 instructions wherever it can (although most of them will look
6849 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
6850 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
6851 Then it will reach the code section.
6853 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
6854 instruction from part of the data section, and its file position is
6855 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
6856 entirely possible that another spurious instruction will get
6857 generated, starting with the final byte of the data section, and
6858 then the correct first instruction in the code section will not be
6859 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
6860 ideal.
6862 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
6863 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
6864 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
6865 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
6866 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
6867 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
6868 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
6869 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
6870 the instructions in your code section.
6872 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
6873 in terms of the program origin, not the file position. So if you
6874 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
6877 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
6879 rather than
6881 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
6883 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
6884 to, just by repeating the \c{-s} option.
6887 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
6888 \I\c{auto-sync}
6890 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
6891 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
6892 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
6893 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
6894 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
6895 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
6896 needed.
6898 On the other hand, why should you have to specify the sync point
6899 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
6900 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
6901 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
6903 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
6904 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
6905 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
6906 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
6907 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
6908 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
6909 processed, there isn't much it can do about it...)
6911 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
6912 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
6913 the register contains) or involves a segment address (in which case
6914 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
6915 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
6917 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
6918 points in all the right places, and save you from having to place
6919 any sync points manually. However, it should be stressed that
6920 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
6921 you may still have to place some manually.
6923 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
6924 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
6925 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
6926 options.
6928 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
6929 fluke, something in your data section should disassemble to a
6930 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
6931 sync point in a totally random place, for example in the middle of
6932 one of the instructions in your code section. So you may end up with
6933 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
6934 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
6935 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
6936 suppress disassembly of the data area.
6939 \S{ndisother} Other Options
6941 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
6942 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
6943 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
6944 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
6946 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
6947 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
6948 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
6949 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
6950 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
6951 anyway.
6954 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
6956 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
6957 possible, should be sent to
6958 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
6959 developer's site at
6960 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
6961 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
6962 new features as well.
6964 \A{inslist} \i{Instruction List}
6966 \H{inslistintro} Introduction
6968 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
6969 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
6970 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
6971  when appropriate, one or more usage flags.
6973 \& inslist.src