doc: document ifunc()
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob0d210907a503eeb6304219cf6ac54ff693e8c199
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#
3 \#   Copyright 1996-2012 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}{1996-2012}
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{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
43 \M{infoname}{NASM}
44 \M{infofile}{nasm}
45 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
46 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
47 \M{logoyadj}{-72}
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{elfx32} \c{elfx32}
165 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
166 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
167 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
168 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
169 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
170 \IR{freebsd} FreeBSD
171 \IR{freelink} FreeLink
172 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
173 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
174 convention
175 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
176 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
177 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
178 \IR{got} GOT
179 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
180 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
181 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
182 \IR{intel number formats} Intel number formats
183 \IR{linux, elf} Linux, ELF
184 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
185 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
186 \IR{logical and} logical AND
187 \IR{logical or} logical OR
188 \IR{logical xor} logical XOR
189 \IR{mach object file format} Mach, object file format
190 \IR{mach-o} Mach-O
191 \IR{macho32} \c{macho32}
192 \IR{macho64} \c{macho64}
193 \IR{macos x} MacOS X
194 \IR{masm} MASM
195 \IA{memory reference}{memory references}
196 \IR{minix} Minix
197 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
198 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
199 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
200 \IR{mmx registers} MMX registers
201 \IA{modr/m}{modr/m byte}
202 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
203 \IR{ms-dos} MS-DOS
204 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
205 \IR{multipush} \c{multipush} macro
206 \IR{nan} NaN
207 \IR{nasm version} NASM version
208 \IR{netbsd} NetBSD
209 \IR{omf} OMF
210 \IR{openbsd} OpenBSD
211 \IR{operating system} operating system
212 \IR{os/2} OS/2
213 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
214 \IR{passes} passes, assembly
215 \IR{perl} Perl
216 \IR{pic} PIC
217 \IR{pharlap} PharLap
218 \IR{plt} PLT
219 \IR{plt} \c{PLT} relocations
220 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
221 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
222 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
223 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
224 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
225 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
226 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
227 Object File Format
228 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
229 \IA{repeating}{repeating code}
230 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
231 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
232 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
233 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
234 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
235 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
236 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
237 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
238 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
239 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
240 \IR{shift command} \c{shift} command
241 \IA{sib}{sib byte}
242 \IR{sib byte} SIB byte
243 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
244 \IA{sectalign}{sectalign}
245 \IR{solaris x86} Solaris x86
246 \IA{standard section names}{standardized section names}
247 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
248 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
249 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
250 \IR{tlink} \c{TLINK}
251 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
252 \IR{unicode} Unicode
253 \IR{unix} Unix
254 \IR{utf-8} UTF-8
255 \IR{utf-16} UTF-16
256 \IR{utf-32} UTF-32
257 \IA{sco unix}{unix, sco}
258 \IR{unix, sco} Unix, SCO
259 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
260 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
261 \IA{unix system v}{unix, system v}
262 \IR{unix, system v} Unix, System V
263 \IR{unixware} UnixWare
264 \IR{val} VAL
265 \IR{version number of nasm} version number of NASM
266 \IR{visual c++} Visual C++
267 \IR{www page} WWW page
268 \IR{win32} Win32
269 \IR{win32} Win64
270 \IR{windows} Windows
271 \IR{windows 95} Windows 95
272 \IR{windows nt} Windows NT
273 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
274 \# \IC{program entry point}{start point, program}
275 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
276 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
277 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
280 \C{intro} Introduction
282 \H{whatsnasm} What Is NASM?
284 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
285 for portability and modularity. It supports a range of object file
286 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
287 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
288 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
289 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
290 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
291 strong support for macros.
294 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
296 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
297 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
298 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
299 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
301 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
302 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
304 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
305 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
306 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
307 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
308 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
309 it (properly.)
311 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
312 doesn't seem to have much (or any) documentation.
314 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
315 DOS.
317 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
318 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
319 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
320 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
321 It's expensive too. And it's DOS-only.
323 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
324 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
325 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
326 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
327 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
328 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
329 Again.
332 \S{legal} \i{License} Conditions
334 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
335 distribution archive, for the license conditions under which you may
336 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
337 known as the simplified BSD license.
339 Copyright 1996-2011 the NASM Authors - All rights reserved.
341 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
342 modification, are permitted provided that the following conditions are
343 met:
345 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
346 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
348 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
349 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
350 documentation and/or other materials provided with the distribution.
351       
352 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
353 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
354 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
355 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
356 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
357 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
358 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
359 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
360 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
361 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
362 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
363 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
364 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
367 \H{contact} Contact Information
369 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
370 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
371 (see below for the link).
372 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
374 NASM has a \i{website} at
375 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
376 google for us!
378 \i{New releases}, \i{release candidates}, and \I{snapshots, daily
379 development}\i{daily development snapshots} of NASM are available from
380 the official web site.
382 Announcements are posted to
383 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
384 and to the web site
385 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
387 If you want information about the current development status, please
388 subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list; see link from the
389 website.
392 \H{install} Installation
394 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
396 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
397 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
398 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
399 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
401 The archive will contain a set of executable files: the NASM
402 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
403 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
404 RDOFF file format.
406 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
407 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
408 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
409 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
410 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
411 under other versions of Windows as well.)
413 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
414 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
415 so you can delete it if you need to save space; however, you may
416 want to keep the documentation or test programs.
418 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
419 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
420 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
421 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
422 the source archive.
424 Note that a number of files are generated from other files by Perl
425 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
426 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
427 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
428 documentation. It is possible future source distributions may not
429 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
430 platforms, including DOS and Windows, are available from
431 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
434 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
436 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
437 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
438 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
439 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
440 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
442 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
443 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
444 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
445 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
446 accordingly.
448 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
449 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
450 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
451 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
452 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
453 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
454 install the programs yourself.
456 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
457 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
458 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
459 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
462 \C{running} Running NASM
464 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
466 To assemble a file, you issue a command of the form
468 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
470 For example,
472 \c nasm -f elf myfile.asm
474 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
476 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
478 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
480 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
481 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
482 to give a listing file name, for example:
484 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
486 To get further usage instructions from NASM, try typing
488 \c nasm -h
490 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
491 are.
493 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
494 or \c{ELF}, type
496 \c file nasm
498 (in the directory in which you put the NASM binary when you
499 installed it). If it says something like
501 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
503 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
504 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
506 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
508 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
509 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
510 and are rare these days.)
512 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
513 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
514 messages.
517 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
519 NASM will normally choose the name of your output file for you;
520 precisely how it does this is dependent on the object file format.
521 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
522 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
523 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
524 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
525 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{elfx32}, \c{ieee}, \c{macho32} and
526 \c{macho64}) it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith}
527 and \c{srec}, it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec},
528 respectively, and for the \c{bin} format it will simply remove the
529 extension, so that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
531 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
532 has the same name as the input file, in which case it will give a
533 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
535 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
536 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
537 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
538 with the name you wish for the output file, either with or without
539 an intervening space. For example:
541 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
542 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
544 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
545 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
548 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
550 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
551 output file format for you itself. In the distribution versions of
552 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
553 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
554 choose what you want the default to be.
556 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
557 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
559 A complete list of the available output file formats can be given by
560 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
563 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
565 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
566 optional space) by a file name, NASM will generate a
567 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
568 code are listed on the left, and the actual source code, with
569 expansions of multi-line macros (except those which specifically
570 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
571 right. For example:
573 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
575 If a list file is selected, you may turn off listing for a
576 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
577 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
578 form" (without the brackets). This can be used to list only
579 sections of interest, avoiding excessively long listings.
582 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
584 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
585 This can be redirected to a file for further processing. For example:
587 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
590 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
592 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
593 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
594 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
595 dependency list without a prefix.
598 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
600 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
601 output to a file, rather than to stdout.  For example:
603 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
606 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
608 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
609 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
610 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
611 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
612 updated dependencies with every assembly session.  For example:
614 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
617 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
619 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
620 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
621 specified by the \c{-o} option.
624 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
626 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
627 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
628 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
629 quotable in Make.
632 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
634 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
635 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
636 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
637 file has been removed.
640 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
642 This option is used to select the format of the debug information
643 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
644 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
645 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
646 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
647 if \c{-F} is specified.
649 A complete list of the available debug file formats for an output
650 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
651 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
653 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
654 is not built into NASM by default. For information on how
655 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
658 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
660 This option can be used to generate debugging information in the specified
661 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
662 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
663 If no debug information is currently implemented in the selected output
664 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
667 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
669 This option can be used to select an error reporting format for any
670 error messages that might be produced by NASM.
672 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
673 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
674 the default and looks like this:
676 \c filename.asm:65: error: specific error message
678 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
679 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
680 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
681 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
682 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
684 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
685 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
687 \c filename.asm(65) : error: specific error message
689 where the only difference is that the line number is in parentheses
690 instead of being delimited by colons.
692 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
694 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
696 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
697 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
698 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
699 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
700 example) you want to load them into an editor.
702 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
703 which causes errors to be sent to the specified files rather than
704 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
705 the errors into a file by typing
707 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
709 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
710 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
711 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
713 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
715 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
716 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
717 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
718 program, you can type:
720 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
722 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
725 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
727 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
728 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
729 search for the given file not only in the current directory, but also
730 in any directories specified on the command line by the use of the
731 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
732 library}, for example, by typing
734 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
736 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
737 optional).
739 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
740 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
741 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
742 prepended exactly as written to the name of the include file.
743 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
744 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
746 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
747 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
748 to search for the file \c{foobar.i}...)
750 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
751 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
752 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
753 \k{nasmenv}).
755 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
756 be specified as \c{-I}.
759 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
761 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
762 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
763 option. So running
765 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
767 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
768 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
770 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
771 option can also be specified as \c{-P}.
774 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
776 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
777 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
778 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
779 could code
781 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
783 as an alternative to placing the directive
785 \c %define FOO 100
787 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
788 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
789 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
790 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
791 \c{-dDEBUG}.
793 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
794 be specified as \c{-D}.
797 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
799 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
800 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
801 option specified earlier on the command lines.
803 For example, the following command line:
805 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
807 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
808 program. This is useful to override options specified at a different
809 point in a Makefile.
811 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
812 be specified as \c{-U}.
