Add support for one-byte relocations
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob6e51cf46d70ac33ecbed653f9f53b44114587a2e
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#   
3 \#   Copyright 1996-2010 The NASM Authors - All Rights Reserved
4 \#   See the file AUTHORS included with the NASM distribution for
5 \#   the specific copyright holders.
6 \#
7 \#   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8 \#   modification, are permitted provided that the following
9 \#   conditions are met:
11 \#   * Redistributions of source code must retain the above copyright
12 \#     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13 \#   * Redistributions in binary form must reproduce the above
14 \#     copyright notice, this list of conditions and the following
15 \#     disclaimer in the documentation and/or other materials provided
16 \#     with the distribution.
18 \#     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
19 \#     CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
20 \#     INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
21 \#     MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22 \#     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
23 \#     CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24 \#     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
25 \#     NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
26 \#     LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27 \#     HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
28 \#     CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
29 \#     OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
30 \#     EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
32 \# --------------------------------------------------------------------------
34 \# Source code to NASM documentation
36 \M{category}{Programming}
37 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
38 \M{year}{1996-2010}
39 \M{author}{The NASM Development Team}
40 \M{copyright_tail}{-- All Rights Reserved}
41 \M{license}{This document is redistributable under the license given in the file "LICENSE" distributed in the NASM archive.}
42 \M{auxinfo}{This release is dedicated to the memory of Charles A. Crayne.  We miss you, Chuck.}
43 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
44 \M{infoname}{NASM}
45 \M{infofile}{nasm}
46 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
47 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
48 \IR{-D} \c{-D} option
49 \IR{-E} \c{-E} option
50 \IR{-F} \c{-F} option
51 \IR{-I} \c{-I} option
52 \IR{-M} \c{-M} option
53 \IR{-MD} \c{-MD} option
54 \IR{-MF} \c{-MF} option
55 \IR{-MG} \c{-MG} option
56 \IR{-MP} \c{-MP} option
57 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
58 \IR{-MT} \c{-MT} option
59 \IR{-O} \c{-O} option
60 \IR{-P} \c{-P} option
61 \IR{-U} \c{-U} option
62 \IR{-X} \c{-X} option
63 \IR{-a} \c{-a} option
64 \IR{-d} \c{-d} option
65 \IR{-e} \c{-e} option
66 \IR{-f} \c{-f} option
67 \IR{-g} \c{-g} option
68 \IR{-i} \c{-i} option
69 \IR{-l} \c{-l} option
70 \IR{-o} \c{-o} option
71 \IR{-p} \c{-p} option
72 \IR{-s} \c{-s} option
73 \IR{-u} \c{-u} option
74 \IR{-v} \c{-v} option
75 \IR{-W} \c{-W} option
76 \IR{-w} \c{-w} option
77 \IR{-y} \c{-y} option
78 \IR{-Z} \c{-Z} option
79 \IR{!=} \c{!=} operator
80 \IR{$, here} \c{$}, Here token
81 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
82 \IR{$$} \c{$$} token
83 \IR{%} \c{%} operator
84 \IR{%%} \c{%%} operator
85 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
86 \IA{%-1}{%+1}
87 \IR{%0} \c{%0} parameter count
88 \IR{&} \c{&} operator
89 \IR{&&} \c{&&} operator
90 \IR{*} \c{*} operator
91 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
92 \IR{/} \c{/} operator
93 \IR{//} \c{//} operator
94 \IR{<} \c{<} operator
95 \IR{<<} \c{<<} operator
96 \IR{<=} \c{<=} operator
97 \IR{<>} \c{<>} operator
98 \IR{=} \c{=} operator
99 \IR{==} \c{==} operator
100 \IR{>} \c{>} operator
101 \IR{>=} \c{>=} operator
102 \IR{>>} \c{>>} operator
103 \IR{?} \c{?} MASM syntax
104 \IR{^} \c{^} operator
105 \IR{^^} \c{^^} operator
106 \IR{|} \c{|} operator
107 \IR{||} \c{||} operator
108 \IR{~} \c{~} operator
109 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
110 \IA{%$$}{%$}
111 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
112 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
113 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
114 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
115 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
116 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
117 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
118 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
119 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
120 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
121 variables
122 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
123 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
124 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
125 \IR{autoconf} Autoconf
126 \IR{bin} bin
127 \IR{bitwise and} bitwise AND
128 \IR{bitwise or} bitwise OR
129 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
130 \IR{block ifs} block IFs
131 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
132 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
133 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
134 \IR{bsd} BSD
135 \IR{c calling convention} C calling convention
136 \IR{c symbol names} C symbol names
137 \IA{critical expressions}{critical expression}
138 \IA{command line}{command-line}
139 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
140 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
141 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
142 \IA{character constants}{character constant}
143 \IR{common object file format} Common Object File Format
144 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
145 in \c{elf}
146 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
147 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
148 \IR{declaring structure} declaring structures
149 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
150 \IR{devpac} DevPac
151 \IR{djgpp} DJGPP
152 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
153 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
154 \IR{dos} DOS
155 \IR{dos archive} DOS archive
156 \IR{dos source archive} DOS source archive
157 \IA{effective address}{effective addresses}
158 \IA{effective-address}{effective addresses}
159 \IR{elf} ELF
160 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
161 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
162 \IR{elf32} \c{elf32}
163 \IR{elf64} \c{elf64}
164 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
165 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
166 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
167 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
168 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
169 \IR{freebsd} FreeBSD
170 \IR{freelink} FreeLink
171 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
172 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
173 convention
174 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
175 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
176 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
177 \IR{got} GOT
178 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
179 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
180 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
181 \IR{intel number formats} Intel number formats
182 \IR{linux, elf} Linux, ELF
183 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
184 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
185 \IR{logical and} logical AND
186 \IR{logical or} logical OR
187 \IR{logical xor} logical XOR
188 \IR{mach object file format} Mach, object file format
189 \IR{mach-o} Mach-O
190 \IR{macho32} \c{macho32}
191 \IR{macho64} \c{macho64}
192 \IR{macos x} MacOS X
193 \IR{masm} MASM
194 \IA{memory reference}{memory references}
195 \IR{minix} Minix
196 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
197 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
198 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
199 \IR{mmx registers} MMX registers
200 \IA{modr/m}{modr/m byte}
201 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
202 \IR{ms-dos} MS-DOS
203 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
204 \IR{multipush} \c{multipush} macro
205 \IR{nan} NaN
206 \IR{nasm version} NASM version
207 \IR{netbsd} NetBSD
208 \IR{omf} OMF
209 \IR{openbsd} OpenBSD
210 \IR{operating system} operating system
211 \IR{os/2} OS/2
212 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
213 \IR{passes} passes, assembly
214 \IR{perl} Perl
215 \IR{pic} PIC
216 \IR{pharlap} PharLap
217 \IR{plt} PLT
218 \IR{plt} \c{PLT} relocations
219 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
220 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
221 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
222 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
223 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
224 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
225 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
226 Object File Format
227 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
228 \IA{repeating}{repeating code}
229 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
230 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
231 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
232 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
233 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
234 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
235 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
236 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
237 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
238 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
239 \IR{shift command} \c{shift} command
240 \IA{sib}{sib byte}
241 \IR{sib byte} SIB byte
242 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
243 \IR{solaris x86} Solaris x86
244 \IA{standard section names}{standardized section names}
245 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
246 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
247 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
248 \IR{tlink} \c{TLINK}
249 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
250 \IR{unicode} Unicode
251 \IR{unix} Unix
252 \IR{utf-8} UTF-8
253 \IR{utf-16} UTF-16
254 \IR{utf-32} UTF-32
255 \IA{sco unix}{unix, sco}
256 \IR{unix, sco} Unix, SCO
257 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
258 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
259 \IA{unix system v}{unix, system v}
260 \IR{unix, system v} Unix, System V
261 \IR{unixware} UnixWare
262 \IR{val} VAL
263 \IR{version number of nasm} version number of NASM
264 \IR{visual c++} Visual C++
265 \IR{www page} WWW page
266 \IR{win32} Win32
267 \IR{win32} Win64
268 \IR{windows} Windows
269 \IR{windows 95} Windows 95
270 \IR{windows nt} Windows NT
271 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
272 \# \IC{program entry point}{start point, program}
273 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
274 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
275 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
278 \C{intro} Introduction
280 \H{whatsnasm} What Is NASM?
282 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
283 for portability and modularity. It supports a range of object file
284 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
285 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
286 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
287 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
288 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
289 strong support for macros.
292 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
294 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
295 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
296 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
297 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
299 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
300 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
302 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
303 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
304 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
305 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
306 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
307 it (properly.)
309 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
310 doesn't seem to have much (or any) documentation.
312 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
313 DOS.
315 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
316 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
317 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
318 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
319 It's expensive too. And it's DOS-only.
321 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
322 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
323 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
324 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
325 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
326 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
327 Again.
330 \S{legal} \i{License} Conditions
332 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
333 distribution archive, for the license conditions under which you may
334 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
335 known as the simplified BSD license.
337 Copyright 1996-2010 the NASM Authors - All rights reserved.
339 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
340 modification, are permitted provided that the following conditions are
341 met:
343 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
344 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
346 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
347 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
348 documentation and/or other materials provided with the distribution.
349       
350 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
351 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
352 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
353 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
354 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
355 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
356 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
357 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
358 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
359 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
360 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
361 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
362 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
365 \H{contact} Contact Information
367 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
368 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
369 (see below for the link).
370 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
372 NASM has a \i{website} at
373 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
374 google for us!
376 \i{New releases}, \i{release candidates}, and \I{snapshots, daily
377 development}\i{daily development snapshots} of NASM are available from
378 the official web site.
380 Announcements are posted to
381 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
382 and to the web site
383 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
385 If you want information about the current development status, please
386 subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list; see link from the
387 website.
390 \H{install} Installation
392 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
394 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
395 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
396 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
397 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
399 The archive will contain a set of executable files: the NASM
400 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
401 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
402 RDOFF file format.
404 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
405 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
406 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
407 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
408 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
409 under other versions of Windows as well.)
411 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
412 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
413 so you can delete it if you need to save space; however, you may
414 want to keep the documentation or test programs.
416 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
417 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
418 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
419 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
420 the source archive.
422 Note that a number of files are generated from other files by Perl
423 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
424 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
425 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
426 documentation. It is possible future source distributions may not
427 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
428 platforms, including DOS and Windows, are available from
429 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
432 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
434 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
435 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
436 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
437 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
438 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
440 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
441 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
442 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
443 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
444 accordingly.
446 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
447 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
448 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
449 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
450 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
451 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
452 install the programs yourself.
454 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
455 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
456 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
457 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
460 \C{running} Running NASM
462 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
464 To assemble a file, you issue a command of the form
466 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
468 For example,
470 \c nasm -f elf myfile.asm
472 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
474 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
476 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
478 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
479 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
480 to give a listing file name, for example:
482 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
484 To get further usage instructions from NASM, try typing
486 \c nasm -h
488 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
489 are.
491 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
492 or \c{ELF}, type
494 \c file nasm
496 (in the directory in which you put the NASM binary when you
497 installed it). If it says something like
499 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
501 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
502 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
504 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
506 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
507 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
508 and are rare these days.)
510 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
511 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
512 messages.
515 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
517 NASM will normally choose the name of your output file for you;
518 precisely how it does this is dependent on the object file format.
519 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
520 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
521 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
522 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
523 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{ieee}, \c{macho32} and \c{macho64})
524 it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith} and \c{srec},
525 it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec}, respectively,
526 and for the \c{bin} format it will simply remove the extension, so
527 that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
529 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
530 has the same name as the input file, in which case it will give a
531 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
533 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
534 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
535 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
536 with the name you wish for the output file, either with or without
537 an intervening space. For example:
539 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
540 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
542 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
543 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
546 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
548 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
549 output file format for you itself. In the distribution versions of
550 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
551 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
552 choose what you want the default to be.
554 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
555 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
557 A complete list of the available output file formats can be given by
558 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
561 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
563 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
564 optional space) by a file name, NASM will generate a
565 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
566 code are listed on the left, and the actual source code, with
567 expansions of multi-line macros (except those which specifically
568 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
569 right. For example:
571 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
573 If a list file is selected, you may turn off listing for a
574 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
575 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
576 form" (without the brackets). This can be used to list only
577 sections of interest, avoiding excessively long listings.
580 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
582 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
583 This can be redirected to a file for further processing. For example:
585 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
588 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
590 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
591 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
592 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
593 dependency list without a prefix.
596 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
598 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
599 output to a file, rather than to stdout.  For example:
601 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
604 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
606 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
607 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
608 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
609 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
610 updated dependencies with every assembly session.  For example:
612 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
615 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
617 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
618 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
619 specified by the \c{-o} option.
622 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
624 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
625 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
626 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
627 quotable in Make.
630 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
632 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
633 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
634 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
635 file has been removed.
638 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
640 This option is used to select the format of the debug information
641 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
642 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
643 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
644 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
645 if \c{-F} is specified.
647 A complete list of the available debug file formats for an output
648 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
649 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
651 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
652 is not built into NASM by default. For information on how
653 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
656 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
658 This option can be used to generate debugging information in the specified
659 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
660 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
661 If no debug information is currently implemented in the selected output
662 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
665 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
667 This option can be used to select an error reporting format for any
668 error messages that might be produced by NASM.
670 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
671 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
672 the default and looks like this:
674 \c filename.asm:65: error: specific error message
676 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
677 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
678 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
679 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
680 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
682 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
683 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
685 \c filename.asm(65) : error: specific error message
687 where the only difference is that the line number is in parentheses
688 instead of being delimited by colons.
690 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
692 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
694 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
695 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
696 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
697 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
698 example) you want to load them into an editor.
700 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
701 which causes errors to be sent to the specified files rather than
702 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
703 the errors into a file by typing
705 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
707 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
708 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
709 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
711 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
713 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
714 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
715 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
716 program, you can type:
718 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
720 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
723 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
725 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
726 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
727 search for the given file not only in the current directory, but also
728 in any directories specified on the command line by the use of the
729 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
730 library}, for example, by typing
732 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
734 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
735 optional).