815 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
817 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
818 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
819 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
820 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
821 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
822 if the \c{-o} option is also used).
824 This option cannot be applied to programs which require the
825 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
826 which depend on the values of symbols: so code such as
828 \c %assign tablesize ($-tablestart)
830 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
832 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
833 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
834 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
836 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
838 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
839 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
840 completely and assume the compiler has already done it, to save time
841 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
842 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
843 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
846 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
848 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
849 levels of optimization.  The syntax is:
851 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
852         if a short form is not specified, except conditional jumps.
853         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
855 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
856         which will fit in a signed byte are optimized,
857         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
858         to the long form unless otherwise specified.
860 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
861         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
862         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
863         has been used (see \k{strict}).  For compatibility with earlier
864         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
865         one. This number has no effect on the actual number of passes.
867 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses, and is the default
868 since NASM 2.09.
870 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
871 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
874 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
876 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
877 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
879 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
881 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
882 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
883 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
884 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
885 Note that you lose the ability to override the default address type for
886 the instruction.
888 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
889 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
890 \c{include}, \c{local})
892 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
894 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
895 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
896 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
897 conditions are reported like errors, but come up with the word
898 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
899 generating an output file and returning a success status to the
900 operating system.
902 Some conditions are even less severe than that: they are only
903 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
904 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
905 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
906 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
907 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
908 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
910 The \i{suppressible warning} classes are:
912 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
913 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
914 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
915 you might want to disable it.
917 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
918 warning class is disabled by default.
920 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
921 parameters than optional parameters. This warning class
922 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
924 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
925 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
926 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
927 see \k{syntax} for more information.
929 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
930 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
932 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
933 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
934 This warning class is disabled by default.
936 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
937 Enabled by default.
939 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
940 Disabled by default.
942 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
943 Disabled by default.
945 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
946 Enabled by default.
948 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
949 Enabled by default.
951 \b \i\c{lock} warns about \c{LOCK} prefixes on unlockable instructions.
952 Enabled by default.
954 \b \i\c{hle} warns about invalid use of the HLE \c{XACQUIRE} or \c{XRELEASE}
955 prefixes.
956 Enabled by default.
958 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
959 default.
961 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
962 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
964 In addition, you can set warning classes across sections.
965 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
966 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
967 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
968 (without the brackets) exists.
970 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
971 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
972 \c{-w-warning}, respectively.
975 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
977 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
978 and the date on which it was compiled.
980 You will need the version number if you report a bug.
982 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
984 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
985 debug info formats for the given output format. The default format
986 is indicated by an asterisk. For example:
988 \c nasm -f elf -y
990 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
991 \c   ('*' denotes default):
992 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
993 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
996 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
998 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
999 (respectively) the given argument to all \c{global} or
1000 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
1001 underscore to all global and external variables, as C sometimes
1002 (but not always) likes it.
1005 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
1007 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1008 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1009 processed before the real command line. You can use this to define
1010 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1011 options in the \c{NASMENV} variable.
1013 The value of the variable is split up at white space, so that the
1014 value \c{-s -ic:\\nasmlib\\} will be treated as two separate options.
1015 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1016 what you might want, because it will be split at the space and the
1017 NASM command-line processing will get confused by the two
1018 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1020 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1021 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1022 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1023 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1024 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib\\} is equivalent to setting it to \c{-s
1025 -ic:\\nasmlib\\}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1027 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1028 changed with version 0.98.31.
1031 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1033 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1034 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1035 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1036 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1037 skipping this section.
1040 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1042 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1043 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1044 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1045 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1046 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1047 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1048 will distinguish between labels differing only in case.
1051 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1053 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1054 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1055 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1056 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1057 if you declare, for example,
1059 \c foo     equ     1
1060 \c bar     dw      2
1062 then the two lines of code
1064 \c         mov     ax,foo
1065 \c         mov     ax,bar
1067 generate completely different opcodes, despite having
1068 identical-looking syntaxes.
1070 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1071 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1072 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1073 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1074 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1075 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1076 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1077 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1079 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1080 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1081 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1082 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1083 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1084 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1086 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1087 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1088 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1089 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1090 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1091 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1092 \e{everything} is a label.
1094 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1095 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1096 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1097 portion outside square brackets and another portion inside. The
1098 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1099 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1102 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1104 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1105 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1106 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1107 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1108 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1109 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1110 \c{mov word [var],2}.
1112 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1113 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1114 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1115 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1116 the strings being manipulated.
1119 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1121 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1122 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1123 choose to put in your segment registers, and will never
1124 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1127 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1129 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1130 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1131 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1132 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1133 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1134 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1135 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1136 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1137 track of which external variable definitions are far and which are
1138 near.
1141 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1143 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1144 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1145 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1146 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1148 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1149 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1150 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1151 on a misunderstanding by the authors.
1154 \S{qsother} Other Differences
1156 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1157 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1159 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1160 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1161 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1162 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1163 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1164 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1165 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1167 In addition to all of this, macros and directives work completely
1168 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1169 details.
1172 \C{lang} The NASM Language
1174 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1176 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1177 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1178 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1180 \c label:    instruction operands        ; comment
1182 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1183 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1184 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1185 presence and nature of the instruction field.
1187 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1188 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1189 backslash-ended line.
1191 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1192 have white space before them, or instructions may have no space
1193 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1194 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1195 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1196 valid source line which does nothing but define a label. Running
1197 NASM with the command-line option
1198 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1199 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1201 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1202 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1203 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1204 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1205 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1206 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1207 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1208 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1209 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1210 an identifier is 4095 characters.
1212 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1213 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1214 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1215 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1216 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1217 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1218 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1219 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1220 override}segment register as an instruction prefix: coding
1221 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1222 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1223 syntactic features of the language, but for instructions such as
1224 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1225 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1226 \c{es lodsb}.
1228 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1229 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1230 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1232 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1233 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1235 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1236 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1237 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1238 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1239 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1240 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1242 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1243 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1244 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1245 \# Details of
1246 \# all forms of each supported instruction are given in
1247 \# \k{iref}.
1248 For example, you can code:
1250 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1251 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1253 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1254 \c         fadd    to st1          ; so does this
1256 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1257 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1258 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1261 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1263 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1264 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1265 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1266 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1267 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1268 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1269 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1270 prefix.
1273 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1275 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1276 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1277 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1278 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1280 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1281 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1282 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1283 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1284 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1285 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1286 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1287 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1288 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1289 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1290 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1291 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1292 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1294 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1297 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1299 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1300 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1301 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1302 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1303 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1304 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1305 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1306 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1307 expression}: see \k{crit}.
1309 For example:
1311 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1312 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1313 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1314 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1316 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1318 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1319 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1320 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1321 directly into a game executable file. It can be called in one of
1322 these three ways:
1324 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1325 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1326 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1327 \c                                    ; actually include at most 512
1329 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1330 macro version searches for the file in the include file search path
1331 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1332 overridden if desired.
1335 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1337 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1338 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1339 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1340 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1341 example,
1343 \c message         db      'hello, world'
1344 \c msglen          equ     $-message
1346 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1347 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1348 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1349 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1350 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1351 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1354 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1356 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1357 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1358 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1359 code
1361 \c zerobuf:        times 64 db 0
1363 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1364 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1365 \e{expression}, so you can do things like
1367 \c buffer: db      'hello, world'
1368 \c         times 64-$+buffer db ' '
1370 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1371 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1372 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1374 \c         times 100 movsb
1376 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1377 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1378 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1380 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1382 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1383 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1384 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1385 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1386 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1389 \H{effaddr} Effective Addresses
1391 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1392 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1393 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1394 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1395 example:
1397 \c wordvar dw      123
1398 \c         mov     ax,[wordvar]
1399 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1400 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1402 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1403 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1405 More complicated effective addresses, such as those involving more
1406 than one register, work in exactly the same way:
1408 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1409 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1411 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1412 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1413 all right:
1415 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1416 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1418 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1419 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1420 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1421 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1422 generate the latter on the grounds that the former requires four
1423 bytes to store a zero offset.
1425 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1426 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1427 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1428 default segment registers.
1430 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1431 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1432 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1433 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1434 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1435 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1436 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1437 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1438 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1439 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1440 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1442 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1443 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1444 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1445 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1446 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1447 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1448 the offset to be lost.
1450 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1451 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1452 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1453 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1454 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1455 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1457 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1458 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1459 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1460 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1463 \H{const} \i{Constants}
1465 NASM understands four different types of constant: numeric,
1466 character, string and floating-point.
1469 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1471 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1472 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1473 suffix \c{H} or \c{X}, \c{D} or \c{T}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} or
1474 \c{Y} for \i{hexadecimal}, \i{decimal}, \i{octal} and \i{binary}
1475 respectively, or you can prefix \c{0x}, for hexadecimal in the style
1476 of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal in the style of Borland
1477 Pascal or Motorola Assemblers. Note, though, that the \I{$,
1478 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1479 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1480 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1481 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0d} or
1482 \c{0t} for decimal, \c{0o} or \c{0q} for octal, and \c{0b} or \c{0y}
1483 for binary.  Please note that unlike C, a \c{0} prefix by itself does
1484 \e{not} imply an octal constant!
1486 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1487 up long strings.
1489 Some examples (all producing exactly the same code):
1491 \c         mov     ax,200          ; decimal
1492 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1493 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1494 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1495 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1496 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1497 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1498 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1499 \c         mov     ax,310q         ; octal
1500 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1501 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1502 \c         mov     ax,0q310        ; octal yet again
1503 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1504 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1505 \c         mov     ax,1100_1000y   ; same binary constant once more
1506 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1507 \c         mov     ax,0y1100_1000  ; same binary constant yet again
1509 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1511 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1512 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1513 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1514 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1515 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1516 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1517 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1520 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1522 \c       \'          single quote (')
1523 \c       \"          double quote (")
1524 \c       \`          backquote (`)
1525 \c       \\\          backslash (\)
1526 \c       \?          question mark (?)
1527 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1528 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1529 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1530 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1531 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1532 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1533 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1534 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1535 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1536 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1537 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1538 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1540 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1541 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1542 sequence.
1544 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1545 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1547 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1548 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1549 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1552 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1554 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1555 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1557 A character constant with more than one byte will be arranged
1558 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1560 \c           mov eax,'abcd'
1562 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1563 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1564 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1565 the sense of character constants understood by the Pentium's
1566 \i\c{CPUID} instruction.