737 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
738 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
739 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
740 prepended exactly as written to the name of the include file.
741 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
742 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
744 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
745 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
746 to search for the file \c{foobar.i}...)
748 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
749 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
750 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
751 \k{nasmenv}).
753 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
754 be specified as \c{-I}.
757 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
759 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
760 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
761 option. So running
763 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
765 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
766 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
768 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
769 option can also be specified as \c{-P}.
772 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
774 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
775 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
776 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
777 could code
779 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
781 as an alternative to placing the directive
783 \c %define FOO 100
785 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
786 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
787 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
788 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
789 \c{-dDEBUG}.
791 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
792 be specified as \c{-D}.
795 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
797 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
798 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
799 option specified earlier on the command lines.
801 For example, the following command line:
803 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
805 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
806 program. This is useful to override options specified at a different
807 point in a Makefile.
809 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
810 be specified as \c{-U}.
813 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
815 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
816 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
817 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
818 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
819 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
820 if the \c{-o} option is also used).
822 This option cannot be applied to programs which require the
823 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
824 which depend on the values of symbols: so code such as
826 \c %assign tablesize ($-tablestart)
828 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
830 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
831 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
832 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
834 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
836 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
837 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
838 completely and assume the compiler has already done it, to save time
839 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
840 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
841 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
844 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
846 NASM defaults to not optimizing operands which can fit into a signed byte.
847 This means that if you want the shortest possible object code,
848 you have to enable optimization.
850 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
851 levels of optimization.  The syntax is:
853 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
854         if a short form is not specified, except conditional jumps.
855         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
857 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
858         which will fit in a signed byte are optimized,
859         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
860         to the long form unless otherwise specified.
862 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
863         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
864         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
865         has been used (see \k{strict}).  For compatability with earlier
866         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
867         one. This number has no effect on the actual number of passes.
869 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses.
871 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
872 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
875 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
877 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
878 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
880 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
882 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
883 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
884 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
885 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
886 Note that you lose the ability to override the default address type for
887 the instruction.
889 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
890 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
891 \c{include}, \c{local})
893 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
895 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
896 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
897 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
898 conditions are reported like errors, but come up with the word
899 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
900 generating an output file and returning a success status to the
901 operating system.
903 Some conditions are even less severe than that: they are only
904 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
905 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
906 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
907 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
908 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
909 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
911 The \i{suppressible warning} classes are:
913 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
914 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
915 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
916 you might want to disable it.
918 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
919 warning class is disabled by default.
921 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
922 parameters than optional parameters. This warning class
923 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
925 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
926 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
927 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
928 see \k{syntax} for more information.
930 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
931 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
933 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
934 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
935 This warning class is disabled by default.
937 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
938 Enabled by default.
940 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
941 Disabled by default.
943 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
944 Disabled by default.
946 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
947 Enabled by default.
949 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
950 Enabled by default.
952 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
953 default.
955 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
956 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
958 In addition, you can set warning classes across sections.
959 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
960 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
961 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
962 (without the brackets) exists.
964 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
965 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
966 \c{-w-warning}, respectively.
969 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
971 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
972 and the date on which it was compiled.
974 You will need the version number if you report a bug.
976 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
978 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
979 debug info formats for the given output format. The default format
980 is indicated by an asterisk. For example:
982 \c nasm -f elf -y
984 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
985 \c   ('*' denotes default):
986 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
987 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
990 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
992 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
993 (respectively) the given argument to all \c{global} or
994 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
995 underscore to all global and external variables, as C sometimes
996 (but not always) likes it.
999 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
1001 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1002 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1003 processed before the real command line. You can use this to define
1004 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1005 options in the \c{NASMENV} variable.
1007 The value of the variable is split up at white space, so that the
1008 value \c{-s -ic:\\nasmlib\\} will be treated as two separate options.
1009 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1010 what you might want, because it will be split at the space and the
1011 NASM command-line processing will get confused by the two
1012 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1014 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1015 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1016 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1017 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1018 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib\\} is equivalent to setting it to \c{-s
1019 -ic:\\nasmlib\\}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1021 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1022 changed with version 0.98.31.
1025 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1027 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1028 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1029 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1030 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1031 skipping this section.
1034 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1036 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1037 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1038 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1039 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1040 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1041 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1042 will distinguish between labels differing only in case.
1045 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1047 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1048 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1049 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1050 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1051 if you declare, for example,
1053 \c foo     equ     1
1054 \c bar     dw      2
1056 then the two lines of code
1058 \c         mov     ax,foo
1059 \c         mov     ax,bar
1061 generate completely different opcodes, despite having
1062 identical-looking syntaxes.
1064 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1065 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1066 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1067 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1068 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1069 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1070 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1071 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1073 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1074 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1075 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1076 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1077 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1078 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1080 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1081 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1082 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1083 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1084 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1085 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1086 \e{everything} is a label.
1088 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1089 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1090 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1091 portion outside square brackets and another portion inside. The
1092 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1093 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1096 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1098 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1099 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1100 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1101 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1102 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1103 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1104 \c{mov word [var],2}.
1106 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1107 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1108 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1109 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1110 the strings being manipulated.
1113 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1115 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1116 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1117 choose to put in your segment registers, and will never
1118 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1121 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1123 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1124 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1125 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1126 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1127 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1128 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1129 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1130 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1131 track of which external variable definitions are far and which are
1132 near.
1135 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1137 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1138 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1139 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1140 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1142 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1143 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1144 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1145 on a misunderstanding by the authors.
1148 \S{qsother} Other Differences
1150 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1151 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1153 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1154 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1155 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1156 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1157 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1158 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1159 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1161 In addition to all of this, macros and directives work completely
1162 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1163 details.
1166 \C{lang} The NASM Language
1168 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1170 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1171 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1172 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1174 \c label:    instruction operands        ; comment
1176 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1177 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1178 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1179 presence and nature of the instruction field.
1181 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1182 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1183 backslash-ended line.
1185 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1186 have white space before them, or instructions may have no space
1187 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1188 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1189 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1190 valid source line which does nothing but define a label. Running
1191 NASM with the command-line option
1192 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1193 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1195 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1196 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1197 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1198 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1199 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1200 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1201 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1202 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1203 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1204 an identifier is 4095 characters.
1206 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1207 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1208 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1209 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1210 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1211 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1212 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1213 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1214 override}segment register as an instruction prefix: coding
1215 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1216 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1217 syntactic features of the language, but for instructions such as
1218 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1219 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1220 \c{es lodsb}.
1222 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1223 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1224 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1226 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1227 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1229 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1230 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1231 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1232 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1233 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1234 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1236 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1237 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1238 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1239 \# Details of
1240 \# all forms of each supported instruction are given in
1241 \# \k{iref}.
1242 For example, you can code:
1244 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1245 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1247 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1248 \c         fadd    to st1          ; so does this
1250 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1251 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1252 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1255 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1257 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1258 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1259 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1260 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1261 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1262 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1263 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1264 prefix.
1267 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1269 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1270 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1271 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1272 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1274 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1275 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1276 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1277 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1278 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1279 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1280 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1281 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1282 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1283 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1284 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1285 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1286 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1288 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1291 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1293 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1294 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1295 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1296 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1297 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1298 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1299 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1300 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1301 expression}: see \k{crit}.
1303 For example:
1305 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1306 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1307 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1308 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1310 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1312 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1313 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1314 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1315 directly into a game executable file. It can be called in one of
1316 these three ways:
1318 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1319 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1320 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1321 \c                                    ; actually include at most 512
1323 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1324 macro version searches for the file in the include file search path
1325 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1326 overridden if desired.
1329 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1331 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1332 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1333 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1334 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1335 example,
1337 \c message         db      'hello, world'
1338 \c msglen          equ     $-message
1340 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1341 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1342 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1343 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1344 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1345 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1348 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1350 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1351 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1352 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1353 code
1355 \c zerobuf:        times 64 db 0
1357 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1358 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1359 \e{expression}, so you can do things like
1361 \c buffer: db      'hello, world'
1362 \c         times 64-$+buffer db ' '
1364 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1365 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1366 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1368 \c         times 100 movsb
1370 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1371 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1372 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1374 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1376 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1377 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1378 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1379 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1380 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1383 \H{effaddr} Effective Addresses
1385 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1386 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1387 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1388 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1389 example:
1391 \c wordvar dw      123
1392 \c         mov     ax,[wordvar]
1393 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1394 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1396 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1397 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1399 More complicated effective addresses, such as those involving more
1400 than one register, work in exactly the same way:
1402 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1403 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1405 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1406 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1407 all right:
1409 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1410 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1412 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1413 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1414 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1415 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1416 generate the latter on the grounds that the former requires four
1417 bytes to store a zero offset.
1419 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1420 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1421 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1422 default segment registers.
1424 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1425 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1426 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1427 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1428 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1429 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1430 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1431 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1432 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1433 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1434 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1436 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1437 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1438 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1439 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1440 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1441 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1442 the offset to be lost.
1444 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1445 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1446 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1447 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1448 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1449 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1451 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1452 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1453 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1454 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1457 \H{const} \i{Constants}
1459 NASM understands four different types of constant: numeric,
1460 character, string and floating-point.
1463 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1465 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1466 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1467 suffix \c{H} or \c{X}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hexadecimal},
1468 \i{octal} and \i{binary} respectively, or you can prefix \c{0x} for
1469 hexadecimal in the style of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal
1470 in the style of Borland Pascal. Note, though, that the \I{$,
1471 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1472 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1473 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1474 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0o} or
1475 \c{0q} for octal, and \c{0b} for binary.  Please note that unlike C, a
1476 \c{0} prefix by itself does \e{not} imply an octal constant!
1478 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1479 up long strings.
1481 Some examples (all producing exactly the same code):
1483 \c         mov     ax,200          ; decimal
1484 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1485 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1486 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1487 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1488 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1489 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1490 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1491 \c         mov     ax,310q         ; octal
1492 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1493 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1494 \c         mov     ax,0q310        ; hex yet again
1495 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1496 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1497 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1499 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1501 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1502 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1503 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1504 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1505 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1506 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1507 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1510 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1512 \c       \'          single quote (')
1513 \c       \"          double quote (")
1514 \c       \`          backquote (`)
1515 \c       \\\          backslash (\)
1516 \c       \?          question mark (?)
1517 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1518 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1519 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1520 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1521 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1522 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1523 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1524 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1525 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1526 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1527 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1528 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1530 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1531 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1532 sequence.
1534 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1535 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1537 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1538 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1539 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1542 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1544 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1545 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1547 A character constant with more than one byte will be arranged
1548 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1550 \c           mov eax,'abcd'
1552 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1553 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1554 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1555 the sense of character constants understood by the Pentium's
1556 \i\c{CPUID} instruction.
1559 \S{strconst} \i{String Constants}
1561 String constants are character strings used in the context of some
1562 pseudo-instructions, namely the
1563 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1564 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1565 certain preprocessor directives.
1567 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1568 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1569 for the conditions. So the following are equivalent:
1571 \c       db    'hello'               ; string constant
1572 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1574 And the following are also equivalent:
1576 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1577 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1578 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1580 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1581 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1582 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1583 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1584 or four-character constants are treated as strings when they are
1585 operands to \c{DW}, and so forth.
1587 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1589 The special operators \i\c{__utf16__} and \i\c{__utf32__} allows
1590 definition of Unicode strings.  They take a string in UTF-8 format and
1591 converts it to (littleendian) UTF-16 or UTF-32, respectively.
1593 For example:
1595 \c %define u(x) __utf16__(x)
1596 \c %define w(x) __utf32__(x)
1598 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1599 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1601 \c{__utf16__} and \c{__utf32__} can be applied either to strings
1602 passed to the \c{DB} family instructions, or to character constants in
1603 an expression context.
1605 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1607 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1608 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1609 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1610 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1611 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1612 \i\c{__float128h__}.
1614 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1615 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1616 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1617 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1618 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1619 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1620 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1621 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1622 notation.
1624 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1625 floating-point constants as well.
1627 Some examples:
1629 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1630 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1631 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1632 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1633 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1634 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1635 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1636 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1637 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1638 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1639 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1641 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1642 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1643 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1644 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1645 called a "\i{minifloat}."
1647 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1648 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1649 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1650 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1651 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1652 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1653 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1654 floating-point number, respectively.
1656 For example:
1658 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1660 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1661 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1663 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1665 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1666 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1667 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1668 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1669 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1670 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1671 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1672 of floating-point routines, which would significantly increase the
1673 size of the assembler for very little benefit.
1675 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1676 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1677 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1678 respectively.  These are normally used as macros:
1680 \c %define Inf __Infinity__
1681 \c %define NaN __QNaN__
1683 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1685 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1687 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1688 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1689 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1691 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1692 digits.
1694 For example:
1696 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1697 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1698 \c       dt +0p33
1699 \c       dt 33p
1702 \H{expr} \i{Expressions}
1704 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1705 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1706 appropriate size.
1708 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1709 calculations to involve the current assembly position: the
1710 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1711 position at the beginning of the line containing the expression; so
1712 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1713 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1714 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1716 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1717 increasing order of \i{precedence}.
1720 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1722 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1723 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1724 arithmetic operator supported by NASM.
1727 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1729 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1732 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1734 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1737 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1739 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1740 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1741 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1742 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1743 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1746 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1747 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1749 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1750 subtraction.
1753 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1754 \i{Multiplication} and \i{Division}
1756 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1757 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1758 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1759 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1760 \i{signed modulo} operators respectively.
1762 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1763 operation of the signed modulo operator.
1765 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1766 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1767 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1770 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1771 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1773 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1774 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1775 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1776 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1777 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1778 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1781 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1783 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1784 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1785 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1786 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1788 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1789 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1790 the symbol makes sense. So the code
1792 \c         mov     ax,seg symbol
1793 \c         mov     es,ax
1794 \c         mov     bx,symbol
1796 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1798 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1799 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1800 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1801 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1802 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1804 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1805 \c         mov     es,ax
1806 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1808 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1809 pointer to the symbol \c{symbol}.
1811 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1812 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1813 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1814 could code either of
1816 \c         call    (seg procedure):procedure
1817 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1819 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1820 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1821 practice.)
1823 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1824 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1825 to \c{CALL} in these examples.
1827 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1828 must code
1830 \c         dw      symbol, seg symbol
1832 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1833 invent one using the macro processor.
1836 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1838 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1839 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1840 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1841 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1842 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1843 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1844 in \c{BITS 16} mode,
1846 \c         push dword 33
1848 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1850 \c         push strict dword 33
1852 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1853 21 00 00 00}.
1855 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1856 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1859 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1861 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1862 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1863 called \e{Critical Expressions}.
1865 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1866 code and data, so that the second pass, when generating all the
1867 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1868 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1869 symbol declared after the code in question. For example,
1871 \c         times (label-$) db 0
1872 \c label:  db      'Where am I?'
1874 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1875 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1876 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1877 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1878 code
1880 \c         times (label-$+1) db 0
1881 \c label:  db      'NOW where am I?'
1883 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1884 wrong!
1886 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1887 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1888 value is required to be computable in the first pass, and which must
1889 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1890 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1892 \H{locallab} \i{Local Labels}
1894 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1895 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1896 label, which means that it is associated with the previous non-local
1897 label. So, for example:
1899 \c label1  ; some code
1901 \c .loop
1902 \c         ; some more code
1904 \c         jne     .loop
1905 \c         ret
1907 \c label2  ; some code
1909 \c .loop
1910 \c         ; some more code
1912 \c         jne     .loop
1913 \c         ret
1915 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1916 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1917 are kept separate by virtue of each being associated with the
1918 previous non-local label.
1920 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1921 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1922 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1923 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1924 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1925 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1926 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1927 to, you could write
1929 \c label3  ; some more code
1930 \c         ; and some more
1932 \c         jmp label1.loop
1934 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1935 define a label which can be referenced from anywhere but which
1936 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1937 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1938 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1939 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1940 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1941 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1942 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1943 to the local label mechanism. So you could code
1945 \c label1:                         ; a non-local label
1946 \c .local:                         ; this is really label1.local
1947 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1948 \c label2:                         ; another non-local label
1949 \c .local:                         ; this is really label2.local
1951 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1953 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1954 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1955 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}),
1956 \c{..imagebase} is used to find out the offset from a base address
1957 of the current image in the \c{win64} output format (see \k{win64pic}).
1958 So just keep in mind that symbols beginning with a double period are
1959 special.
1962 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1964 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1965 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1966 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1967 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1968 sign.
1970 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1971 character into a single line.  Thus:
1973 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1974 \c         THIS_VALUE
1976 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1977 sequence.
1979 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1981 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1983 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1984 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1985 things like
1987 \c %define ctrl    0x1F &
1988 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1990 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1992 which will expand to
1994 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1996 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1997 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1998 not at definition time. Thus the code
2000 \c %define a(x)    1+b(x)
2001 \c %define b(x)    2*x
2003 \c         mov     ax,a(8)
2005 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2006 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2008 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2009 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2010 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2011 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2012 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2013 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2014 \c{bar}.
2016 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2017 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2018 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2019 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2020 Hence, if you code
2022 \c %define a(x)    1+a(x)
2024 \c         mov     ax,a(3)
2026 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2027 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2028 for an example of its use.
2030 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2031 macros: if you write
2033 \c %define foo(x)   1+x
2034 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2036 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2037 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2038 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2039 you define
2041 \c %define foo bar
2043 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2044 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2045 \e{with} parameters, and vice versa.
2047 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2048 perfectly well define a macro with
2050 \c %define foo bar
2052 and then re-define it later in the same source file with
2054 \c %define foo baz
2056 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2057 according to the most recent definition. This is particularly useful
2058 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2060 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2061 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2064 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2066 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2067 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2068 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2069 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2070 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2072 Suppose you have the following code:
2074 \c %define  isTrue  1
2075 \c %define  isFalse isTrue
2076 \c %define  isTrue  0
2078 \c val1:    db      isFalse
2080 \c %define  isTrue  1
2082 \c val2:    db      isFalse
2084 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2085 This is because, when a single-line macro is defined using
2086 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2087 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2088 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2089 time it is 1.
2091 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2092 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2093 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2095 \c %xdefine isTrue  1
2096 \c %xdefine isFalse isTrue
2097 \c %xdefine isTrue  0
2099 \c val1:    db      isFalse
2101 \c %xdefine isTrue  1
2103 \c val2:    db      isFalse
2105 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2106 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2107 the time that \c{isFalse} was defined.
2110 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2112 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2113 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2114 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2115 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2117 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2119 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2120 select between them.  Similarly, the two statements:
2122 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2123 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2125 have, in fact, exactly the same effect.
2127 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2128 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2131 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2133 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2134 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2135 several similar macros that perform similar functions.
2137 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2138 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2140 As an example, consider the following:
2142 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2144 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2145 \c         .COM1addr       RESW    1
2146 \c         .COM2addr       RESW    1
2147 \c         ; ..and so on
2148 \c endstruc
2150 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2151 we can end up with:
2153 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2154 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2156 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2157 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2159 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2161 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2163 Now the above code can be written as:
2165 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2166 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2168 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2169 in turn, reduce typing errors).
2172 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2174 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2175 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2176 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2177 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2178 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2179 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2181 For example:
2183 \c %idefine Foo mov %?,%??
2185 \c         foo
2186 \c         FOO
2188 will expand to:
2190 \c         mov foo,Foo
2191 \c         mov FOO,Foo
2193 The sequence:
2195 \c %idefine keyword $%?
2197 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2198 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2200 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2203 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2205 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2206 example, the following sequence:
2208 \c %define foo bar
2209 \c %undef  foo
2211 \c         mov     eax, foo
2213 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2214 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2216 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2217 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2218 \k{opt-u}.
2221 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2223 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2224 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2225 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2226 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2228 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2229 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2230 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2231 \c{%assign} directive is processed.
2233 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2234 later, so you can do things like
2236 \c %assign i i+1
2238 to increment the numeric value of a macro.
2240 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2241 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2242 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2244 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2245 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2246 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2247 involving a register).
2250 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2252 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2253 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2254 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2255 before definition.
2257 For example:
2259 \c %defstr test TEST
2261 is equivalent to
2263 \c %define test 'TEST'
2265 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2266 \k{getenv}):
2268 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2271 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2273 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2274 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2275 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2277 For example:
2279 \c %deftok test 'TEST'
2281 is equivalent to
2283 \c %define test TEST
2286 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2288 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2289 supports a few simple string handling macro operators from which
2290 more complex operations can be constructed.
2292 All the string operators define or redefine a value (either a string
2293 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2294 value, it may change the style of quoting of the input string or
2295 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2297 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2299 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2300 a single-line macro.
2302 For example:
2304 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2306 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2307 Similarly:
2309 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2311 ... would assign the value \c{`"foo"\\\\'bar'`} to \c{beta}.
2313 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2316 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2318 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2319 For example:
2321 \c %strlen charcnt 'my string'
2323 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2324 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2325 was a literal string but it could also have been a single-line
2326 macro that expands to a string, as in the following example:
2328 \c %define sometext 'my string'
2329 \c %strlen charcnt sometext
2331 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2332 assigned the value of 9.
2335 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2337 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2338 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2339 than the description:
2341 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2342 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2343 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2344 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2345 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2346 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2348 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2349 single-line macro to be created and the second is the string. The
2350 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2351 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2352 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2353 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2354 values out of range result in an empty string.  A negative length
2355 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2356 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2359 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2361 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2362 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2363 this.
2365 \c %macro  prologue 1
2367 \c         push    ebp
2368 \c         mov     ebp,esp
2369 \c         sub     esp,%1
2371 \c %endmacro
2373 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2374 invoke the macro with a call such as
2376 \c myfunc:   prologue 12
2378 which would expand to the three lines of code
2380 \c myfunc: push    ebp
2381 \c         mov     ebp,esp
2382 \c         sub     esp,12
2384 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2385 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2386 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2387 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2388 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2389 \c{%3} and so on.
2391 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2392 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2394 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2395 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2396 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2397 things like
2399 \c %macro  silly 2
2401 \c     %2: db      %1
2403 \c %endmacro
2405 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2406 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2407 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2410 \#\S{mlrmacro} \i{Recursive Multi-Line Macros}: \I\c{%irmacro}\i\c{%rmacro}
2412 \#A multi-line macro cannot be referenced within itself, in order to
2413 \#prevent accidental infinite recursion.
2415 \#Recursive multi-line macros allow for self-referencing, with the
2416 \#caveat that the user is aware of the existence, use and purpose of
2417 \#recursive multi-line macros. There is also a generous, but sane, upper
2418 \#limit to the number of recursions, in order to prevent run-away memory
2419 \#consumption in case of accidental infinite recursion.
2421 \#As with non-recursive multi-line macros, recursive multi-line macros are
2422 \#\i{case-sensitive}, unless you define them using the alternative
2423 \#directive \c{%irmacro}.
2425 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2427 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2428 defining the same macro name several times with different numbers of
2429 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2430 parameters at all. So you could define
2432 \c %macro  prologue 0
2434 \c         push    ebp
2435 \c         mov     ebp,esp
2437 \c %endmacro
2439 to define an alternative form of the function prologue which
2440 allocates no local stack space.
2442 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2443 instruction; for example, you might want to define
2445 \c %macro  push 2
2447 \c         push    %1
2448 \c         push    %2
2450 \c %endmacro
2452 so that you could code
2454 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2455 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2457 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2458 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2459 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2460 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2461 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2462 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2465 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2467 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2468 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2469 calling the same macro multiple times will use a different label
2470 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2471 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2472 flag is set by doing this:
2474 \c %macro  retz 0
2476 \c         jnz     %%skip
2477 \c         ret
2478 \c     %%skip:
2480 \c %endmacro
2482 You can call this macro as many times as you want, and every time
2483 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2484 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2485 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2486 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2487 interfering with the local label mechanism, as described in
2488 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2489 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2490 they interfere with macro-local labels.
2493 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2495 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2496 command line into one parameter definition, possibly after
2497 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2498 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2499 you might want to be able to write
2501 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2503 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2504 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2505 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2506 the last defined one along with the separating commas. So if you
2507 code:
2509 \c %macro  writefile 2+
2511 \c         jmp     %%endstr
2512 \c   %%str:        db      %2
2513 \c   %%endstr:
2514 \c         mov     dx,%%str
2515 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2516 \c         mov     bx,%1
2517 \c         mov     ah,0x40
2518 \c         int     0x21
2520 \c %endmacro
2522 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2523 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2524 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2525 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2526 \c{db}.
2528 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2529 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2530 \c{%macro} line.
2532 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2533 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2534 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2535 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2536 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2537 into account when overloading macros, and will not allow you to
2538 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2539 example).
2541 Of course, the above macro could have been implemented as a
2542 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2543 look like
2545 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2547 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2548 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2549 definition.
2551 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2554 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2556 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2557 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2558 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2560 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2562 \c         writefile 2,%1
2563 \c         mov     ax,0x4c01
2564 \c         int     0x21
2566 \c %endmacro
2568 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2569 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2570 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2571 called with no parameters, in which case it will use the default
2572 error message supplied in the macro definition.
2574 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2575 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2576 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2577 optional ones. So if a macro definition began with the line
2579 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2581 then it could be called with between one and three parameters, and
2582 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2583 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2584 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2586 You can provide extra information to a macro by providing
2587 too many default parameters:
2589 \c %macro quux 1 something
2591 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2592 more information.
2593 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2594 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2595 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2596 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2597 when the macro is defined, not when it is expanded.
2599 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2600 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2601 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2602 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2603 parameters were really passed to the macro call.
2605 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2606 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2607 and more useful, by changing the first line of the definition to
2609 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2611 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2612 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2613 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2616 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2618 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2619 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2620 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2621 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2622 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2623 Examples are given in \k{rotate}.
2626 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2628 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2629 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2630 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2631 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2632 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2633 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2635 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2636 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2637 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2638 argument list reappear on the right, and vice versa.
2640 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2641 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2642 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2643 parameters are rotated to the right.
2645 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2646 restore a set of registers might work as follows:
2648 \c %macro  multipush 1-*
2650 \c   %rep  %0
2651 \c         push    %1
2652 \c   %rotate 1
2653 \c   %endrep
2655 \c %endmacro
2657 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2658 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2659 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2660 one place to the left, so that the original second argument is now
2661 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2662 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2663 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2665 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2666 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2667 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2669 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2670 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2671 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2672 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2673 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2674 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2675 order from the one in which they were pushed.
2677 This can be done by the following definition:
2679 \c %macro  multipop 1-*
2681 \c   %rep %0
2682 \c   %rotate -1
2683 \c         pop     %1
2684 \c   %endrep
2686 \c %endmacro
2688 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2689 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2690 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2691 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2692 iterated through in reverse order.
2695 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2697 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2698 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2699 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2700 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2701 table, you could code something like
2703 \c %macro keytab_entry 2
2705 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2706 \c                 db      %2
2708 \c %endmacro
2710 \c keytab:
2711 \c           keytab_entry F1,128+1
2712 \c           keytab_entry F2,128+2
2713 \c           keytab_entry Return,13
2715 which would expand to
2717 \c keytab:
2718 \c keyposF1        equ     $-keytab
2719 \c                 db     128+1
2720 \c keyposF2        equ     $-keytab
2721 \c                 db      128+2
2722 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2723 \c                 db      13
2725 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2726 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2728 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2729 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2730 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2731 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2732 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2733 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2734 (literal text to be concatenated to the parameter).
2736 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2737 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2738 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2739 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2740 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2741 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2742 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2743 real names of macro-local labels means that the two usages
2744 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2745 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2747 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2748 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2749 purpose of concatenation.
2751 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2754 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2756 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2757 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2758 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2759 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2760 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2761 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2762 condition code.
2764 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2765 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2766 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2767 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2769 \c %macro  retc 1
2771 \c         j%-1    %%skip
2772 \c         ret
2773 \c   %%skip:
2775 \c %endmacro
2777 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2778 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2779 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2780 \c{JPE}.