1569 \S{strconst} \i{String Constants}
1571 String constants are character strings used in the context of some
1572 pseudo-instructions, namely the
1573 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1574 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1575 certain preprocessor directives.
1577 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1578 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1579 for the conditions. So the following are equivalent:
1581 \c       db    'hello'               ; string constant
1582 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1584 And the following are also equivalent:
1586 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1587 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1588 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1590 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1591 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1592 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1593 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1594 or four-character constants are treated as strings when they are
1595 operands to \c{DW}, and so forth.
1597 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1599 The special operators \i\c{__utf16__}, \i\c{__utf16le__},
1600 \i\c{__utf16be__}, \i\c{__utf32__}, \i\c{__utf32le__} and
1601 \i\c{__utf32be__} allows definition of Unicode strings.  They take a
1602 string in UTF-8 format and converts it to UTF-16 or UTF-32,
1603 respectively.  Unless the \c{be} forms are specified, the output is
1604 littleendian.
1606 For example:
1608 \c %define u(x) __utf16__(x)
1609 \c %define w(x) __utf32__(x)
1611 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1612 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1614 The UTF operators can be applied either to strings passed to the
1615 \c{DB} family instructions, or to character constants in an expression
1616 context.
1618 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1620 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1621 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1622 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1623 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1624 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1625 \i\c{__float128h__}.
1627 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1628 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1629 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1630 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1631 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.
1633 NASM also support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x},
1634 hexadecimal digits, period, optionally more hexadeximal digits, then
1635 optionally a \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent
1636 in decimal notation.  As an extension, NASM additionally supports the
1637 \c{0h} and \c{$} prefixes for hexadecimal, as well binary and octal
1638 floating-point, using the \c{0b} or \c{0y} and \c{0o} or \c{0q}
1639 prefixes, respectively.
1641 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1642 floating-point constants as well.
1644 Some examples:
1646 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1647 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1648 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1649 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1650 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1651 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1652 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1653 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1654 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1655 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1656 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1658 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1659 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1660 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1661 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1662 called a "\i{minifloat}."
1664 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1665 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1666 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1667 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1668 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1669 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1670 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1671 floating-point number, respectively.
1673 For example:
1675 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1677 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1678 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1680 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1682 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1683 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1684 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1685 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1686 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1687 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1688 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1689 of floating-point routines, which would significantly increase the
1690 size of the assembler for very little benefit.
1692 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1693 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1694 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1695 respectively.  These are normally used as macros:
1697 \c %define Inf __Infinity__
1698 \c %define NaN __QNaN__
1700 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1702 The \c{%use fp} standard macro package contains a set of convenience
1703 macros.  See \k{pkg_fp}.
1705 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1707 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1708 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1709 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1711 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1712 digits.
1714 For example:
1716 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1717 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1718 \c       dt +0p33
1719 \c       dt 33p
1722 \H{expr} \i{Expressions}
1724 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1725 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1726 appropriate size.
1728 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1729 calculations to involve the current assembly position: the
1730 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1731 position at the beginning of the line containing the expression; so
1732 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1733 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1734 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1736 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1737 increasing order of \i{precedence}.
1740 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1742 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1743 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1744 arithmetic operator supported by NASM.
1747 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1749 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1752 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1754 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1757 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1759 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1760 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1761 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1762 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1763 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1766 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1767 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1769 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1770 subtraction.
1773 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1774 \i{Multiplication} and \i{Division}
1776 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1777 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1778 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1779 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1780 \i{signed modulo} operators respectively.
1782 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1783 operation of the signed modulo operator.
1785 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1786 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1787 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1790 \S{expmul} \i{Unary Operators}
1792 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are those
1793 which only apply to one argument.  These are \I{+ opunary}\c{+}, \I{-
1794 opunary}\c{-}, \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!}, \i\c{SEG}, and the
1795 \i{integer functions} operators.
1797 \c{-} negates its operand, \c{+} does nothing (it's provided for
1798 symmetry with \c{-}), \c{~} computes the \i{one's complement} of its
1799 operand, \c{!} is the \i{logical negation} operator.
1801 \c{SEG} provides the \i{segment address}
1802 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1804 A set of additional operators with leading and trailing double
1805 underscores are used to implement the integer functions of the
1806 \c{ifunc} macro package, see \k{pkg_ifunc}.
1809 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1811 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1812 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1813 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1814 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1816 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1817 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1818 the symbol makes sense. So the code
1820 \c         mov     ax,seg symbol
1821 \c         mov     es,ax
1822 \c         mov     bx,symbol
1824 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1826 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1827 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1828 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1829 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1830 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1832 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1833 \c         mov     es,ax
1834 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1836 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1837 pointer to the symbol \c{symbol}.
1839 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1840 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1841 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1842 could code either of
1844 \c         call    (seg procedure):procedure
1845 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1847 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1848 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1849 practice.)
1851 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1852 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1853 to \c{CALL} in these examples.
1855 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1856 must code
1858 \c         dw      symbol, seg symbol
1860 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1861 invent one using the macro processor.
1864 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1866 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1867 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1868 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1869 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1870 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1871 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1872 in \c{BITS 16} mode,
1874 \c         push dword 33
1876 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1878 \c         push strict dword 33
1880 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1881 21 00 00 00}.
1883 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1884 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1887 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1889 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1890 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1891 called \e{Critical Expressions}.
1893 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1894 code and data, so that the second pass, when generating all the
1895 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1896 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1897 symbol declared after the code in question. For example,
1899 \c         times (label-$) db 0
1900 \c label:  db      'Where am I?'
1902 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1903 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1904 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1905 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1906 code
1908 \c         times (label-$+1) db 0
1909 \c label:  db      'NOW where am I?'
1911 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1912 wrong!
1914 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1915 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1916 value is required to be computable in the first pass, and which must
1917 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1918 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1920 \H{locallab} \i{Local Labels}
1922 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1923 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1924 label, which means that it is associated with the previous non-local
1925 label. So, for example:
1927 \c label1  ; some code
1929 \c .loop
1930 \c         ; some more code
1932 \c         jne     .loop
1933 \c         ret
1935 \c label2  ; some code
1937 \c .loop
1938 \c         ; some more code
1940 \c         jne     .loop
1941 \c         ret
1943 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1944 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1945 are kept separate by virtue of each being associated with the
1946 previous non-local label.
1948 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1949 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1950 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1951 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1952 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1953 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1954 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1955 to, you could write
1957 \c label3  ; some more code
1958 \c         ; and some more
1960 \c         jmp label1.loop
1962 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1963 define a label which can be referenced from anywhere but which
1964 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1965 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1966 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1967 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1968 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1969 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1970 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1971 to the local label mechanism. So you could code
1973 \c label1:                         ; a non-local label
1974 \c .local:                         ; this is really label1.local
1975 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1976 \c label2:                         ; another non-local label
1977 \c .local:                         ; this is really label2.local
1979 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1981 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1982 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1983 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}),
1984 \c{..imagebase} is used to find out the offset from a base address
1985 of the current image in the \c{win64} output format (see \k{win64pic}).
1986 So just keep in mind that symbols beginning with a double period are
1987 special.
1990 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1992 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1993 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1994 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1995 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1996 sign.
1998 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1999 character into a single line.  Thus:
2001 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
2002 \c         THIS_VALUE
2004 will work like a single-line macro without the backslash-newline
2005 sequence.
2007 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
2009 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
2011 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
2012 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
2013 things like
2015 \c %define ctrl    0x1F &
2016 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
2018 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
2020 which will expand to
2022 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
2024 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
2025 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
2026 not at definition time. Thus the code
2028 \c %define a(x)    1+b(x)
2029 \c %define b(x)    2*x
2031 \c         mov     ax,a(8)
2033 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2034 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2036 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2037 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2038 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2039 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2040 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2041 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2042 \c{bar}.
2044 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2045 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2046 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2047 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2048 Hence, if you code
2050 \c %define a(x)    1+a(x)
2052 \c         mov     ax,a(3)
2054 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2055 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2056 for an example of its use.
2058 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2059 macros: if you write
2061 \c %define foo(x)   1+x
2062 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2064 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2065 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2066 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2067 you define
2069 \c %define foo bar
2071 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2072 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2073 \e{with} parameters, and vice versa.
2075 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2076 perfectly well define a macro with
2078 \c %define foo bar
2080 and then re-define it later in the same source file with
2082 \c %define foo baz
2084 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2085 according to the most recent definition. This is particularly useful
2086 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2088 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2089 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2092 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2094 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2095 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2096 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2097 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2098 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2100 Suppose you have the following code:
2102 \c %define  isTrue  1
2103 \c %define  isFalse isTrue
2104 \c %define  isTrue  0
2106 \c val1:    db      isFalse
2108 \c %define  isTrue  1
2110 \c val2:    db      isFalse
2112 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2113 This is because, when a single-line macro is defined using
2114 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2115 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2116 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2117 time it is 1.
2119 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2120 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2121 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2123 \c %xdefine isTrue  1
2124 \c %xdefine isFalse isTrue
2125 \c %xdefine isTrue  0
2127 \c val1:    db      isFalse
2129 \c %xdefine isTrue  1
2131 \c val2:    db      isFalse
2133 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2134 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2135 the time that \c{isFalse} was defined.
2138 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2140 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2141 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2142 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2143 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2145 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2147 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2148 select between them.  Similarly, the two statements:
2150 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2151 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2153 have, in fact, exactly the same effect.
2155 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2156 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2159 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2161 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2162 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2163 several similar macros that perform similar functions.
2165 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2166 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2168 As an example, consider the following:
2170 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2172 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2173 \c         .COM1addr       RESW    1
2174 \c         .COM2addr       RESW    1
2175 \c         ; ..and so on
2176 \c endstruc
2178 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2179 we can end up with:
2181 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2182 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2184 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2185 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2187 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2189 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2191 Now the above code can be written as:
2193 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2194 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2196 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2197 in turn, reduce typing errors).
2200 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2202 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2203 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2204 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2205 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2206 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2207 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2209 For example:
2211 \c %idefine Foo mov %?,%??
2213 \c         foo
2214 \c         FOO
2216 will expand to:
2218 \c         mov foo,Foo
2219 \c         mov FOO,Foo
2221 The sequence:
2223 \c %idefine keyword $%?
2225 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2226 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2228 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2231 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2233 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2234 example, the following sequence:
2236 \c %define foo bar
2237 \c %undef  foo
2239 \c         mov     eax, foo
2241 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2242 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2244 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2245 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2246 \k{opt-u}.
2249 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2251 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2252 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2253 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2254 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2256 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2257 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2258 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2259 \c{%assign} directive is processed.
2261 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2262 later, so you can do things like
2264 \c %assign i i+1
2266 to increment the numeric value of a macro.
2268 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2269 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2270 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2272 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2273 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2274 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2275 involving a register).
2278 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2280 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2281 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2282 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2283 before definition.
2285 For example:
2287 \c %defstr test TEST
2289 is equivalent to
2291 \c %define test 'TEST'
2293 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2294 \k{getenv}):
2296 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2299 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2301 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2302 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2303 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2305 For example:
2307 \c %deftok test 'TEST'
2309 is equivalent to
2311 \c %define test TEST
2314 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2316 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2317 supports a few simple string handling macro operators from which
2318 more complex operations can be constructed.
2320 All the string operators define or redefine a value (either a string
2321 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2322 value, it may change the style of quoting of the input string or
2323 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2325 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2327 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2328 a single-line macro.
2330 For example:
2332 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2334 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2335 Similarly:
2337 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2339 ... would assign the value \c{`"foo"\\\\'bar'`} to \c{beta}.
2341 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2344 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2346 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2347 For example:
2349 \c %strlen charcnt 'my string'
2351 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2352 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2353 was a literal string but it could also have been a single-line
2354 macro that expands to a string, as in the following example:
2356 \c %define sometext 'my string'
2357 \c %strlen charcnt sometext
2359 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2360 assigned the value of 9.
2363 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2365 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2366 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2367 than the description:
2369 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2370 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2371 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2372 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2373 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2374 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2376 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2377 single-line macro to be created and the second is the string. The
2378 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2379 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2380 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2381 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2382 values out of range result in an empty string.  A negative length
2383 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2384 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2387 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2389 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2390 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2391 this.
2393 \c %macro  prologue 1
2395 \c         push    ebp
2396 \c         mov     ebp,esp
2397 \c         sub     esp,%1
2399 \c %endmacro
2401 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2402 invoke the macro with a call such as
2404 \c myfunc:   prologue 12
2406 which would expand to the three lines of code
2408 \c myfunc: push    ebp
2409 \c         mov     ebp,esp
2410 \c         sub     esp,12
2412 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2413 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2414 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2415 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2416 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2417 \c{%3} and so on.
2419 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2420 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2422 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2423 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2424 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2425 things like
2427 \c %macro  silly 2
2429 \c     %2: db      %1
2431 \c %endmacro
2433 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2434 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2435 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2438 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2440 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2441 defining the same macro name several times with different numbers of
2442 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2443 parameters at all. So you could define
2445 \c %macro  prologue 0
2447 \c         push    ebp
2448 \c         mov     ebp,esp
2450 \c %endmacro
2452 to define an alternative form of the function prologue which
2453 allocates no local stack space.
2455 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2456 instruction; for example, you might want to define
2458 \c %macro  push 2
2460 \c         push    %1
2461 \c         push    %2
2463 \c %endmacro
2465 so that you could code
2467 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2468 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2470 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2471 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2472 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2473 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2474 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2475 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2478 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2480 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2481 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2482 calling the same macro multiple times will use a different label
2483 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2484 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2485 flag is set by doing this:
2487 \c %macro  retz 0
2489 \c         jnz     %%skip
2490 \c         ret
2491 \c     %%skip:
2493 \c %endmacro
2495 You can call this macro as many times as you want, and every time
2496 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2497 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2498 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2499 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2500 interfering with the local label mechanism, as described in
2501 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2502 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2503 they interfere with macro-local labels.
2506 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2508 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2509 command line into one parameter definition, possibly after
2510 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2511 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2512 you might want to be able to write
2514 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2516 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2517 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2518 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2519 the last defined one along with the separating commas. So if you
2520 code:
2522 \c %macro  writefile 2+
2524 \c         jmp     %%endstr
2525 \c   %%str:        db      %2
2526 \c   %%endstr:
2527 \c         mov     dx,%%str
2528 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2529 \c         mov     bx,%1
2530 \c         mov     ah,0x40
2531 \c         int     0x21
2533 \c %endmacro
2535 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2536 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2537 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2538 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2539 \c{db}.
2541 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2542 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2543 \c{%macro} line.
2545 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2546 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2547 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2548 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2549 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2550 into account when overloading macros, and will not allow you to
2551 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2552 example).
2554 Of course, the above macro could have been implemented as a
2555 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2556 look like
2558 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2560 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2561 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2562 definition.
2564 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2566 \S{mlmacrange} \i{Macro Parameters Range}
2568 NASM allows you to expand parameters via special construction \c{%\{x:y\}}
2569 where \c{x} is the first parameter index and \c{y} is the last. Any index can
2570 be either negative or positive but must never be zero.
2572 For example
2574 \c %macro mpar 1-*
2575 \c      db %{3:5}
2576 \c %endmacro
2578 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2580 expands to \c{3,4,5} range.
2582 Even more, the parameters can be reversed so that
2584 \c %macro mpar 1-*
2585 \c      db %{5:3}
2586 \c %endmacro
2588 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2590 expands to \c{5,4,3} range.
2592 But even this is not the last. The parameters can be addressed via negative
2593 indices so NASM will count them reversed. The ones who know Python may see
2594 the analogue here.
2596 \c %macro mpar 1-*
2597 \c      db %{-1:-3}
2598 \c %endmacro
2600 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2602 expands to \c{6,5,4} range.
2604 Note that NASM uses \i{comma} to separate parameters being expanded.
2606 By the way, here is a trick - you might use the index \c{%{-1:-1}}
2607 which gives you the \i{last} argument passed to a macro.
2609 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2611 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2612 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2613 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2615 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2617 \c         writefile 2,%1
2618 \c         mov     ax,0x4c01
2619 \c         int     0x21
2621 \c %endmacro
2623 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2624 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2625 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2626 called with no parameters, in which case it will use the default
2627 error message supplied in the macro definition.
2629 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2630 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2631 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2632 optional ones. So if a macro definition began with the line
2634 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2636 then it could be called with between one and three parameters, and
2637 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2638 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2639 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2641 You can provide extra information to a macro by providing
2642 too many default parameters:
2644 \c %macro quux 1 something
2646 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2647 more information.
2648 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2649 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2650 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2651 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2652 when the macro is defined, not when it is expanded.
2654 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2655 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2656 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2657 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2658 parameters were really passed to the macro call.
2660 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2661 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2662 and more useful, by changing the first line of the definition to
2664 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2666 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2667 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2668 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2671 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2673 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2674 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2675 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2676 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2677 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2678 Examples are given in \k{rotate}.
2681 \S{percent00} \i\c{%00}: \I{label preceeding macro}Label Preceeding Macro
2683 \c{%00} will return the label preceeding the macro invocation, if any. The
2684 label must be on the same line as the macro invocation, may be a local label
2685 (see \k{locallab}), and need not end in a colon.
2688 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2690 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2691 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2692 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2693 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2694 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2695 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2697 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2698 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2699 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2700 argument list reappear on the right, and vice versa.
2702 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2703 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2704 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2705 parameters are rotated to the right.
2707 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2708 restore a set of registers might work as follows:
2710 \c %macro  multipush 1-*
2712 \c   %rep  %0
2713 \c         push    %1
2714 \c   %rotate 1
2715 \c   %endrep
2717 \c %endmacro
2719 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2720 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2721 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2722 one place to the left, so that the original second argument is now
2723 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2724 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2725 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2727 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2728 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2729 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2731 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2732 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2733 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2734 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2735 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2736 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2737 order from the one in which they were pushed.
2739 This can be done by the following definition:
2741 \c %macro  multipop 1-*
2743 \c   %rep %0
2744 \c   %rotate -1
2745 \c         pop     %1
2746 \c   %endrep
2748 \c %endmacro
2750 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2751 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2752 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2753 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2754 iterated through in reverse order.
2757 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2759 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2760 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2761 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2762 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2763 table, you could code something like
2765 \c %macro keytab_entry 2
2767 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2768 \c                 db      %2
2770 \c %endmacro
2772 \c keytab:
2773 \c           keytab_entry F1,128+1
2774 \c           keytab_entry F2,128+2
2775 \c           keytab_entry Return,13
2777 which would expand to
2779 \c keytab:
2780 \c keyposF1        equ     $-keytab
2781 \c                 db     128+1
2782 \c keyposF2        equ     $-keytab
2783 \c                 db      128+2
2784 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2785 \c                 db      13
2787 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2788 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2790 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2791 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2792 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2793 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2794 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2795 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2796 (literal text to be concatenated to the parameter).
2798 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2799 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2800 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2801 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2802 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2803 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2804 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2805 real names of macro-local labels means that the two usages
2806 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2807 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2809 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2810 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2811 purpose of concatenation.
2813 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2816 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2818 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2819 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2820 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2821 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2822 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2823 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2824 condition code.
2826 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2827 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2828 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2829 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2831 \c %macro  retc 1
2833 \c         j%-1    %%skip
2834 \c         ret
2835 \c   %%skip:
2837 \c %endmacro
2839 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2840 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2841 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2842 \c{JPE}.
2844 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2845 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2846 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2847 because no inverse condition code exists.
2850 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2852 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2853 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2854 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2855 see which instructions in the macro expansion are generating what
2856 code; however, for some macros this clutters the listing up
2857 unnecessarily.
2859 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2860 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2861 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2862 the number of parameters, like this:
2864 \c %macro foo 1.nolist
2866 Or like this:
2868 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2870 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2872 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2873 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2874 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2875 that argument specification.
2877 For example:
2879 \c %macro foo 1-3
2880 \c         ; Do something
2881 \c %endmacro
2882 \c %unmacro foo 1-3
2884 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2886 \c %macro bar 1-3
2887 \c         ; Do something
2888 \c %endmacro
2889 \c %unmacro bar 1
2891 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2892 specification does not match exactly.