2782 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2783 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2784 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2785 because no inverse condition code exists.
2788 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2790 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2791 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2792 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2793 see which instructions in the macro expansion are generating what
2794 code; however, for some macros this clutters the listing up
2795 unnecessarily.
2797 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2798 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2799 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2800 the number of parameters, like this:
2802 \c %macro foo 1.nolist
2804 Or like this:
2806 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2808 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2810 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2811 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2812 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2813 that argument specification.
2815 For example:
2817 \c %macro foo 1-3
2818 \c         ; Do something
2819 \c %endmacro
2820 \c %unmacro foo 1-3
2822 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2824 \c %macro bar 1-3
2825 \c         ; Do something
2826 \c %endmacro
2827 \c %unmacro bar 1
2829 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2830 specification does not match exactly.
2833 \#\S{exitmacro} Exiting Multi-Line Macros: \i\c{%exitmacro}
2835 \#Multi-line macro expansions can be arbitrarily terminated with
2836 \#the \c{%exitmacro} directive.
2838 \#For example:
2840 \#\c %macro foo 1-3
2841 \#\c         ; Do something
2842 \#\c     %if<condition>
2843 \#\c         %exitmacro
2844 \#\c     %endif
2845 \#\c         ; Do something
2846 \#\c %endmacro
2848 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2850 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2851 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2852 syntax of this feature looks like this:
2854 \c %if<condition>
2855 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2856 \c %elif<condition2>
2857 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2858 \c %else
2859 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2860 \c %endif
2862 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2864 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2865 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2867 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2868 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2869 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2870 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2872 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2873 single-line macro existence}
2875 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2876 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2877 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2878 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2880 For example, when debugging a program, you might want to write code
2881 such as
2883 \c           ; perform some function
2884 \c %ifdef DEBUG
2885 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2886 \c %endif
2887 \c           ; go and do something else
2889 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2890 version of the program which produced debugging messages, and remove
2891 the option to generate the final release version of the program.
2893 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2894 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2895 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2896 \i\c{%elifndef}.
2899 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2900 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2902 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2903 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2905 For example, you may be working with a large project and not have control
2906 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2907 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2908 does exist.
2910 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2911 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2913 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2915 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2917 \c %else
2919 \c      %macro MyMacro 1-3
2921 \c              ; insert code to define the macro
2923 \c      %endmacro
2925 \c %endif
2927 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2928 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2929 conflict.
2931 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2932 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2933 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2936 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2937 stack}
2939 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2940 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2941 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2942 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2943 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2945 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2946 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2949 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2950 arbitrary numeric expressions}
2952 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2953 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2954 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2955 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2956 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2958 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2959 a critical expression (see \k{crit}).
2961 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2962 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2963 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2964 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2965 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2966 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2967 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2968 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2969 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2970 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2971 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2972 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2973 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2974 for true and 0 for false.
2976 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2977 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2979 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2980 Identity\I{testing, exact text identity}
2982 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2983 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2984 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2985 Differences in white space are not counted.
2987 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2989 For example, the following macro pushes a register or number on the
2990 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2992 \c %macro  pushparam 1
2994 \c   %ifidni %1,ip
2995 \c         call    %%label
2996 \c   %%label:
2997 \c   %else
2998 \c         push    %1
2999 \c   %endif
3001 \c %endmacro
3003 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
3004 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
3005 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
3006 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
3008 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
3009 Types\I{testing, token types}
3011 Some macros will want to perform different tasks depending on
3012 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
3013 example, a string output macro might want to be able to cope with
3014 being passed either a string constant or a pointer to an existing
3015 string.
3017 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
3018 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
3019 the first token in the parameter exists and is an identifier.
3020 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3021 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3023 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3024 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3026 \c %macro writefile 2-3+
3028 \c   %ifstr %2
3029 \c         jmp     %%endstr
3030 \c     %if %0 = 3
3031 \c       %%str:    db      %2,%3
3032 \c     %else
3033 \c       %%str:    db      %2
3034 \c     %endif
3035 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3036 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3037 \c   %else
3038 \c                 mov     dx,%2
3039 \c                 mov     cx,%3
3040 \c   %endif
3041 \c                 mov     bx,%1
3042 \c                 mov     ah,0x40
3043 \c                 int     0x21
3045 \c %endmacro
3047 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3048 the following two ways:
3050 \c         writefile [file], strpointer, length
3051 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3053 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3054 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3055 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3056 it itself and works out the address and length for itself.
3058 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3059 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3060 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3061 which case, all but the first two would be lumped together into
3062 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3064 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3065 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3066 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3067 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3069 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3071 Some macros will want to do different things depending on if it is
3072 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3073 versus a multi-token sequence.
3075 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3076 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3077 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3079 For example:
3081 \c %iftoken 1
3083 will assemble the subsequent code, but
3085 \c %iftoken -1
3087 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3088 \c{-}, and the number \c{1}.
3090 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3091 variants are also provided.
3093 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3095 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3096 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3097 any tokens at all, whitespace excepted.
3099 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3100 variants are also provided.
3102 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3104 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3105 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3106 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3107 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3109 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3110 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3111 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3112 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3114 \c %assign i 0
3115 \c %rep    64
3116 \c         inc     word [table+2*i]
3117 \c %assign i i+1
3118 \c %endrep
3120 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3121 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3122 \c{[table+126]}.
3124 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3125 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3126 terminate the loop, like this:
3128 \c fibonacci:
3129 \c %assign i 0
3130 \c %assign j 1
3131 \c %rep 100
3132 \c %if j > 65535
3133 \c     %exitrep
3134 \c %endif
3135 \c         dw j
3136 \c %assign k j+i
3137 \c %assign i j
3138 \c %assign j k
3139 \c %endrep
3141 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3143 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3144 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3145 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3146 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3147 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3148 be gradually used up and other applications to start crashing.
3151 \H{files} Source Files and Dependencies
3153 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3155 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3157 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3158 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3159 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3161 \c %include "macros.mac"
3163 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3164 file containing the \c{%include} directive.
3166 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3167 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3168 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3169 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3170 line using the \c{-i} option.
3172 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3173 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3174 the form
3176 \c %ifndef MACROS_MAC
3177 \c     %define MACROS_MAC
3178 \c     ; now define some macros
3179 \c %endif
3181 then including the file more than once will not cause errors,
3182 because the second time the file is included nothing will happen
3183 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3185 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3186 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3187 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3190 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3192 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3193 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3194 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3195 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3197 For example,
3199 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3201 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3202 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3205 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3207 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3208 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3209 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3211 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3212 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3213 \c{INCBIN} directive looks like:
3215 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3216 \c %pathsearch dep %1
3217 \c %depend dep
3218 \c         incbin dep,%2
3219 \c %endmacro
3221 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3222 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3223 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3226 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3228 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3229 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3230 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3231 described in \k{macropkg}.
3233 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3234 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3235 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3236 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3238 \c %use altreg
3239 \c %use 'altreg'
3241 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3242 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3243 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3245 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3247 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3248 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3249 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3250 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3251 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3252 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3253 able to nest these loops.
3255 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3256 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3257 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3258 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3259 define labels that are local to a particular context on the stack.
3262 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3263 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3265 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3266 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3267 which is the name of the context. For example:
3269 \c %push    foobar
3271 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3272 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3273 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3274 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3275 single macro definition.)
3277 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3278 context from the context stack and destroys it, along with any
3279 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3280 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3283 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3285 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3286 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3287 is used to define a label which is local to the context on the top
3288 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3289 above could be implemented by means of:
3291 \c %macro repeat 0
3293 \c     %push   repeat
3294 \c     %$begin:
3296 \c %endmacro
3298 \c %macro until 1
3300 \c         j%-1    %$begin
3301 \c     %pop
3303 \c %endmacro
3305 and invoked by means of, for example,
3307 \c         mov     cx,string
3308 \c         repeat
3309 \c         add     cx,3
3310 \c         scasb
3311 \c         until   e
3313 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3314 in \c{AL}.
3316 If you need to define, or access, labels local to the context
3317 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3318 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3321 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3323 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3324 a particular context, in just the same way:
3326 \c %define %$localmac 3
3328 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3329 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3330 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3333 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3335 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3336 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3337 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3338 have the side effect of destroying all context-local labels and
3339 macros associated with the context that was just popped.
3341 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3342 with a different name, without touching the associated macros and
3343 labels. So you could replace the destructive code
3345 \c %pop
3346 \c %push   newname
3348 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3351 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3353 This example makes use of almost all the context-stack features,
3354 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3355 implement a block IF statement as a set of macros.
3357 \c %macro if 1
3359 \c     %push if
3360 \c     j%-1  %$ifnot
3362 \c %endmacro
3364 \c %macro else 0
3366 \c   %ifctx if
3367 \c         %repl   else
3368 \c         jmp     %$ifend
3369 \c         %$ifnot:
3370 \c   %else
3371 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3372 \c   %endif
3374 \c %endmacro
3376 \c %macro endif 0
3378 \c   %ifctx if
3379 \c         %$ifnot:
3380 \c         %pop
3381 \c   %elifctx      else
3382 \c         %$ifend:
3383 \c         %pop
3384 \c   %else
3385 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3386 \c   %endif
3388 \c %endmacro
3390 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3391 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3392 that the macros are issued in the right order (for example, not
3393 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3394 not.
3396 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3397 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3398 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3399 to do different things depending on whether the context on top of
3400 the stack is \c{if} or \c{else}.
3402 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3403 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3404 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3405 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3406 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3408 A sample usage of these macros might look like:
3410 \c         cmp     ax,bx
3412 \c         if ae
3413 \c                cmp     bx,cx
3415 \c                if ae
3416 \c                        mov     ax,cx
3417 \c                else
3418 \c                        mov     ax,bx
3419 \c                endif
3421 \c         else
3422 \c                cmp     ax,cx
3424 \c                if ae
3425 \c                        mov     ax,cx
3426 \c                endif
3428 \c         endif
3430 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3431 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3432 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3433 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3436 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3438 The following preprocessor directives provide a way to use
3439 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3441 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3443 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3445 \b\c{%local}  (see \k{local})
3448 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3450 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3451 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3452 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3454 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3455 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3456 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3457 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3459 \c some_function:
3461 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3462 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3463 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3465 \c         mov     ax,[i]
3466 \c         mov     bx,[j_ptr]
3467 \c         add     ax,[bx]
3468 \c         ret
3470 \c     %pop                       ; restore original context
3472 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3473 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3474 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3475 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3478 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3480 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3481 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3482 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3483 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3484 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3486 \c %stacksize flat
3488 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3489 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3490 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3492 \c %stacksize flat64
3494 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3495 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3496 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3498 \c %stacksize large
3500 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3501 assumes that a far form of call was used to get to this address
3502 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3504 \c %stacksize small
3506 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3507 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3508 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3509 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3510 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3511 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3512 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3513 (see \k{local}).
3516 \S{local} \i\c{%local} Directive
3518 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3519 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3520 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3521 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3522 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3523 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3524 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3525 instruction.
3526 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3527 An example of its use is the following:
3529 \c silly_swap:
3531 \c     %push mycontext             ; save the current context
3532 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3533 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3534 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3536 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3537 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3538 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3539 \c         mov     ax,bx
3540 \c         mov     dx,cx
3541 \c         mov     bx,[old_ax]
3542 \c         mov     cx,[old_dx]
3543 \c         leave                   ; restore old bp
3544 \c         ret                     ;
3546 \c     %pop                        ; restore original context
3548 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3549 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3550 current context before the \c{%local} directive may be used.
3551 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3552 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3553 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3554 as shown in the example.
3557 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3559 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3560 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3561 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3562 right macros by means of code like this:
3564 \c %ifdef F1
3565 \c     ; do some setup
3566 \c %elifdef F2
3567 \c     ; do some different setup
3568 \c %else
3569 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3570 \c %endif
3572 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3573 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3574 having to wait until the program crashes on being run and then not
3575 knowing what went wrong.
3577 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3579 \c %ifdef F1
3580 \c     ; do some setup
3581 \c %elifdef F2
3582 \c     ; do some different setup
3583 \c %else
3584 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3585 \c     %define F1
3586 \c %endif
3588 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3589 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3590 depend on symbol values.
3592 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3593 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3594 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3595 messages.
3597 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3598 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3599 are expanded in it, which can be used to display more information to
3600 the user.  For example:
3602 \c %if foo > 64
3603 \c     %assign foo_over foo-64
3604 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3605 \c %endif
3608 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3610 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3611 information from external sources. Currently they include:
3613 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3614 preprocessor (see \k{line}).
3616 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3617 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3619 \S{line} \i\c{%line} Directive
3621 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3622 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3623 this other file would be an original source file, with the current
3624 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3625 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3626 number of the original source file, instead of the file that is being
3627 read by NASM.
3629 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3630 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3631 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3633 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3635 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3636 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3637 which specifies a line increment value; each line of the input file
3638 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3639 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3640 specifies the file name of the original source file.
3642 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3643 all file name and line numbers relative to the values specified
3644 therein.
3647 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3649 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3650 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3651 to store the contents of an environment variable into a string, which
3652 could be used at some other point in your code.
3654 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3655 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3656 could do that as follows:
3658 \c %defstr FOO    %!FOO
3660 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3663 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3665 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3666 when it starts to process any source file. If you really need a
3667 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3668 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3669 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3671 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3672 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3673 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3674 described here.
3677 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3679 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3680 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3681 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3682 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3683 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3684 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3685 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3687 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3688 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3691 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3693 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3694 representing the full version number of the version of nasm being used.
3695 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3696 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3697 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3698 would be equivalent to:
3700 \c         dd      0x00622001
3704 \c         db      1,32,98,0
3706 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3707 line is used just to give an indication of the order that the separate
3708 values will be present in memory.
3711 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3713 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3714 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3716 \c         db      __NASM_VER__
3718 would expand to
3720 \c         db      "0.98.32"
3723 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3725 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3726 name and line number containing the current instruction. The macro
3727 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3728 current input file (which may change through the course of assembly
3729 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3730 numeric constant giving the current line number in the input file.