2895 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2897 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2898 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2899 syntax of this feature looks like this:
2901 \c %if<condition>
2902 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2903 \c %elif<condition2>
2904 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2905 \c %else
2906 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2907 \c %endif
2909 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2911 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2912 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2914 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2915 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2916 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2917 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2919 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2920 single-line macro existence}
2922 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2923 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2924 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2925 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2927 For example, when debugging a program, you might want to write code
2928 such as
2930 \c           ; perform some function
2931 \c %ifdef DEBUG
2932 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2933 \c %endif
2934 \c           ; go and do something else
2936 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2937 version of the program which produced debugging messages, and remove
2938 the option to generate the final release version of the program.
2940 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2941 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2942 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2943 \i\c{%elifndef}.
2946 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2947 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2949 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2950 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2952 For example, you may be working with a large project and not have control
2953 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2954 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2955 does exist.
2957 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2958 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2960 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2962 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2964 \c %else
2966 \c      %macro MyMacro 1-3
2968 \c              ; insert code to define the macro
2970 \c      %endmacro
2972 \c %endif
2974 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2975 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2976 conflict.
2978 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2979 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2980 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2983 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2984 stack}
2986 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2987 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2988 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2989 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2990 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2992 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2993 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2996 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2997 arbitrary numeric expressions}
2999 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
3000 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
3001 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
3002 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
3003 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
3005 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
3006 a critical expression (see \k{crit}).
3008 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
3009 set of \i{relational operators} which are not normally available in
3010 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
3011 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
3012 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
3013 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
3014 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
3015 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
3016 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
3017 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
3018 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
3019 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
3020 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
3021 for true and 0 for false.
3023 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
3024 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
3026 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
3027 Identity\I{testing, exact text identity}
3029 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
3030 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
3031 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
3032 Differences in white space are not counted.
3034 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
3036 For example, the following macro pushes a register or number on the
3037 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
3039 \c %macro  pushparam 1
3041 \c   %ifidni %1,ip
3042 \c         call    %%label
3043 \c   %%label:
3044 \c   %else
3045 \c         push    %1
3046 \c   %endif
3048 \c %endmacro
3050 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
3051 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
3052 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
3053 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
3055 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
3056 Types\I{testing, token types}
3058 Some macros will want to perform different tasks depending on
3059 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
3060 example, a string output macro might want to be able to cope with
3061 being passed either a string constant or a pointer to an existing
3062 string.
3064 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
3065 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
3066 the first token in the parameter exists and is an identifier.
3067 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3068 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3070 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3071 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3073 \c %macro writefile 2-3+
3075 \c   %ifstr %2
3076 \c         jmp     %%endstr
3077 \c     %if %0 = 3
3078 \c       %%str:    db      %2,%3
3079 \c     %else
3080 \c       %%str:    db      %2
3081 \c     %endif
3082 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3083 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3084 \c   %else
3085 \c                 mov     dx,%2
3086 \c                 mov     cx,%3
3087 \c   %endif
3088 \c                 mov     bx,%1
3089 \c                 mov     ah,0x40
3090 \c                 int     0x21
3092 \c %endmacro
3094 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3095 the following two ways:
3097 \c         writefile [file], strpointer, length
3098 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3100 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3101 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3102 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3103 it itself and works out the address and length for itself.
3105 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3106 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3107 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3108 which case, all but the first two would be lumped together into
3109 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3111 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3112 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3113 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3114 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3116 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3118 Some macros will want to do different things depending on if it is
3119 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3120 versus a multi-token sequence.
3122 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3123 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3124 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3126 For example:
3128 \c %iftoken 1
3130 will assemble the subsequent code, but
3132 \c %iftoken -1
3134 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3135 \c{-}, and the number \c{1}.
3137 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3138 variants are also provided.
3140 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3142 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3143 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3144 any tokens at all, whitespace excepted.
3146 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3147 variants are also provided.
3149 \S{ifenv} \i\c{%ifenv}: Test If Environment Variable Exists
3151 The conditional assembly construct \c{%ifenv} assembles the
3152 subsequent code if and only if the environment variable referenced by
3153 the \c{%!<env>} directive exists.
3155 The usual \i\c{%elifenv}, \i\c\{%ifnenv}, and \i\c{%elifnenv}
3156 variants are also provided.
3158 Just as for \c{%!<env>} the argument should be written as a string if
3159 it contains characters that would not be legal in an identifier.  See
3160 \k{getenv}.
3162 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3164 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3165 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3166 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3167 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3169 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3170 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3171 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3172 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3174 \c %assign i 0
3175 \c %rep    64
3176 \c         inc     word [table+2*i]
3177 \c %assign i i+1
3178 \c %endrep
3180 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3181 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3182 \c{[table+126]}.
3184 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3185 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3186 terminate the loop, like this:
3188 \c fibonacci:
3189 \c %assign i 0
3190 \c %assign j 1
3191 \c %rep 100
3192 \c %if j > 65535
3193 \c     %exitrep
3194 \c %endif
3195 \c         dw j
3196 \c %assign k j+i
3197 \c %assign i j
3198 \c %assign j k
3199 \c %endrep
3201 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3203 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3204 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3205 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3206 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3207 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3208 be gradually used up and other applications to start crashing.
3210 Note a maximum repeat count is limited by 62 bit number, though it
3211 is hardly possible that you ever need anything bigger.
3214 \H{files} Source Files and Dependencies
3216 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3218 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3220 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3221 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3222 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3224 \c %include "macros.mac"
3226 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3227 file containing the \c{%include} directive.
3229 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3230 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3231 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3232 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3233 line using the \c{-i} option.
3235 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3236 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3237 the form
3239 \c %ifndef MACROS_MAC
3240 \c     %define MACROS_MAC
3241 \c     ; now define some macros
3242 \c %endif
3244 then including the file more than once will not cause errors,
3245 because the second time the file is included nothing will happen
3246 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3248 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3249 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3250 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3253 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3255 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3256 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3257 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3258 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3260 For example,
3262 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3264 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3265 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3268 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3270 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3271 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3272 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3274 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3275 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3276 \c{INCBIN} directive looks like:
3278 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3279 \c %pathsearch dep %1
3280 \c %depend dep
3281 \c         incbin dep,%2
3282 \c %endmacro
3284 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3285 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3286 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3289 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3291 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3292 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3293 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3294 described in \k{macropkg}.
3296 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3297 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3298 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3299 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3301 \c %use altreg
3302 \c %use 'altreg'
3304 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3305 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3306 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3308 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3310 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3311 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3312 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3313 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3314 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3315 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3316 able to nest these loops.
3318 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3319 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3320 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3321 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3322 define labels that are local to a particular context on the stack.
3325 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3326 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3328 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3329 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3330 which is the name of the context. For example:
3332 \c %push    foobar
3334 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3335 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3336 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3337 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3338 single macro definition.)
3340 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3341 context from the context stack and destroys it, along with any
3342 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3343 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3346 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3348 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3349 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3350 is used to define a label which is local to the context on the top
3351 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3352 above could be implemented by means of:
3354 \c %macro repeat 0
3356 \c     %push   repeat
3357 \c     %$begin:
3359 \c %endmacro
3361 \c %macro until 1
3363 \c         j%-1    %$begin
3364 \c     %pop
3366 \c %endmacro
3368 and invoked by means of, for example,
3370 \c         mov     cx,string
3371 \c         repeat
3372 \c         add     cx,3
3373 \c         scasb
3374 \c         until   e
3376 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3377 in \c{AL}.
3379 If you need to define, or access, labels local to the context
3380 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3381 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3384 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3386 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3387 a particular context, in just the same way:
3389 \c %define %$localmac 3
3391 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3392 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3393 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3396 \S{ctxfallthrough} \i{Context Fall-Through Lookup}
3398 Context fall-through lookup (automatic searching of outer contexts)
3399 is a feature that was added in NASM version 0.98.03. Unfortunately,
3400 this feature is unintuitive and can result in buggy code that would
3401 have otherwise been prevented by NASM's error reporting. As a result,
3402 this feature has been \e{deprecated}. NASM version 2.09 will issue a
3403 warning when usage of this \e{deprecated} feature is detected. Starting
3404 with NASM version 2.10, usage of this \e{deprecated} feature will simply
3405 result in an \e{expression syntax error}.
3407 An example usage of this \e{deprecated} feature follows:
3409 \c %macro ctxthru 0
3410 \c %push ctx1
3411 \c     %assign %$external 1
3412 \c         %push ctx2
3413 \c             %assign %$internal 1
3414 \c             mov eax, %$external
3415 \c             mov eax, %$internal
3416 \c         %pop
3417 \c %pop
3418 \c %endmacro
3420 As demonstrated, \c{%$external} is being defined in the \c{ctx1}
3421 context and referenced within the \c{ctx2} context. With context
3422 fall-through lookup, referencing an undefined context-local macro
3423 like this implicitly searches through all outer contexts until a match
3424 is made or isn't found in any context. As a result, \c{%$external}
3425 referenced within the \c{ctx2} context would implicitly use \c{%$external}
3426 as defined in \c{ctx1}. Most people would expect NASM to issue an error in
3427 this situation because \c{%$external} was never defined within \c{ctx2} and also
3428 isn't qualified with the proper context depth, \c{%$$external}.
3430 Here is a revision of the above example with proper context depth:
3432 \c %macro ctxthru 0
3433 \c %push ctx1
3434 \c     %assign %$external 1
3435 \c         %push ctx2
3436 \c             %assign %$internal 1
3437 \c             mov eax, %$$external
3438 \c             mov eax, %$internal
3439 \c         %pop
3440 \c %pop
3441 \c %endmacro
3443 As demonstrated, \c{%$external} is still being defined in the \c{ctx1}
3444 context and referenced within the \c{ctx2} context. However, the
3445 reference to \c{%$external} within \c{ctx2} has been fully qualified with
3446 the proper context depth, \c{%$$external}, and thus is no longer ambiguous,
3447 unintuitive or erroneous.
3450 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3452 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3453 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3454 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3455 have the side effect of destroying all context-local labels and
3456 macros associated with the context that was just popped.
3458 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3459 with a different name, without touching the associated macros and
3460 labels. So you could replace the destructive code
3462 \c %pop
3463 \c %push   newname
3465 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3468 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3470 This example makes use of almost all the context-stack features,
3471 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3472 implement a block IF statement as a set of macros.
3474 \c %macro if 1
3476 \c     %push if
3477 \c     j%-1  %$ifnot
3479 \c %endmacro
3481 \c %macro else 0
3483 \c   %ifctx if
3484 \c         %repl   else
3485 \c         jmp     %$ifend
3486 \c         %$ifnot:
3487 \c   %else
3488 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3489 \c   %endif
3491 \c %endmacro
3493 \c %macro endif 0
3495 \c   %ifctx if
3496 \c         %$ifnot:
3497 \c         %pop
3498 \c   %elifctx      else
3499 \c         %$ifend:
3500 \c         %pop
3501 \c   %else
3502 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3503 \c   %endif
3505 \c %endmacro
3507 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3508 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3509 that the macros are issued in the right order (for example, not
3510 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3511 not.
3513 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3514 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3515 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3516 to do different things depending on whether the context on top of
3517 the stack is \c{if} or \c{else}.
3519 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3520 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3521 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3522 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3523 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3525 A sample usage of these macros might look like:
3527 \c         cmp     ax,bx
3529 \c         if ae
3530 \c                cmp     bx,cx
3532 \c                if ae
3533 \c                        mov     ax,cx
3534 \c                else
3535 \c                        mov     ax,bx
3536 \c                endif
3538 \c         else
3539 \c                cmp     ax,cx
3541 \c                if ae
3542 \c                        mov     ax,cx
3543 \c                endif
3545 \c         endif
3547 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3548 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3549 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3550 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3553 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3555 The following preprocessor directives provide a way to use
3556 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3558 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3560 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3562 \b\c{%local}  (see \k{local})
3565 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3567 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3568 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3569 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3571 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3572 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3573 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3574 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3576 \c some_function:
3578 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3579 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3580 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3582 \c         mov     ax,[i]
3583 \c         mov     bx,[j_ptr]
3584 \c         add     ax,[bx]
3585 \c         ret
3587 \c     %pop                       ; restore original context
3589 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3590 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3591 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3592 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3595 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3597 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3598 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3599 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3600 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3601 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3603 \c %stacksize flat
3605 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3606 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3607 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3609 \c %stacksize flat64
3611 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3612 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3613 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3615 \c %stacksize large
3617 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3618 assumes that a far form of call was used to get to this address
3619 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3621 \c %stacksize small
3623 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3624 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3625 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3626 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3627 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3628 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3629 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3630 (see \k{local}).
3633 \S{local} \i\c{%local} Directive
3635 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3636 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3637 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3638 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3639 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3640 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3641 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3642 instruction.
3643 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3644 An example of its use is the following:
3646 \c silly_swap:
3648 \c     %push mycontext             ; save the current context
3649 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3650 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3651 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3653 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3654 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3655 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3656 \c         mov     ax,bx
3657 \c         mov     dx,cx
3658 \c         mov     bx,[old_ax]
3659 \c         mov     cx,[old_dx]
3660 \c         leave                   ; restore old bp
3661 \c         ret                     ;
3663 \c     %pop                        ; restore original context
3665 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3666 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3667 current context before the \c{%local} directive may be used.
3668 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3669 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3670 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3671 as shown in the example.
3674 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3676 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3677 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3678 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3679 right macros by means of code like this:
3681 \c %ifdef F1
3682 \c     ; do some setup
3683 \c %elifdef F2
3684 \c     ; do some different setup
3685 \c %else
3686 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3687 \c %endif
3689 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3690 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3691 having to wait until the program crashes on being run and then not
3692 knowing what went wrong.
3694 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3696 \c %ifdef F1
3697 \c     ; do some setup
3698 \c %elifdef F2
3699 \c     ; do some different setup
3700 \c %else
3701 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3702 \c     %define F1
3703 \c %endif
3705 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3706 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3707 depend on symbol values.
3709 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3710 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3711 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3712 messages.
3714 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3715 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3716 are expanded in it, which can be used to display more information to
3717 the user.  For example:
3719 \c %if foo > 64
3720 \c     %assign foo_over foo-64
3721 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3722 \c %endif
3725 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3727 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3728 information from external sources. Currently they include:
3730 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3731 preprocessor (see \k{line}).
3733 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3734 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3736 \S{line} \i\c{%line} Directive
3738 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3739 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3740 this other file would be an original source file, with the current
3741 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3742 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3743 number of the original source file, instead of the file that is being
3744 read by NASM.
3746 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3747 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3748 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3750 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3752 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3753 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3754 which specifies a line increment value; each line of the input file
3755 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3756 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3757 specifies the file name of the original source file.
3759 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3760 all file name and line numbers relative to the values specified
3761 therein.
3764 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3766 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3767 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3768 to store the contents of an environment variable into a string, which
3769 could be used at some other point in your code.
3771 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3772 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3773 could do that as follows:
3775 \c %defstr FOO          %!FOO
3777 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3779 If the name of the environment variable contains non-identifier
3780 characters, you can use string quotes to surround the name of the
3781 variable, for example:
3783 \c %defstr C_colon      %!'C:'
3786 \H{comment} Comment Blocks: \i\c{%comment}
3788 The \c{%comment} and \c{%endcomment} directives are used to specify
3789 a block of commented (i.e. unprocessed) code/text. Everything between
3790 \c{%comment} and \c{%endcomment} will be ignored by the preprocessor.
3792 \c %comment
3793 \c     ; some code, text or data to be ignored
3794 \c %endcomment
3797 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3799 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3800 when it starts to process any source file. If you really need a
3801 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3802 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3803 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3805 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3806 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3807 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3808 described here.
3811 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3813 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3814 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3815 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3816 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3817 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3818 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3819 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3821 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3822 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3825 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3827 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3828 representing the full version number of the version of nasm being used.
3829 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3830 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3831 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3832 would be equivalent to:
3834 \c         dd      0x00622001
3838 \c         db      1,32,98,0
3840 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3841 line is used just to give an indication of the order that the separate
3842 values will be present in memory.
3845 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3847 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3848 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3850 \c         db      __NASM_VER__
3852 would expand to
3854 \c         db      "0.98.32"
3857 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3859 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3860 name and line number containing the current instruction. The macro
3861 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3862 current input file (which may change through the course of assembly
3863 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3864 numeric constant giving the current line number in the input file.
3866 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3867 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3868 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3869 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3870 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3871 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3872 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3873 here'. You could then write a macro
3875 \c %macro  notdeadyet 0
3877 \c         push    eax
3878 \c         mov     eax,__LINE__
3879 \c         call    stillhere
3880 \c         pop     eax
3882 \c %endmacro
3884 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3885 find the crash point.
3888 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3890 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3891 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3892 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3893 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3894 mode-dependent macros.
3896 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3898 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3899 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3900 list.
3902 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3903 \c  %define NEWLINE 13, 10
3904 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3905 \c  %define NEWLINE 10
3906 \c %endif
3909 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3911 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3912 assembly session.
3914 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3915 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3916 respectively.)
3918 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3919 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3920 \c{HHMMSS} respectively.
3922 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3923 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3924 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3925 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3927 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3928 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3929 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3930 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3931 undefined.
3933 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3934 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3935 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3936 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3937 local time as if it was UTC.
3939 All instances of time and date macros in the same assembly session
3940 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3941 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3942 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3943 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3944 clock:
3946 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3947 \c       __TIME__             "00:00:42"
3948 \c       __DATE_NUM__         20100101
3949 \c       __TIME_NUM__         000042
3950 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3951 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3952 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3953 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3954 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3957 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3958 Include Test
3960 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3961 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3962 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3963 testing if a particular package is invoked or not.
3965 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3966 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3969 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
3971 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
3972 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
3973 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
3974 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
3976 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
3977 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
3978 change in future versions of NASM.}
3981 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3983 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3984 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3985 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3986 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3988 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
3989 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
3990 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
3991 the value of the base offset, and the name of the data type with the
3992 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
3993 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
3994 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
3995 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
3996 the definition.
3998 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3999 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
4001 \c struc   mytype
4003 \c   mt_long:      resd    1
4004 \c   mt_word:      resw    1
4005 \c   mt_byte:      resb    1
4006 \c   mt_str:       resb    32
4008 \c endstruc
4010 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
4011 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
4012 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
4013 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
4015 The reason why the structure type name is defined at zero by default
4016 is a side effect of allowing structures to work with the local label
4017 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
4018 more than one structure, you can define the above structure like this:
4020 \c struc mytype
4022 \c   .long:        resd    1
4023 \c   .word:        resw    1
4024 \c   .byte:        resb    1
4025 \c   .str:         resb    32
4027 \c endstruc
4029 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
4030 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
4032 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
4033 support any form of period notation to refer to the elements of a
4034 structure once you have one (except the above local-label notation),
4035 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
4036 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
4037 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
4038 ax,[mystruc+mytype.word]}.
4040 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
4041 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
4043 \c push ebp
4044 \c mov ebp, esp
4045 \c sub esp, 40
4047 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
4049 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
4051 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
4052 a base offset:
4054 \c struc mytype, -40
4056 And access an element this way:
4058 \c mov [ebp + mytype.word], ax
4061 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
4062 \i{Instances of Structures}
4064 Having defined a structure type, the next thing you typically want
4065 to do is to declare instances of that structure in your data
4066 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
4067 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
4068 you code something like this:
4070 \c mystruc:
4071 \c     istruc mytype
4073 \c         at mt_long, dd      123456
4074 \c         at mt_word, dw      1024
4075 \c         at mt_byte, db      'x'
4076 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
4078 \c     iend
4080 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
4081 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
4082 specified structure field, and then to declare the specified data.
4083 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
4084 they were specified in the structure definition.
4086 If the data to go in a structure field requires more than one source
4087 line to specify, the remaining source lines can easily come after
4088 the \c{AT} line. For example:
4090 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
4091 \c                     db      190,100,0
4093 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
4094 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
4095 line:
4097 \c         at mt_str
4098 \c                 db      'hello, world'
4099 \c                 db      13,10,0
4102 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
4104 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
4105 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
4106 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
4107 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
4109 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
4110 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
4111 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
4112 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
4113 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
4115 Both macros require their first argument to be a power of two; they
4116 both compute the number of additional bytes required to bring the
4117 length of the current section up to a multiple of that power of two,
4118 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
4119 perform the alignment.