3732 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3733 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3734 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3735 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3736 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3737 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3738 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3739 here'. You could then write a macro
3741 \c %macro  notdeadyet 0
3743 \c         push    eax
3744 \c         mov     eax,__LINE__
3745 \c         call    stillhere
3746 \c         pop     eax
3748 \c %endmacro
3750 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3751 find the crash point.
3754 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3756 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3757 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3758 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3759 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3760 mode-dependent macros.
3762 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3764 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3765 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3766 list.
3768 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3769 \c  %define NEWLINE 13, 10
3770 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3771 \c  %define NEWLINE 10
3772 \c %endif
3775 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3777 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3778 assembly session.
3780 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3781 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3782 respectively.)
3784 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3785 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3786 \c{HHMMSS} respectively.
3788 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3789 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3790 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3791 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3793 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3794 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3795 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3796 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3797 undefined.
3799 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3800 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3801 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3802 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3803 local time as if it was UTC.
3805 All instances of time and date macros in the same assembly session
3806 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3807 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3808 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3809 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3810 clock:
3812 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3813 \c       __TIME__             "00:00:42"
3814 \c       __DATE_NUM__         20100101
3815 \c       __TIME_NUM__         000042
3816 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3817 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3818 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3819 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3820 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3823 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3824 Include Test
3826 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3827 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3828 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3829 testing if a particular package is invoked or not.
3831 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3832 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3835 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
3837 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
3838 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
3839 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
3840 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
3842 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
3843 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
3844 change in future versions of NASM.}
3847 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3849 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3850 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3851 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3852 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3854 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
3855 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
3856 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
3857 the value of the base offset, and the name of the data type with the
3858 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
3859 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
3860 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
3861 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
3862 the definition.
3864 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3865 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3867 \c struc   mytype
3869 \c   mt_long:      resd    1
3870 \c   mt_word:      resw    1
3871 \c   mt_byte:      resb    1
3872 \c   mt_str:       resb    32
3874 \c endstruc
3876 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3877 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3878 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3879 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3881 The reason why the structure type name is defined at zero by default
3882 is a side effect of allowing structures to work with the local label
3883 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3884 more than one structure, you can define the above structure like this:
3886 \c struc mytype
3888 \c   .long:        resd    1
3889 \c   .word:        resw    1
3890 \c   .byte:        resb    1
3891 \c   .str:         resb    32
3893 \c endstruc
3895 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3896 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3898 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3899 support any form of period notation to refer to the elements of a
3900 structure once you have one (except the above local-label notation),
3901 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3902 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3903 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3904 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3906 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
3907 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
3909 \c push ebp
3910 \c mov ebp, esp
3911 \c sub esp, 40
3913 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
3915 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
3917 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
3918 a base offset:
3920 \c struc mytype, -40
3922 And access an element this way:
3924 \c mov [ebp + mytype.word], ax
3927 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3928 \i{Instances of Structures}
3930 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3931 to do is to declare instances of that structure in your data
3932 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3933 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3934 you code something like this:
3936 \c mystruc:
3937 \c     istruc mytype
3939 \c         at mt_long, dd      123456
3940 \c         at mt_word, dw      1024
3941 \c         at mt_byte, db      'x'
3942 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3944 \c     iend
3946 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3947 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3948 specified structure field, and then to declare the specified data.
3949 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3950 they were specified in the structure definition.
3952 If the data to go in a structure field requires more than one source
3953 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3954 the \c{AT} line. For example:
3956 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3957 \c                     db      190,100,0
3959 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3960 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3961 line:
3963 \c         at mt_str
3964 \c                 db      'hello, world'
3965 \c                 db      13,10,0
3968 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3970 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3971 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3972 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3973 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3975 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3976 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3977 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3978 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3979 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3981 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3982 both compute the number of additional bytes required to bring the
3983 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3984 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3985 perform the alignment.
3987 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3988 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3989 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3990 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3991 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3992 except for special purposes.
3994 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3995 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3996 power of two, or if their second argument generates more than one
3997 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3998 thing.
4000 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4001 be used within structure definitions:
4003 \c struc mytype2
4005 \c   mt_byte:
4006 \c         resb 1
4007 \c         alignb 2
4008 \c   mt_word:
4009 \c         resw 1
4010 \c         alignb 4
4011 \c   mt_long:
4012 \c         resd 1
4013 \c   mt_str:
4014 \c         resb 32
4016 \c endstruc
4018 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4019 relative to the base of the structure.
4021 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4022 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4023 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4024 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4025 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4026 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4027 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4029 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4032 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4034 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4035 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4036 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4037 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4039 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4040 quoted or not.
4043 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4045 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4046 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4047 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4048 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4049 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4050 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4052 Example use:
4054 \c %use altreg
4056 \c proc:
4057 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4058 \c       ret
4060 See also \k{reg64}.
4063 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4065 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4066 macro which is more powerful than the default (and
4067 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4068 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4069 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4070 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4071 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4072 sequence.
4074 The specific instructions generated can be controlled with the
4075 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4076 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4077 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1.
4078 The following modes are possible:
4080 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4081 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4082 default.
4084 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4085 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4086 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4088 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4089 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4090 threshold is 16.
4092 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4093 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4094 threshold is 16.
4096 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4097 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4098 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4099 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4101 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4102 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4103 are used internally by this macro package.
4106 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4108 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4109 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4110 directives. These are described in this chapter.
4112 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4113 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4114 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4115 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4116 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4117 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4119 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4120 directives are not.
4122 In addition to the universal directives described in this chapter,
4123 each object file format can optionally supply extra directives in
4124 order to control particular features of that file format. These
4125 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4126 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4129 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4131 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4132 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4133 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4134 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4136 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4137 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4138 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4139 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4140 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4141 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4142 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4143 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4145 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4146 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4147 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4148 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4149 device drivers and boot loader software.
4151 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4152 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4153 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4154 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4156 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4157 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4158 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4159 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4160 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4161 need an 0x67.
4163 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4164 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4165 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4167 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4168 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4169 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4170 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4171 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4172 necessary.
4174 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4175 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4176 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4177 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4178 REX prefix is used.
4180 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4181 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4182 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4184 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4186 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4188 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4189 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4192 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4194 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4195 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4196 specify most features directly.  However, this is occationally
4197 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4198 to use.
4200 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4201 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4202 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4203 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4204 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4205 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4207 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4208 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4209 other special functions in 64-bit mode, and generating
4210 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4212 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4214 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4215 Sections}
4217 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4218 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4219 which section of the output file the code you write will be
4220 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4221 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4222 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4223 define a new section, if you try to switch to a section that does
4224 not (yet) exist.
4226 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4227 \k{multisec}, all support
4228 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4229 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4230 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4231 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4232 name that has one.
4235 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4237 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4238 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4239 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4240 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4241 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4242 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4243 it. So the user-level directive
4245 \c         SECTION .text
4247 expands to the two lines
4249 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4250 \c         [SECTION .text]
4252 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4253 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4254 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4256 \c %macro  writefile 2+
4258 \c         [section .data]
4260 \c   %%str:        db      %2
4261 \c   %%endstr:
4263 \c         __SECT__
4265 \c         mov     dx,%%str
4266 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4267 \c         mov     bx,%1
4268 \c         mov     ah,0x40
4269 \c         int     0x21
4271 \c %endmacro
4273 This form of the macro, once passed a string to output, first
4274 switches temporarily to the data section of the file, using the
4275 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4276 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4277 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4278 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4279 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4280 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4281 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4282 code in any of several separate code sections.
4285 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4287 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4288 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4289 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4290 given absolute address. The only instructions you can use in this
4291 mode are the \c{RESB} family.
4293 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4295 \c absolute 0x1A
4297 \c     kbuf_chr    resw    1
4298 \c     kbuf_free   resw    1
4299 \c     kbuf        resw    16
4301 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4302 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4303 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4305 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4306 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4308 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4309 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4311 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4312 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4313 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4314 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4316 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4318 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4320 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4321 \c setup:
4322 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4324 \c absolute setup
4326 \c runtimevar1     resw    1
4327 \c runtimevar2     resd    20
4329 \c tsr_end:
4331 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4332 after the setup has finished running, the space it took up can be
4333 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4334 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4335 needs to be made resident.
4338 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4340 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4341 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4342 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4343 defined in some other module and needs to be referred to by this
4344 one. Not every object-file format can support external variables:
4345 the \c{bin} format cannot.
4347 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4348 argument is the name of a symbol:
4350 \c extern  _printf
4351 \c extern  _sscanf,_fscanf
4353 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4354 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4355 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4356 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4357 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4358 by means of the directive
4360 \c extern  _variable:wrt dgroup
4362 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4363 only in that it can take only one argument at a time: the support
4364 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4366 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4367 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4368 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4371 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4373 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4374 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4375 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4376 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4377 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4379 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4380 the definition of the symbol.
4382 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4383 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4384 \c{GLOBAL} directive. For example:
4386 \c global _main
4387 \c _main:
4388 \c         ; some code
4390 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4391 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4392 example, lets you specify whether global data items are functions or
4393 data:
4395 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4397 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4398 user-level form only in that it can take only one argument at a
4399 time.
4402 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4404 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4405 A common variable is much like a global variable declared in the
4406 uninitialized data section, so that
4408 \c common  intvar  4
4410 is similar in function to
4412 \c global  intvar
4413 \c section .bss
4415 \c intvar  resd    1
4417 The difference is that if more than one module defines the same
4418 common variable, then at link time those variables will be
4419 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4420 at the same piece of memory.
4422 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4423 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4424 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4425 specify the alignment requirements of a common variable:
4427 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4428 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4430 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4431 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4432 only one argument at a time.
4435 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4437 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4438 are available on the specified CPU.
4440 Options are:
4442 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4444 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4446 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4448 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4450 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4452 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4454 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4456 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4458 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4460 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4462 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4464 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4466 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4468 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4470 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4472 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4474 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4476 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4477 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4478 instructions are available.
4481 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4483 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4484 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4485 this behaviour:
4487 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4489 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4491 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4493 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4495 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4497 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4499 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4501 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4502 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4503 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4505 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4506 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4509 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4511 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4512 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4513 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4514 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4515 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4516 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4518 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4519 output file based on the input file name and the chosen output
4520 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4521 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4522 name, and substituting an extension defined by the output format.
4523 The extensions are given with each format below.
4526 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4528 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4529 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4530 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4531 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4532 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4533 development.
4535 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4536 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4538 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4539 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4540 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4541 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4543 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4544 leaves your file name as it is once the original extension has been
4545 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4546 into a binary file called \c{binprog}.
4549 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4551 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4552 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4553 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4554 the program begins at when it is loaded into memory.
4556 For example, the following code will generate the longword
4557 \c{0x00000104}:
4559 \c         org     0x100
4560 \c         dd      label
4561 \c label:
4563 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4564 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4565 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4566 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4567 offset which is added to all internal address references within the
4568 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4569 does. See \k{proborg} for further comments.
4572 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4573 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4575 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4576 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4577 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4578 end of the section-definition line. For example,
4580 \c section .data   align=16
4582 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4583 aligned on a 16-byte boundary.
4585 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4586 section start address must be forced to zero. The alignment value
4587 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4588 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4591 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4593 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4594 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4596 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4597 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4598 of course).
4600 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4601 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4602 \i\c{start=}.
4604 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4605 for the calculation of all memory references within that section
4606 with \i\c{vstart=}.
4608 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4609 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4610 start address.
4612 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4613 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4614 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4616 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4617 is directed by default into the \c{.text} section.
4619 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4620 by default.
4622 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4623 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4624 has been specified.
4626 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4627 alignment has been specified.
4629 \b Sections may not overlap.
4631 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4632 which may be used in your code.
4634 \S{map}\i{Map Files}
4636 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4637 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4638 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4639 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4640 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4641 brackets must be used.
4644 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4646 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4647 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4648 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4649 similar utilities.
4651 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4652 the \c{ith} file format.
4654 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4657 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4659 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4660 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4661 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4662 similar utilities.
4664 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4665 the \c{srec} file format.
4667 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4670 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4672 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4673 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4674 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4675 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4677 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4679 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4680 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4681 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4682 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4683 file format.
4685 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4686 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4687 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4689 If your source file contains code before specifying an explicit
4690 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4691 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4693 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4694 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4695 address of the segment. So, for example:
4697 \c segment data
4699 \c dvar:   dw      1234
4701 \c segment code
4703 \c function:
4704 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4705 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4706 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4707 \c         ret
4709 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4710 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4711 like
4713 \c extern  foo
4715 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4716 \c       mov   ds,ax
4717 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4718 \c       mov   es,ax
4719 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4720 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4723 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4724 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4726 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4727 directive to allow you to specify various properties of the segment
4728 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4729 end of the segment-definition line. For example,
4731 \c segment code private align=16
4733 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4734 segment, and requires that the portion of it described in this code
4735 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4737 The available qualifiers are:
4739 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4740 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4741 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4742 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4743 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4744 than stuck end-to-end.
4746 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4747 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4748 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4749 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4750 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4751 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4752 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4753 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4754 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4756 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4757 indicates to the linker that segments of the same class should be
4758 placed near each other in the output file. The class name can be any
4759 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4761 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4762 as an argument, and provides overlay information to an
4763 overlay-capable linker.
4765 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4766 the effect of recording the choice in the object file and also
4767 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4768 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4770 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4771 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4772 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4773 defines the group if it is not already defined.
4775 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4776 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4777 are currently known to make sensible use of this feature;
4778 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4779 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4780 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4782 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4783 class, no overlay, and \c{USE16}.
4786 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4788 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4789 single segment register can be used to refer to all the segments in
4790 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4791 you can code
4793 \c segment data
4795 \c         ; some data
4797 \c segment bss
4799 \c         ; some uninitialized data
4801 \c group dgroup data bss
4803 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4804 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4805 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4806 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4807 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4808 segment register.
4810 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4811 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4812 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4813 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4814 base rather than the segment base.
4816 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4817 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4818 segment which is part of more than one group will default to being
4819 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4821 A group does not have to contain any segments; you can still make
4822 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4823 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4824 \c{FLAT} with no segments in it.
4827 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4829 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4830 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4831 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4832 segment, group and symbol names that are written to the object file
4833 to be forced to upper case just before being written. Within a
4834 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4835 be written entirely in upper case if desired.
4837 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4840 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4841 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4843 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4844 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4845 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4846 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4848 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4849 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4850 wish to import and the name of the library you wish to import it
4851 from. For example:
4853 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4855 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4856 known in the library you are importing it from, in case this is not
4857 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4858 once you have imported it. For example:
4860 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4863 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4864 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4866 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4867 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4868 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4869 using the \c{EXPORT} directive.
4871 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4872 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4873 optional second parameter (separated by white space from the first)
4874 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4875 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4876 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4877 off.
4879 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4880 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4881 space. If further parameters are given, the external name must also
4882 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4883 available attributes are:
4885 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4886 resident by the system loader. This is an optimisation for
4887 frequently used symbols imported by name.
4889 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4890 does not make use of any initialized data.
4892 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4893 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4894 between 32-bit and 16-bit segments.
4896 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4897 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4898 the desired number.
4900 For example:
4902 \c     export  myfunc
4903 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4904 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4905 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4908 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4909 Point}
4911 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4912 define the program entry point, where execution will begin when the
4913 program is run. If the object file that defines the entry point is
4914 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4915 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4916 begin.
4919 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4920 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4922 If you declare an external symbol with the directive
4924 \c     extern  foo
4926 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4927 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4928 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4929 \c{foo} you will usually need to do something like
4931 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4932 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4933 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4935 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4936 is going to be accessible from a given segment or group, say
4937 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4938 simply code
4940 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4942 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4943 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4944 alternative form
4946 \c     extern  foo:wrt dgroup
4948 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4949 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4950 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4951 \c{foo wrt dgroup}.
4953 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4954 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4955 your program. It can also be applied to common variables: see
4956 \k{objcommon}.
4959 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4960 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4962 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4963 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4964 specify which your variables should be by the use of the syntax
4966 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4967 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4969 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4970 OMF specification says that they are declared as a number of
4971 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4972 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4973 five-byte elements or one ten-byte element.
4975 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4976 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4977 the variable size, to match when resolving common variables declared
4978 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4979 the element size on your far common variables. This is done by the
4980 following syntax:
4982 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4983 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4985 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4986 keyword is not required when an element size is specified, since
4987 only far commons may have element sizes at all. So the above
4988 declarations could equivalently be
4990 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4991 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4993 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4994 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4995 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4997 \c common  foo     10:wrt dgroup
4998 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4999 \c common  baz     24:wrt data:6
5002 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5004 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5005 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5006 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5007 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5009 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5011 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5012 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5013 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5014 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5015 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5016 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5017 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5018 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5021 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5022 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5024 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5025 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5026 and properties of sections you declare. Section types and properties
5027 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5028 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5029 these qualifiers.
5031 The available qualifiers are:
5033 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5034 code section. This marks the section as readable and executable, but
5035 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5036 section is code.
5038 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5039 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5040 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5041 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5043 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5044 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5045 constants in it.
5047 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5048 which is not included in the executable file by the linker, but may
5049 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5050 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5051 linker to interpret the contents of the section as command-line
5052 options.
5054 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5055 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5056 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5057 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5058 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5059 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5060 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5061 for data (and BSS) sections.
5062 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5063 alignment), though the value does not matter.
5065 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5066 qualifiers are:
5068 \c section .text    code  align=16
5069 \c section .data    data  align=4
5070 \c section .rdata   rdata align=8
5071 \c section .bss     bss   align=4
5073 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5075 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5077 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5078 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5079 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5080 designated read-only table and have alleged entry point verified
5081 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5082 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5083 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5084 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5085 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5086 will not be performed for application in question. Table omission is by
5087 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5088 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5089 \c{/safeseh} command line option.
5091 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5092 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5093 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5095 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5097 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5099 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5100 line to source code:
5102 \c $@feat.00 equ 1
5104 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5105 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5106 developer would choose to assign another value in source file, it would
5107 still be perfectly possible.
5109 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5110 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5111 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5112 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5113 table." Its typical use would be:
5115 \c section .text
5116 \c extern  _MessageBoxA@16
5117 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5118 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5119 \c %endif
5120 \c handler:
5121 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5122 \c         push    DWORD caption
5123 \c         push    DWORD text
5124 \c         push    DWORD 0
5125 \c         call    _MessageBoxA@16
5126 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5127 \c                         ; for exception handler
5128 \c         ret
5129 \c global  _main
5130 \c _main:
5131 \c         push    DWORD handler
5132 \c         push    DWORD [fs:0]
5133 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5134 \c         xor     eax,eax
5135 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5136 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5137 \c         add     esp,4
5138 \c         ret
5139 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5140 \c caption:db      'SEGV',0
5142 \c section .drectve info
5143 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5145 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5146 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5147 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5148 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5149 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5150 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5151 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5152 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5153 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5154 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5155 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5156 no notification is provided and user is left with no clue on what
5157 caused application failure.
5159 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5160 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5161 data for "safe exception handler table" causes no backward
5162 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5163 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5166 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5168 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5169 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5170 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5171 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5172 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5174 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5176 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5177 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5178 references. Consider a switch dispatch table:
5180 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
5181 \c         ...
5182 \c dsptch: dq      case0
5183 \c         dq      case1
5184 \c         ...
5186 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5187 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5188 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
5189 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
5190 following:
5192 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5193 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
5195 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5196 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5197 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5198 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5199 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5200 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5201 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5202 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5203 But no worry, it's trivial to fix:
5205 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5206 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
5207 \c         jmp     rbx
5208 \c         ...
5209 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5210 \c         dq      case1-dsptch
5211 \c         ...
5213 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5214 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5215 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5216 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5217 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5218 these image-relative references:
5220 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5221 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
5222 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5223 \c         add     rbx,rax
5224 \c         jmp     rbx
5225 \c         ...
5226 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5227 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5229 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5230 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5231 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5232 become apparent in next paragraph.
5234 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5235 operand only:
5237 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5238 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5239 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5240 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5242 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5244 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5245 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5246 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5247 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5248 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5249 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5250 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5251 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5252 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5253 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5254 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5255 top of the stack.
5257 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5258 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5259 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5260 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5261 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5262 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5263 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5264 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5265 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5266 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5267 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5268 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5269 copying caller's return address to the top of stack and this would
5270 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5271 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5272 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5273 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5274 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5275 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5276 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5277 no, no trace of failure is left.
5279 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5280 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5281 is checked for presence of reference to custom language-specific
5282 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5283 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5284 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5285 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5286 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5287 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5288 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5289 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5290 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5291 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5292 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5293 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5294 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5295 terminating the application.
5297 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5298 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5299 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5300 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5301 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5302 leaf function:
5304 \c default rel
5305 \c section .text
5306 \c extern  MessageBoxA
5307 \c handler:
5308 \c         sub     rsp,40
5309 \c         mov     rcx,0
5310 \c         lea     rdx,[text]
5311 \c         lea     r8,[caption]
5312 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5313 \c         call    MessageBoxA
5314 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5315 \c                         ; for exception handler
5316 \c         add     rsp,40
5317 \c         ret
5318 \c global  main
5319 \c main:
5320 \c         xor     rax,rax
5321 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5322 \c         ret
5323 \c main_end:
5324 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5325 \c caption:db      'SEGV',0
5327 \c section .pdata  rdata align=4
5328 \c         dd      main wrt ..imagebase
5329 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5330 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5331 \c section .xdata  rdata align=8
5332 \c xmain:  db      9,0,0,0
5333 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5334 \c section .drectve info
5335 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5337 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5338 start and end addresses of function" along with reference to associated
5339 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5340 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5341 designated exception handler. References are \e{required} to be
5342 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5343 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5344 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5345 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5346 references, not only above listed required ones, placed into these two
5347 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5348 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5349 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5350 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5352 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5353 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5354 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5355 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5356 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5357 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5358 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5359 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5360 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5361 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5362 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5363 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5364 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5365 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5366 unwinding procedure. Consider following example:
5368 \c function:
5369 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5370 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5371 \c         push    rbx
5372 \c         push    rbp
5373 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5374 \c         sub     r11,rcx
5375 \c         and     r11,-64
5376 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5377 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5378 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5379 \c magic_point:
5380 \c         ...
5381 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5382 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5383 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5384 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5385 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5386 \c         ret
5388 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5389 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5390 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5391 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5392 custom language-specific exception handler would look like this:
5394 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5395 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5396 \c {   ULONG64 *rsp;
5397 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5398 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5399 \c     else
5400 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5401 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5402 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5403 \c         context->R15 = rsp[-1];
5404 \c     }
5405 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5407 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5408 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5409 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5410 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5411 \c     return ExceptionContinueSearch;
5412 \c }
5414 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5415 structure does not have to contain any information about stack frame
5416 and its layout.
5418 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5420 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5421 linking with the \i{DJGPP} linker.
5423 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5425 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5426 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5427 the \c{info} section type are not supported.
5429 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5431 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5432 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5433 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5435 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5437 \H{elffmt} \i\c{elf32} and \i\c{elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5438 Format} Object Files
5440 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},
5441 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5442 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5443 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5445 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5447 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5448 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5449  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5450  most systems which support ELF.
5452 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5453 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5455 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5456 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5457 and properties of sections you declare. Section types and properties
5458 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5459 names}, but may still be
5460 overridden by these qualifiers.
5462 The available qualifiers are:
5464 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5465 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5466 which is not, such as an informational or comment section.
5468 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5469 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5470 which should not.
5472 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5473 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5474 not.
5476 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5477 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5478 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5479 contents given, such as a BSS section.
5481 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5482 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5483 requirements of the section.
5485 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5486 thread local variables.
5488 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5489 qualifiers are:
5491 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5492 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5494 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5495 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5496 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5497 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5498 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5499 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5500 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5501 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5502 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5503 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5504 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5506 (Any section name other than those in the above table
5507  is treated by default like \c{other} in the above table.
5508  Please note that section names are case sensitive.)
5511 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5512 Symbols and \i\c{WRT}
5514 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5515 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5516 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5517 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5518 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5520 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5521 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5522 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5523 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5524 types.
5526 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5527 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5528 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5529 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5531 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5532 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5533 beginning of the current section to the global offset table.
5534 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5535 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5536 result to get the real address of the GOT.
5538 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5539 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5540 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5541 would give the real address of the location you wanted.
5543 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5544 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5545 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5546 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5547 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5548 address of the symbol.
5550 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5551 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5552 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5553 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5554 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5555 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5556 entries absolutely.
5558 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5559 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5560 relative to the start of the section and then adding on the offset
5561 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5562 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5563 peculiarity of the dynamic linker.
5565 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5566 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5568 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5569 Symbols and \i\c{WRT}
5571 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5572 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5573 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5574 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5575 of the symbol with code such as:
5577 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5578 \c        mov  [gs:eax],ebx
5581 \b In ELF64 mode, referring to an external or global symbol using
5582 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5583 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5584 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5585 of the symbol with code such as:
5587 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5588 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5591 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5592 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5594 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5595 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5596 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5597 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5598 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5599 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5600 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5601 to specify these features.
5603 You can specify whether a global variable is a function or a data
5604 object by suffixing the name with a colon and the word
5605 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5606 \c{data}.) For example:
5608 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5610 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5611 \c{hashtable} as a data object.
5613 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5614 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5615 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5616 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5618 \c global   hashlookup:function hidden
5620 You can also specify the size of the data associated with the
5621 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5622 forward references) after the type specifier. Like this:
5624 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5626 \c hashtable:
5627 \c         db this,that,theother  ; some data here
5628 \c .end:
5630 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5631 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5633 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5634 writing shared library code. For more information, see
5635 \k{picglobal}.
5638 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5639 \I{COMMON, elf extensions to}
5641 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5642 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5643 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5644 power of two) after the name and size of the common variable,
5645 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5646 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5648 \c common  dwordarray 128:4
5650 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5651 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5654 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5655 \I{ELF, 16-bit code and}
5657 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5658 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5659 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5660 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5661 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5662 these relocations is generated.
5664 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5665 \I{ELF, Debug formats and}
5667 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5668 Line number information is generated for all executable sections, but please
5669 note that only the ".text" section is executable by default.
5671 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5673 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5674 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5675 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5676 the magic number in the first four bytes of the file is
5677 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5678 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5679 implementation does not.
5681 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5683 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5684 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5685 extensions to any standard directives. It supports only the three
5686 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5689 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5690 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5692 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5693 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5694 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5695 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5696 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5697 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5698 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5700 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5702 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5703 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5704 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5705 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5706 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5708 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5709 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5710 this.
5713 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5715 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5716 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5717 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5718 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5719 itself \c{a.out}.
5721 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5722 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5724 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5725 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5726 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5727 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5728 only special symbol supported is \c{..start}.
5731 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5732 Format}
5734 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5735 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5736 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5737 format the internal structure of the assembler.
5739 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5740 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5741 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5742 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5744 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5745 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5746 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5747 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5748 execute an RDF executable under Linux.
5750 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5751 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5754 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5756 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5757 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5758 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5759 which is the name of the module:
5761 \c     library  mylib.rdl
5764 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5766 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5767 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5768 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5769 of current module:
5771 \c     module  mymodname
5773 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5774 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5775 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5777 \c     module  $kernel.core
5780 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5781 rdf extensions to}
5783 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5784 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5785 telling the linker do not strip it from target executable or library
5786 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5787 is a procedure (function) or data object.
5789 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5790 symbol exported:
5792 \c     global  sys_open:export
5794 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5795 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5797 \c     global  sys_open:export proc
5799 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5800 or \i\c{object} to the directive:
5802 \c     global  kernel_ticks:export data
5805 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
5806 rdf extensions to}
5808 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
5809 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5810 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5811 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5812 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5813 (function) or data object. For example:
5815 \c     library $libc
5816 \c     extern  _open:import
5817 \c     extern  _printf:import proc
5818 \c     extern  _errno:import data
5820 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5821 a hint as to where to find requested symbols.