4121 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
4122 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
4123 second argument is specified, the two macros are equivalent.
4124 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
4125 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
4126 except for special purposes.
4128 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
4129 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
4130 power of two, or if their second argument generates more than one
4131 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
4132 thing.
4134 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4135 be used within structure definitions:
4137 \c struc mytype2
4139 \c   mt_byte:
4140 \c         resb 1
4141 \c         alignb 2
4142 \c   mt_word:
4143 \c         resw 1
4144 \c         alignb 4
4145 \c   mt_long:
4146 \c         resd 1
4147 \c   mt_str:
4148 \c         resb 32
4150 \c endstruc
4152 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4153 relative to the base of the structure.
4155 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4156 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4157 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4158 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4159 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4160 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4161 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4163 Both \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} do call \c{SECTALIGN} macro implicitly.
4164 See \k{sectalign} for details.
4166 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4169 \S{sectalign} \i\c{SECTALIGN}: Section Alignment
4171 The \c{SECTALIGN} macros provides a way to modify alignment attribute
4172 of output file section. Unlike the \c{align=} attribute (which is allowed
4173 at section definition only) the \c{SECTALIGN} macro may be used at any time.
4175 For example the directive
4177 \c SECTALIGN 16
4179 sets the section alignment requirements to 16 bytes. Once increased it can
4180 not be decreased, the magnitude may grow only.
4182 Note that \c{ALIGN} (see \k{align}) calls the \c{SECTALIGN} macro implicitly
4183 so the active section alignment requirements may be updated. This is by default
4184 behaviour, if for some reason you want the \c{ALIGN} do not call \c{SECTALIGN}
4185 at all use the directive
4187 \c SECTALIGN OFF
4189 It is still possible to turn in on again by
4191 \c SECTALIGN ON
4194 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4196 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4197 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4198 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4199 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4201 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4202 quoted or not.
4205 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4207 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4208 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4209 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4210 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4211 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4212 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4214 Example use:
4216 \c %use altreg
4218 \c proc:
4219 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4220 \c       ret
4222 See also \k{reg64}.
4225 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4227 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4228 macro which is more powerful than the default (and
4229 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4230 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4231 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4232 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4233 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4234 sequence.
4236 The specific instructions generated can be controlled with the
4237 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4238 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4239 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1
4240 (or set it to \c{nojmp}). The following modes are possible:
4242 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4243 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4244 default.
4246 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4247 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4248 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4250 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4251 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4252 threshold is 16.
4254 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4255 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4256 threshold is 16.
4258 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4259 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4260 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4261 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4263 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4264 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4265 are used internally by this macro package.
4268 \H{pkg_fp} \i\c\{fp}: Floating-point macros
4270 This packages contains the following floating-point convenience macros:
4272 \c %define Inf             __Infinity__
4273 \c %define NaN             __QNaN__
4274 \c %define QNaN            __QNaN__
4275 \c %define SNaN            __SNaN__
4276 \c 
4277 \c %define float8(x)       __float8__(x)
4278 \c %define float16(x)      __float16__(x)
4279 \c %define float32(x)      __float32__(x)
4280 \c %define float64(x)      __float64__(x)
4281 \c %define float80m(x)     __float80m__(x)
4282 \c %define float80e(x)     __float80e__(x)
4283 \c %define float128l(x)    __float128l__(x)
4284 \c %define float128h(x)    __float128h__(x)
4287 \H{pkg_ifunc} \i\c{ifunc}: \i{Integer functions}
4289 This package contains a set of macros which implement integer
4290 functions.  These are actually implemented as special operators, but
4291 are most conveniently accessed via this macro package.
4293 The macros provided are:
4295 \S{ilog2} \i{Integer logarithms}
4297 These functions calculate the integer logarithm base 2 of their
4298 argument, considered as an unsigned integer.  The only differences
4299 between the functions is their behavior if the argument provided is
4300 not a power of two.
4302 The function \i\c{ilog2e()} (alias \i\c{ilog2()}) generate an error if
4303 the argument is not a power of two.
4305 The function \i\c{ilog2w()} generate a warning if the argument is not
4306 a power of two.
4308 The function \i\c{ilog2f()} rounds the argument down to the nearest
4309 power of two; if the argument is zero it returns zero.
4311 The function \i\c{ilog2c()} rounds the argument up to the nearest
4312 power of two.
4315 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4317 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4318 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4319 directives. These are described in this chapter.
4321 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4322 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4323 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4324 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4325 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4326 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4328 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4329 directives are not.
4331 In addition to the universal directives described in this chapter,
4332 each object file format can optionally supply extra directives in
4333 order to control particular features of that file format. These
4334 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4335 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4338 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4340 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4341 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4342 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4343 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4345 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4346 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4347 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4348 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4349 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4350 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4351 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4352 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4354 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4355 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4356 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4357 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4358 device drivers and boot loader software.
4360 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4361 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4362 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4363 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4365 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4366 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4367 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4368 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4369 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4370 need an 0x67.
4372 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4373 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4374 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4376 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4377 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4378 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4379 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4380 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4381 necessary.
4383 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4384 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4385 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4386 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4387 REX prefix is used.
4389 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4390 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4391 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4393 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4395 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4397 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4398 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4401 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4403 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4404 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4405 specify most features directly.  However, this is occationally
4406 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4407 to use.
4409 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4410 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4411 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4412 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4413 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4414 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4416 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4417 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4418 other special functions in 64-bit mode, and generating
4419 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4421 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4423 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4424 Sections}
4426 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4427 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4428 which section of the output file the code you write will be
4429 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4430 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4431 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4432 define a new section, if you try to switch to a section that does
4433 not (yet) exist.
4435 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4436 \k{multisec}, all support
4437 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4438 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4439 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4440 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4441 name that has one.
4444 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4446 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4447 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4448 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4449 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4450 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4451 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4452 it. So the user-level directive
4454 \c         SECTION .text
4456 expands to the two lines
4458 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4459 \c         [SECTION .text]
4461 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4462 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4463 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4465 \c %macro  writefile 2+
4467 \c         [section .data]
4469 \c   %%str:        db      %2
4470 \c   %%endstr:
4472 \c         __SECT__
4474 \c         mov     dx,%%str
4475 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4476 \c         mov     bx,%1
4477 \c         mov     ah,0x40
4478 \c         int     0x21
4480 \c %endmacro
4482 This form of the macro, once passed a string to output, first
4483 switches temporarily to the data section of the file, using the
4484 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4485 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4486 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4487 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4488 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4489 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4490 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4491 code in any of several separate code sections.
4494 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4496 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4497 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4498 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4499 given absolute address. The only instructions you can use in this
4500 mode are the \c{RESB} family.
4502 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4504 \c absolute 0x1A
4506 \c     kbuf_chr    resw    1
4507 \c     kbuf_free   resw    1
4508 \c     kbuf        resw    16
4510 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4511 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4512 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4514 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4515 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4517 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4518 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4520 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4521 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4522 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4523 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4525 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4527 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4529 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4530 \c setup:
4531 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4533 \c absolute setup
4535 \c runtimevar1     resw    1
4536 \c runtimevar2     resd    20
4538 \c tsr_end:
4540 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4541 after the setup has finished running, the space it took up can be
4542 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4543 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4544 needs to be made resident.
4547 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4549 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4550 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4551 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4552 defined in some other module and needs to be referred to by this
4553 one. Not every object-file format can support external variables:
4554 the \c{bin} format cannot.
4556 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4557 argument is the name of a symbol:
4559 \c extern  _printf
4560 \c extern  _sscanf,_fscanf
4562 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4563 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4564 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4565 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4566 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4567 by means of the directive
4569 \c extern  _variable:wrt dgroup
4571 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4572 only in that it can take only one argument at a time: the support
4573 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4575 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4576 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4577 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4580 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4582 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4583 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4584 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4585 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4586 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4588 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4589 the definition of the symbol.
4591 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4592 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4593 \c{GLOBAL} directive. For example:
4595 \c global _main
4596 \c _main:
4597 \c         ; some code
4599 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4600 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4601 example, lets you specify whether global data items are functions or
4602 data:
4604 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4606 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4607 user-level form only in that it can take only one argument at a
4608 time.
4611 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4613 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4614 A common variable is much like a global variable declared in the
4615 uninitialized data section, so that
4617 \c common  intvar  4
4619 is similar in function to
4621 \c global  intvar
4622 \c section .bss
4624 \c intvar  resd    1
4626 The difference is that if more than one module defines the same
4627 common variable, then at link time those variables will be
4628 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4629 at the same piece of memory.
4631 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4632 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4633 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4634 specify the alignment requirements of a common variable:
4636 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4637 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4639 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4640 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4641 only one argument at a time.
4644 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4646 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4647 are available on the specified CPU.
4649 Options are:
4651 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4653 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4655 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4657 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4659 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4661 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4663 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4665 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4667 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4669 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4671 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4673 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4675 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4677 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4679 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4681 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4683 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4685 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4686 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4687 instructions are available.
4690 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4692 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4693 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4694 this behaviour:
4696 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4698 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4700 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4702 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4704 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4706 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4708 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4710 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4711 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4712 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4714 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4715 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4718 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4720 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4721 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4722 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4723 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4724 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4725 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4727 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4728 output file based on the input file name and the chosen output
4729 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4730 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4731 name, and substituting an extension defined by the output format.
4732 The extensions are given with each format below.
4735 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4737 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4738 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4739 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4740 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4741 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4742 development.
4744 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4745 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4747 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4748 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4749 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4750 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4752 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4753 leaves your file name as it is once the original extension has been
4754 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4755 into a binary file called \c{binprog}.
4758 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4760 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4761 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4762 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4763 the program begins at when it is loaded into memory.
4765 For example, the following code will generate the longword
4766 \c{0x00000104}:
4768 \c         org     0x100
4769 \c         dd      label
4770 \c label:
4772 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4773 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4774 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4775 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4776 offset which is added to all internal address references within the
4777 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4778 does. See \k{proborg} for further comments.
4781 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4782 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4784 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4785 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4786 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4787 end of the section-definition line. For example,
4789 \c section .data   align=16
4791 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4792 aligned on a 16-byte boundary.
4794 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4795 section start address must be forced to zero. The alignment value
4796 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4797 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4800 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4802 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4803 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4805 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4806 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4807 of course).