5824 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5826 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5827 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5828 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
5829 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5831 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5832 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5833 transactions between the main body of NASM and the output-format
5834 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5835 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5836 of the various requests the main program makes of the output driver,
5837 and in what order they happen.
5839 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5841 \c nasm -f dbg filename.asm
5843 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5844 However, this will not work well on files which were designed for a
5845 different object format, because each object format defines its own
5846 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5847 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5848 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5849 native object format selected:
5851 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5852 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5854 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5855 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5856 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5857 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5858 the final diagnostic output.
5860 This workaround will still typically not work for programs intended
5861 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5862 directives have side effects of defining the segment and group names
5863 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5864 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5865 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5866 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5868 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5869 them all to its output file.
5872 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5874 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5875 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5876 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5877 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5878 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5881 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5883 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5884 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5885 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5886 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5887 support the \c{.COM} format.
5889 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5890 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5891 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5892 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5893 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5894 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5895 Yann Guidon for contributing the code for this.
5897 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5898 future releases.
5901 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5903 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5904 by linking \c{.OBJ} files together.
5906 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5907 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5908 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5909 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5910 An LZH archiver can be found at
5911 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5912 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5913 sources) called \i{FREELINK}, available from
5914 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5915 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5916 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5917 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5918 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5920 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5921 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5922 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5923 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5924 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5925 field in the output file header; if more than one defines a start
5926 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5928 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5929 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5930 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5931 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5932 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5933 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5935 \c segment code
5937 \c ..start:
5938 \c         mov     ax,data
5939 \c         mov     ds,ax
5940 \c         mov     ax,stack
5941 \c         mov     ss,ax
5942 \c         mov     sp,stacktop
5944 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5945 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5946 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5947 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5948 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5949 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5950 execute on.
5952 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5953 beginning of this code, which means that will be the entry point
5954 into the resulting executable file.
5956 \c         mov     dx,hello
5957 \c         mov     ah,9
5958 \c         int     0x21
5960 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5961 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5962 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5963 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5965 \c         mov     ax,0x4c00
5966 \c         int     0x21
5968 This terminates the program using another DOS system call.
5970 \c segment data
5972 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5974 The data segment contains the string we want to display.
5976 \c segment stack stack
5977 \c         resb 64
5978 \c stacktop:
5980 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5981 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5982 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5983 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5984 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5985 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5986 type \c{STACK}.
5988 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5989 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5990 world' and then exit.
5993 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5995 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5996 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5997 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5998 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5999 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6000 \c{.EXE} files.
6002 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6003 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6004 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6006 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6007 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6008 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6009 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6010 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6011 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6012 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6013 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6014 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6016 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6017 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6018 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6019 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6020 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6021 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6022 explicitly issue one of your own.
6024 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6025 since this would require a relocation in the header, and things
6026 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6027 base by copying it out of \c{CS} instead.
6029 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6030 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6031 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6032 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6033 \c{EXE_stack 64}.
6035 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6036 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6037 \c{binexe.asm}.
6040 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6042 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6043 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6044 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6045 output format.
6048 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6050 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6051 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6052 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6053 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6054 like
6056 \c         org 100h
6058 \c section .text
6060 \c start:
6061 \c         ; put your code here
6063 \c section .data
6065 \c         ; put data items here
6067 \c section .bss
6069 \c         ; put uninitialized data here
6071 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6072 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6073 you want to and the code will still end up at the front of the file
6074 where it belongs.
6076 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6077 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6078 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6079 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6080 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6081 run.
6083 To assemble the above program, you should use a command line like
6085 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6087 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6088 explicit output file name were specified, so you have to override it
6089 and give the desired file name.
6092 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6094 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6095 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6096 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6097 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6098 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6099 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6100 file.
6102 If you do this, you need to take care of several things:
6104 \b The first object file containing code should start its code
6105 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6106 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6107 segment, so that the linker or converter program does not have to
6108 adjust address references within the file when generating the
6109 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6110 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6111 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6112 in MASM-compatible assemblers.
6114 \b You don't need to define a stack segment.
6116 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6117 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6118 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6119 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6122 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6124 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6125 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6126 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6127 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6128 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6129 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6130 your code segment.
6132 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6133 the various routines inside the driver which do the work. This
6134 structure should be defined at the start of the code segment, even
6135 though it is not actually code.
6137 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6138 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6139 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6140 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6143 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6145 This section covers the basics of writing assembly routines that
6146 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6147 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6148 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6151 \S{16cunder} External Symbol Names
6153 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6154 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6155 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6156 appears in the C program. So, for example, the function a C
6157 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6158 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6159 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6160 not have to worry about name clashes with C symbols.
6162 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6163 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6165 \c %macro  cglobal 1
6167 \c   global  _%1
6168 \c   %define %1 _%1
6170 \c %endmacro
6172 \c %macro  cextern 1
6174 \c   extern  _%1
6175 \c   %define %1 _%1
6177 \c %endmacro
6179 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6180 \c{%rep} construct could solve this.)
6182 If you then declare an external like this:
6184 \c cextern printf
6186 then the macro will expand it as
6188 \c extern  _printf
6189 \c %define printf _printf
6191 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6192 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6194 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6195 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6196 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6198 Also see \k{opt-pfix}.
6200 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6202 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6203 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6204 writing for. This means you have to keep track of the following
6205 things:
6207 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6208 functions are near. This means that function pointers, when stored
6209 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6210 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6211 never changes its value, and always gives the segment part of the
6212 full function address), and that functions are called using ordinary
6213 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6214 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6215 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6216 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6218 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6219 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6220 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6221 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6222 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6223 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6224 \c{CALL FAR} to call external routines.
6226 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6227 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6228 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6229 segment part of the full data item address).
6231 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6232 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6233 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6234 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6235 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6236 pointers you are passed.
6238 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6239 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6240 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6241 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6242 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6244 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6245 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6246 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6247 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6248 and global data items can both be accessed easily without changing
6249 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6250 segments. However, some memory models (though not the standard
6251 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6252 same value to be removed. Be careful about functions' local
6253 variables in this latter case.
6255 In models with a single code segment, the segment is called
6256 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6257 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6258 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6259 called \i\c{_DATA}.
6262 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6264 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6265 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6266 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6267 doing the calling and the function which gets called.
6269 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6270 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6271 argument specified to the function is pushed last).
6273 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6274 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6275 memory model.
6277 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6278 actually necessary, in functions which do not need to access their
6279 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6280 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6281 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6282 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6283 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6284 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6286 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6287 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6288 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6289 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6290 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6291 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6292 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6293 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6294 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6295 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6296 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6297 parameters in reverse order means that the function knows where to
6298 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6299 remaining ones.
6301 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6302 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6303 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6305 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6306 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6307 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6308 compiler) returned in \c{ST0}.
6310 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6311 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6312 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6313 memory model.
6315 \b When the caller regains control from the callee, the function
6316 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6317 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6318 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6319 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6320 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6321 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6322 removing.
6324 It is instructive to compare this calling convention with that for
6325 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6326 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6327 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6328 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6329 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6330 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6331 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6332 which means that a compiler can give better guarantees about
6333 sequence points without performance suffering.
6335 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6336 The following example is for small model:
6338 \c global  _myfunc
6340 \c _myfunc:
6341 \c         push    bp
6342 \c         mov     bp,sp
6343 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6344 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6346 \c         ; some more code
6348 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6349 \c         pop     bp
6350 \c         ret
6352 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6353 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6354 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6355 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6356 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6357 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6359 At the other end of the process, to call a C function from your
6360 assembly code, you would do something like this:
6362 \c extern  _printf
6364 \c       ; and then, further down...
6366 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6367 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6368 \c       call    _printf
6369 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6371 \c       ; then those data items...
6373 \c segment _DATA
6375 \c myint         dw    1234
6376 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6378 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6379 code
6381 \c     int myint = 1234;
6382 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6384 In large model, the function-call code might look more like this. In
6385 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6386 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6387 it first.
6389 \c       push    word [myint]
6390 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6391 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6392 \c       call    far _printf
6393 \c       add    sp,byte 6
6395 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6396 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6397 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6398 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6399 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6400 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6401 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6402 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6403 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6404 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6405 word of parameters.
6408 \S{16cdata} Accessing Data Items
6410 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6411 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6412 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6413 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6414 accessed from assembler as
6416 \c extern _i
6418 \c         mov ax,[_i]
6420 And to declare your own integer variable which C programs can access
6421 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6422 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6424 \c global  _j
6426 \c _j      dw      0
6428 To access a C array, you need to know the size of the components of
6429 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6430 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6431 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6432 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6433 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6434 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6435 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6437 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6438 the base of the structure to the field you are interested in. You
6439 can either do this by converting the C structure definition into a
6440 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6441 one offset and using just that.
6443 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6444 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6445 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6446 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6447 Typically, you might find that a structure like
6449 \c struct {
6450 \c     char c;
6451 \c     int i;
6452 \c } foo;
6454 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6455 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6456 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6457 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6458 out how your own compiler does it.
6461 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6463 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6464 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6465 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6466 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6467 the work involved in keeping track of the calling convention.
6469 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6470 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6472 An example of an assembly function using the macro set is given
6473 here:
6475 \c proc    _nearproc
6477 \c %$i     arg
6478 \c %$j     arg
6479 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6480 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6481 \c         add     ax,[bx]
6483 \c endproc
6485 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6486 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6487 integer. It returns \c{i + *j}.
6489 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6490 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6491 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6492 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6493 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6494 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6495 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6497 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6498 compact-model code) by default. You can have it generate far
6499 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6500 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6501 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6502 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6503 dependency on whether data pointers are far or not.
6505 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6506 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6507 many function parameters will be of type \c{int}.
6509 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6511 \c %define FARCODE
6513 \c proc    _farproc
6515 \c %$i     arg
6516 \c %$j     arg     4
6517 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6518 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6519 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6520 \c         add     ax,[bx]
6522 \c endproc
6524 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6525 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6526 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6529 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6531 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6532 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6534 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6535 not required for Pascal.
6537 \b The memory model is always large: functions are far, data
6538 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6539 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6540 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6541 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6542 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6543 data declared in a Pascal program goes into the default data
6544 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6545 when control is passed to your assembly code. The only things that
6546 do not live in the default data segment are local variables (they
6547 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6548 data \e{pointers}, however, are far.
6550 \b The function calling convention is different - described below.
6552 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6554 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6555 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6556 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6559 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6561 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6562 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6563 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6564 used to denote the function doing the calling and the function which
6565 gets called.
6567 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6568 after another, in normal order (left to right, so that the first
6569 argument specified to the function is pushed first).
6571 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6572 control to the callee.
6574 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6575 actually necessary, in functions which do not need to access their
6576 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6577 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6578 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6579 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6580 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6581 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6583 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6584 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6585 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6586 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6587 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6588 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6589 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6591 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6592 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6593 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6595 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6596 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6597 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6598 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6599 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6600 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6601 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6602 places the returned string value at that location. The pointer is
6603 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6604 \c{RETF} instruction.
6606 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6607 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6608 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6609 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6610 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6611 to be removed from the stack as a side effect of the return
6612 instruction.
6614 \b When the caller regains control from the callee, the function
6615 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6616 do nothing further.
6618 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6619 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6621 \c global  myfunc
6623 \c myfunc: push    bp
6624 \c         mov     bp,sp
6625 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6626 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6627 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6629 \c         ; some more code
6631 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6632 \c         pop     bp
6633 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6635 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6636 assembly code, you would do something like this:
6638 \c extern  SomeFunc
6640 \c        ; and then, further down...
6642 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6643 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6644 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6645 \c        call   far SomeFunc
6647 This is equivalent to the Pascal code
6649 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6650 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6653 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6654 Name Restrictions
6656 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6657 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6658 reading and understanding the various information contained in a
6659 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6660 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6661 restrictions:
6663 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6664 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6666 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6667 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6669 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6670 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6672 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6673 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6676 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6678 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6679 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6680 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6681 definition ensures that functions are far (it implies
6682 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6683 generated with an operand.
6685 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6686 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6687 reverse order. For example:
6689 \c %define PASCAL
6691 \c proc    _pascalproc
6693 \c %$j     arg 4
6694 \c %$i     arg
6695 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6696 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6697 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6698 \c         add     ax,[bx]
6700 \c endproc
6702 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6703 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6704 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6705 and the contents of the pointer. The only difference between this
6706 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6707 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6708 reverse order.
6711 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6713 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6714 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6715 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6716 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6717 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6718 shared libraries.
6720 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6721 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6722 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6723 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6724 address space no matter what segment you work relative to, and that
6725 you should ignore all segment registers completely. When writing
6726 flat-model application code, you never need to use a segment
6727 override or modify any segment register, and the code-section
6728 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6729 space as the data-section addresses you access your variables by and
6730 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6731 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6732 offset part.
6735 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6737 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6738 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6739 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6742 \S{32cunder} External Symbol Names
6744 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6745 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6746 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6747 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6748 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6749 underscore on their assembly-language names.
6751 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6752 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6753 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6754 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6755 though, the leading underscore should not be used.
6757 See also \k{opt-pfix}.
6759 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6761 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6762 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6763 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6764 the function doing the calling and the function which gets called.
6766 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6767 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6768 argument specified to the function is pushed last).
6770 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6771 control to the callee.
6773 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6774 actually necessary, in functions which do not need to access their
6775 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6776 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6777 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6778 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6779 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6780 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6782 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6783 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6784 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6785 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6786 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6787 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6788 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6789 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6790 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6791 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6792 and type of the remaining ones.
6794 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6795 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6796 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6798 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6799 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6800 of the value. Floating-point results are typically returned in
6801 \c{ST0}.
6803 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6804 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6805 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6807 \b When the caller regains control from the callee, the function
6808 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6809 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6810 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6811 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6812 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6813 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6814 removing.
6816 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6817 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6818 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6819 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6820 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6821 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6822 still pushed in right-to-left order.
6824 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6826 \c global  _myfunc
6828 \c _myfunc:
6829 \c         push    ebp
6830 \c         mov     ebp,esp
6831 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6832 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6834 \c         ; some more code
6836 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6837 \c         ret
6839 At the other end of the process, to call a C function from your
6840 assembly code, you would do something like this:
6842 \c extern  _printf
6844 \c         ; and then, further down...
6846 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6847 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6848 \c         call    _printf
6849 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6851 \c         ; then those data items...
6853 \c segment _DATA
6855 \c myint       dd   1234
6856 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6858 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6860 \c     int myint = 1234;
6861 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6864 \S{32cdata} Accessing Data Items
6866 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6867 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6868 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6869 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6870 accessed from assembler as
6872 \c           extern _i
6873 \c           mov eax,[_i]
6875 And to declare your own integer variable which C programs can access
6876 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6877 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6879 \c           global _j
6880 \c _j        dd 0
6882 To access a C array, you need to know the size of the components of
6883 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6884 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6885 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6886 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6887 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6888 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6889 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6890 are also 4 bytes long.
6892 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6893 the base of the structure to the field you are interested in. You
6894 can either do this by converting the C structure definition into a
6895 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6896 one offset and using just that.
6898 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6899 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6900 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6901 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6902 Typically, you might find that a structure like
6904 \c struct {
6905 \c     char c;
6906 \c     int i;
6907 \c } foo;
6909 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6910 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6911 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6912 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6913 out how your own compiler does it.
6916 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6918 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6919 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6920 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6921 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6922 the work involved in keeping track of the calling convention.
6924 An example of an assembly function using the macro set is given
6925 here:
6927 \c proc    _proc32
6929 \c %$i     arg
6930 \c %$j     arg
6931 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6932 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6933 \c         add     eax,[ebx]
6935 \c endproc
6937 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6938 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6939 integer. It returns \c{i + *j}.
6941 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6942 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6943 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6944 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6945 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6946 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6947 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6949 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6950 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6951 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6954 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6955 Libraries}
6957 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6958 because it contains support for \i{position-independent code}
6959 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6960 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6961 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6963 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6964 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6965 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6966 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6968 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6969 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6970 of the running process. The contents of the library's code section
6971 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6973 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6974 this:
6976 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6978 Instead, the linker provides an area of memory called the
6979 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6980 constant distance from your library's code, so if you can find out
6981 where your library is loaded (which is typically done using a
6982 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6983 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6984 linker-generated entries in the GOT.
6986 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6987 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6988 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6989 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6990 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6991 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6994 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6996 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6997 external symbol:
6999 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7000 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7002 At the beginning of any function in your shared library which plans
7003 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7004 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7005 in this form:
7007 \c func:   push    ebp
7008 \c         mov     ebp,esp
7009 \c         push    ebx
7010 \c         call    .get_GOT
7011 \c .get_GOT:
7012 \c         pop     ebx
7013 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7015 \c         ; the function body comes here
7017 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7018 \c         mov     esp,ebp
7019 \c         pop     ebp
7020 \c         ret
7022 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7023 second leading underscore.)
7025 The first two lines of this function are simply the standard C
7026 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7027 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7028 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7029 libraries use this register to store the address of the GOT.
7031 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7032 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7033 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7034 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7035 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7036 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7037 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7038 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7039 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7040 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7041 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7042 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7043 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7044 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7045 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7046 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7048 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7049 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7050 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7052 \c %macro  get_GOT 0
7054 \c         call    %%getgot
7055 \c   %%getgot:
7056 \c         pop     ebx
7057 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7059 \c %endmacro
7061 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7063 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7064 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7065 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7066 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7067 way this works is like this:
7069 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7071 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7072 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7073 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7074 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7076 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7077 them, they are shared between code modules in the library, but do
7078 not get exported from the library to the program that loaded it.
7079 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7080 can access them in the same way as local variables, using the above
7081 \c{..gotoff} mechanism.
7083 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7084 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7085 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7088 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7090 If your library needs to get at an external variable (external to
7091 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7092 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7093 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7094 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7095 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7096 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7097 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7098 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7099 you would code
7101 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7103 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7104 linker, when it builds the shared library, collects together every
7105 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7106 has every necessary entry present.
7108 Common variables must also be accessed in this way.
7111 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7113 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7114 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7115 you have to give the size of the data item. This is because the
7116 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7117 entries for any exported functions, and also moves exported data
7118 items away from the library's data section in which they were
7119 declared.
7121 So to export a function to users of the library, you must use
7123 \c global  func:function           ; declare it as a function
7125 \c func:   push    ebp
7127 \c         ; etc.
7129 And to export a data item such as an array, you would have to code
7131 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7133 \c array:  resd    128
7134 \c .end:
7136 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7137 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7138 end up living in the data section of the main program, rather than
7139 in your library's data section, where you declared it. So you will
7140 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7141 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7142 effectively, it has become).
7144 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7145 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7146 sort of code:
7148 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7150 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7151 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7152 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7153 pointing at your data section instead of at the exported global
7154 which resides elsewhere.
7156 Instead of the above code, then, you must write
7158 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7160 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7161 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7162 at that address, rather than just relocating by section base.
7164 Either method will work for functions: referring to one of your
7165 functions by means of
7167 \c funcptr:        dd      my_function
7169 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7171 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
7173 will give the address of the procedure linkage table for the
7174 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7175 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7178 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7180 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7181 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7182 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7183 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7184 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7185 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7186 in the main program can be transparently passed off to their real
7187 destinations.
7189 To call an external routine, you must use another special PIC
7190 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7191 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7192 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7193 ..plt}.
7196 \S{link} Generating the Library File
7198 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7199 you then generate your shared library with a command such as
7201 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7202 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7204 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7205 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7206 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7207 library file name, with a version number, into the library:
7209 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7211 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7212 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7215 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7217 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7218 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7219 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7220 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7221 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7222 one, or jumps between different-size segments.
7225 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7227 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7228 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7229 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7230 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7231 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7232 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7233 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7234 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7236 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7237 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7238 segment, so just coding, for example,
7240 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7242 will not work, since the offset part of the address will be
7243 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7244 one.
7246 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7247 generate the required instruction by coding it manually, using
7248 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7249 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7251 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7253 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7254 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7255 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7256 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7257 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7258 segment to a 32-bit one.
7260 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7261 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7263 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7265 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7266 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7267 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7270 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7271 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7273 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7274 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7275 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7276 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7277 32-bit segment, or vice versa.
7279 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7280 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7281 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7282 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7284 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7285 the address, since any effective address containing a 32-bit
7286 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7288 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7289 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7291 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7292 instruction and a register) if you already know the precise offset
7293 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7294 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7295 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7297 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7298 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7300 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7302 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7303 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7304 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7306 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7308 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7309 which controls the size of the data stored at the address, with the
7310 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7311 address itself. The two can quite easily be different:
7313 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7315 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7316 offset.
7318 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7319 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7321 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7323 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7324 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7325 offset), and calls that address.
7328 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7330 The other way you might want to access data might be using the
7331 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7332 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7333 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7334 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7336 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7337 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7338 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7339 desired address into \c{ESI} and then code
7341 \c         a32     lodsb
7343 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7344 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7345 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7346 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7348 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7349 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7350 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7351 instructions with implicit addressing:
7352 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7353 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7354 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7355 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7356 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7357 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7358 Also, the
7359 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7360 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7361 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7362 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7363 size from the code segment.
7365 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7366 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7367 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7368 give the value of the segment register being manipulated. To force
7369 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7370 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7372 \c         o16 push    ss
7373 \c         o16 push    ds
7375 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7376 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7377 one.
7379 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7380 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7383 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7385 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7386 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7387 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7388 write position-independent code for shared libraries.
7390 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7391 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7392 registers, which still add their bases.
7394 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7395 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7396 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7397 probably desirable to make that the default, using the directive
7398 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7400 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7401 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7402 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7403 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7404 Please see the ABI documentation for your platform.
7406 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7407 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7408 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7409 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7411 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7412 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7413 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7414 set to zero.
7416 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7418 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7419 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7421 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7422 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7423 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7424 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7426 This is consistent with the AMD documentation and most other
7427 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7428 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7429 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7430 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7431 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7432 can be used for this purpose.
7434 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7436 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7437 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7438 immediates to 32 bits.
7440 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7442 \c      MOV reg64,imm64
7444 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7445 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7446 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7447 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7448 immediate as \c{DWORD}:
7450 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7451 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7452 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7453 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7455 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7457 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7458 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7459 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7460 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7461 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7462 displacement size as \c{QWORD}:
7464 \c      default abs
7466 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7467 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7468 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7470 \c      default rel
7472 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7473 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7474 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7475 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7477 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7478 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7480 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7482 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7484 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7486 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7487 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7489 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7490 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7491 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7492 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7493 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7495 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7497 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7498 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7499 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7500 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7502 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7504 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7506 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7508 \c      void foo(long a, double b, int c)
7510 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7512 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7514 The Win64 ABI is described at:
7516 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7518 What follows is a simplified summary.
7520 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7521 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7522 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7523 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7524 use by the function without saving.
7526 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7528 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7529 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7530 return is \c{XMM0} only.
7532 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7534 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7536 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7538 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7540 \C{trouble} Troubleshooting
7542 This chapter describes some of the common problems that users have
7543 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7544 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7545 that isn't listed here.
7548 \H{problems} Common Problems
7550 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7552 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7553 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7554 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7555 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7556 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7557 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7558 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7559 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7560 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7563 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7565 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7566 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7567 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7568 longer.
7570 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7571 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7572 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7573 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7574 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7575 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7576 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7577 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7578 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7579 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7580 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7581 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7584 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7586 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7587 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7588 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7589 sector, people who are used to MASM tend to code
7591 \c         ORG 0
7593 \c         ; some boot sector code
7595 \c         ORG 510
7596 \c         DW 0xAA55
7598 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7599 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7600 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7602 \c         ORG 0
7604 \c         ; some boot sector code
7606 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7607 \c         DW 0xAA55
7609 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7610 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7611 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7612 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7613 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7614 find out what's wrong with it.
7617 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7619 The other common problem with the above code is people who write the
7620 \c{TIMES} line as
7622 \c         TIMES 510-$ DB 0
7624 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7625 the difference between them is also a pure number and can happily be
7626 fed to \c{TIMES}.
7628 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7629 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7630 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7631 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7632 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7633 information back to the expression evaluator. So from the
7634 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7635 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7636 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7637 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7639 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7640 line in the form
7642 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7644 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7645 and so their difference is a pure number. This will solve the
7646 problem and generate sensible code.
7649 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7651 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7652 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7653 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7654 \i\c{bugtracker} at
7655 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7656 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7657 contacts in \k{contact}.
7659 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7660 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7661 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7662 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7663 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7664 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7665 there.
7667 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7668 information:
7670 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7671 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7673 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7674 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7675 you were using the standard distribution binaries out of the
7676 archive. If you were using a locally built executable, try to
7677 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7678 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7681 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7682 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7683 \c{NASMENV} environment variable if any.
7685 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7686 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7687 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7688 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7689 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7690 compiler, what version, and what command line or options you used.
7691 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7692 with the command-line version of the compiler.)
7694 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7695 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7696 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7697 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7698 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7699 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7700 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7701 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7702 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7703 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7704 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7705 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7706 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7708 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7709 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7710 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7711 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7712 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7713 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7714 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7715 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7716 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7717 should be 77 instead'.
7719 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7720 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7721 generates the same file, or whether the problem is related to
7722 portability issues between our development platforms and yours. We
7723 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7724 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7725 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7726 for us.
7728 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7729 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7730 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7731 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7732 differently from us.
7735 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7737                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7739 \H{ndisintro} Introduction
7742 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7743 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7744 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7745 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7746 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7748 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7749 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7750 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7751 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7752 disassembles.
7755 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7757 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7758 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7759 are on a Unix system.
7762 \H{ndisrun} Running NDISASM
7764 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7766 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7768 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7769 provided of course that you remember to specify which it is to work
7770 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7771 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7773 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7774 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7775 summary of command line options.
7778 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7780 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7781 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7782 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7783 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7784 this.
7786 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7787 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7788 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7789 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7790 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7792 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7794 \c        ndisasm -o100h filename.com
7796 will do the trick.
7799 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7801 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7802 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7803 will faithfully plough through the data section, producing machine
7804 instructions wherever it can (although most of them will look
7805 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7806 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7807 Then it will reach the code section.
7809 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7810 instruction from part of the data section, and its file position is
7811 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7812 entirely possible that another spurious instruction will get
7813 generated, starting with the final byte of the data section, and
7814 then the correct first instruction in the code section will not be
7815 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7816 ideal.
7818 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7819 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7820 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
7821 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7822 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7823 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7824 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7825 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7826 the instructions in your code section.
7828 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7829 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7830 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7833 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7835 rather than
7837 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7839 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7840 to, just by repeating the \c{-s} option.
7843 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7844 \I\c{auto-sync}
7846 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7847 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7848 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7849 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7850 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7851 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7852 needed.
7854 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7855 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7856 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7857 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7859 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7860 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7861 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7862 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7863 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7864 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7865 processed, there isn't much it can do about it...)
7867 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7868 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7869 the register contains) or involves a segment address (in which case
7870 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7871 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7873 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7874 points in all the right places, and save you from having to place
7875 any sync points manually. However, it should be stressed that
7876 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7877 you may still have to place some manually.
7879 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7880 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7881 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7882 options.
7884 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7885 fluke, something in your data section should disassemble to a
7886 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7887 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7888 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7889 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7890 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7891 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7892 suppress disassembly of the data area.
7895 \S{ndisother} Other Options
7897 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7898 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7899 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7900 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7902 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7903 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7904 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7905 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7906 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7907 anyway.
7910 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7912 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7913 possible, should be sent to
7914 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7915 developer's site at
7916 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7917 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7918 new features as well.
7920 \A{inslist} \i{Instruction List}
7922 \H{inslistintro} Introduction
7924 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7925 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7926 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7927  when appropriate, one or more usage flags.
7929 \& inslist.src
7931 \A{changelog} \i{NASM Version History}
7933 \& changes.src