4809 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4810 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4811 \i\c{start=}.
4813 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4814 for the calculation of all memory references within that section
4815 with \i\c{vstart=}.
4817 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4818 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4819 start address.
4821 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4822 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4823 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4825 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4826 is directed by default into the \c{.text} section.
4828 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4829 by default.
4831 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4832 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4833 has been specified.
4835 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4836 alignment has been specified.
4838 \b Sections may not overlap.
4840 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4841 which may be used in your code.
4843 \S{map}\i{Map Files}
4845 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4846 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4847 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4848 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4849 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4850 brackets must be used.
4853 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4855 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4856 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4857 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4858 similar utilities.
4860 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4861 the \c{ith} file format.
4863 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4866 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4868 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4869 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4870 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4871 similar utilities.
4873 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4874 the \c{srec} file format.
4876 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4879 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4881 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4882 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4883 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4884 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4886 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4888 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4889 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4890 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4891 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4892 file format.
4894 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4895 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4896 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4898 If your source file contains code before specifying an explicit
4899 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4900 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4902 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4903 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4904 address of the segment. So, for example:
4906 \c segment data
4908 \c dvar:   dw      1234
4910 \c segment code
4912 \c function:
4913 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4914 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4915 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4916 \c         ret
4918 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4919 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4920 like
4922 \c extern  foo
4924 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4925 \c       mov   ds,ax
4926 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4927 \c       mov   es,ax
4928 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4929 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4932 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4933 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4935 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4936 directive to allow you to specify various properties of the segment
4937 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4938 end of the segment-definition line. For example,
4940 \c segment code private align=16
4942 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4943 segment, and requires that the portion of it described in this code
4944 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4946 The available qualifiers are:
4948 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4949 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4950 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4951 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4952 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4953 than stuck end-to-end.
4955 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4956 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4957 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4958 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4959 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4960 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4961 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4962 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4963 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4965 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4966 indicates to the linker that segments of the same class should be
4967 placed near each other in the output file. The class name can be any
4968 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4970 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4971 as an argument, and provides overlay information to an
4972 overlay-capable linker.
4974 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4975 the effect of recording the choice in the object file and also
4976 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4977 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4979 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4980 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4981 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4982 defines the group if it is not already defined.
4984 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4985 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4986 are currently known to make sensible use of this feature;
4987 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4988 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4989 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4991 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4992 class, no overlay, and \c{USE16}.
4995 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4997 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4998 single segment register can be used to refer to all the segments in
4999 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
5000 you can code
5002 \c segment data
5004 \c         ; some data
5006 \c segment bss
5008 \c         ; some uninitialized data
5010 \c group dgroup data bss
5012 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
5013 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
5014 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
5015 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
5016 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
5017 segment register.
5019 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
5020 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
5021 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
5022 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
5023 base rather than the segment base.
5025 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
5026 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
5027 segment which is part of more than one group will default to being
5028 relative to the first group that was defined to contain the segment.
5030 A group does not have to contain any segments; you can still make
5031 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
5032 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
5033 \c{FLAT} with no segments in it.
5036 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
5038 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
5039 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
5040 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
5041 segment, group and symbol names that are written to the object file
5042 to be forced to upper case just before being written. Within a
5043 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
5044 be written entirely in upper case if desired.
5046 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
5049 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
5050 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
5052 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
5053 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
5054 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
5055 as well as using the \c{IMPORT} directive.
5057 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
5058 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
5059 wish to import and the name of the library you wish to import it
5060 from. For example:
5062 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
5064 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
5065 known in the library you are importing it from, in case this is not
5066 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
5067 once you have imported it. For example:
5069 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
5072 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
5073 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
5075 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
5076 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
5077 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
5078 using the \c{EXPORT} directive.
5080 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
5081 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
5082 optional second parameter (separated by white space from the first)
5083 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
5084 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
5085 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
5086 off.
5088 Further parameters can be given to define attributes of the exported
5089 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
5090 space. If further parameters are given, the external name must also
5091 be specified, even if it is the same as the internal name. The
5092 available attributes are:
5094 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
5095 resident by the system loader. This is an optimisation for
5096 frequently used symbols imported by name.
5098 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
5099 does not make use of any initialized data.
5101 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
5102 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
5103 between 32-bit and 16-bit segments.
5105 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
5106 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
5107 the desired number.
5109 For example:
5111 \c     export  myfunc
5112 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
5113 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
5114 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
5117 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
5118 Point}
5120 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
5121 define the program entry point, where execution will begin when the
5122 program is run. If the object file that defines the entry point is
5123 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
5124 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
5125 begin.
5128 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
5129 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
5131 If you declare an external symbol with the directive
5133 \c     extern  foo
5135 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
5136 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
5137 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
5138 \c{foo} you will usually need to do something like
5140 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
5141 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
5142 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
5144 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
5145 is going to be accessible from a given segment or group, say
5146 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
5147 simply code
5149 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
5151 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
5152 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
5153 alternative form
5155 \c     extern  foo:wrt dgroup
5157 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
5158 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
5159 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
5160 \c{foo wrt dgroup}.
5162 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
5163 to make externals appear to be relative to any group or segment in
5164 your program. It can also be applied to common variables: see
5165 \k{objcommon}.
5168 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
5169 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
5171 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
5172 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
5173 specify which your variables should be by the use of the syntax
5175 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
5176 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
5178 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
5179 OMF specification says that they are declared as a number of
5180 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
5181 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
5182 five-byte elements or one ten-byte element.
5184 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
5185 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
5186 the variable size, to match when resolving common variables declared
5187 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
5188 the element size on your far common variables. This is done by the
5189 following syntax:
5191 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
5192 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
5194 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
5195 keyword is not required when an element size is specified, since
5196 only far commons may have element sizes at all. So the above
5197 declarations could equivalently be
5199 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
5200 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
5202 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
5203 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
5204 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
5206 \c common  foo     10:wrt dgroup
5207 \c common  bar     16:far 2:wrt data
5208 \c common  baz     24:wrt data:6
5211 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5213 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5214 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5215 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5216 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5218 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5220 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5221 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5222 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5223 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5224 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5225 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5226 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5227 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5230 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5231 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5233 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5234 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5235 and properties of sections you declare. Section types and properties
5236 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5237 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5238 these qualifiers.
5240 The available qualifiers are:
5242 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5243 code section. This marks the section as readable and executable, but
5244 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5245 section is code.
5247 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5248 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5249 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5250 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5252 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5253 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5254 constants in it.
5256 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5257 which is not included in the executable file by the linker, but may
5258 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5259 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5260 linker to interpret the contents of the section as command-line
5261 options.
5263 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5264 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5265 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5266 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5267 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5268 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5269 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5270 for data (and BSS) sections.
5271 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5272 alignment), though the value does not matter.
5274 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5275 qualifiers are:
5277 \c section .text    code  align=16
5278 \c section .data    data  align=4
5279 \c section .rdata   rdata align=8
5280 \c section .bss     bss   align=4
5282 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5284 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5286 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5287 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5288 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5289 designated read-only table and have alleged entry point verified
5290 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5291 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5292 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5293 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5294 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5295 will not be performed for application in question. Table omission is by
5296 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5297 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5298 \c{/safeseh} command line option.
5300 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5301 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5302 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5304 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5306 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5308 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5309 line to source code:
5311 \c $@feat.00 equ 1
5313 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5314 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5315 developer would choose to assign another value in source file, it would
5316 still be perfectly possible.
5318 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5319 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5320 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5321 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5322 table." Its typical use would be:
5324 \c section .text
5325 \c extern  _MessageBoxA@16
5326 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5327 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5328 \c %endif
5329 \c handler:
5330 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5331 \c         push    DWORD caption
5332 \c         push    DWORD text
5333 \c         push    DWORD 0
5334 \c         call    _MessageBoxA@16
5335 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5336 \c                         ; for exception handler
5337 \c         ret
5338 \c global  _main
5339 \c _main:
5340 \c         push    DWORD handler
5341 \c         push    DWORD [fs:0]
5342 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5343 \c         xor     eax,eax
5344 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5345 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5346 \c         add     esp,4
5347 \c         ret
5348 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5349 \c caption:db      'SEGV',0
5351 \c section .drectve info
5352 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5354 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5355 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5356 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5357 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5358 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5359 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5360 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5361 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5362 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5363 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5364 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5365 no notification is provided and user is left with no clue on what
5366 caused application failure.
5368 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5369 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5370 data for "safe exception handler table" causes no backward
5371 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5372 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5375 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5377 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5378 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5379 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5380 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5381 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5383 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5385 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5386 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5387 references. Consider a switch dispatch table:
5389 \c         jmp     qword [dsptch+rax*8]
5390 \c         ...
5391 \c dsptch: dq      case0
5392 \c         dq      case1
5393 \c         ...
5395 Even a novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5396 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5398 \c 'ADDR32' relocation to '.text' invalid without /LARGEADDRESSAWARE:NO
5400 So [s]he will have to split jmp instruction as following:
5402 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5403 \c         jmp     qword [rbx+rax*8]
5405 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5406 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5407 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5408 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5409 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5410 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5411 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5412 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5413 But no worry, it's trivial to fix:
5415 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5416 \c         add     rbx,[rbx+rax*8]
5417 \c         jmp     rbx
5418 \c         ...
5419 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5420 \c         dq      case1-dsptch
5421 \c         ...
5423 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5424 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5425 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5426 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5427 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5428 these image-relative references:
5430 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5431 \c         mov     eax,[rbx+rax*4]
5432 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5433 \c         add     rbx,rax
5434 \c         jmp     rbx
5435 \c         ...
5436 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5437 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5439 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5440 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5441 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5442 become apparent in next paragraph.
5444 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5445 operand only:
5447 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5448 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5449 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5450 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5452 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5454 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5455 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5456 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5457 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5458 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5459 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5460 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5461 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5462 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5463 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5464 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5465 top of the stack.
5467 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5468 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5469 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5470 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5471 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5472 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5473 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5474 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5475 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5476 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5477 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5478 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5479 copying caller's return address to the top of stack and this would
5480 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5481 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5482 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5483 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5484 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5485 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5486 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5487 no, no trace of failure is left.
5489 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5490 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5491 is checked for presence of reference to custom language-specific
5492 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5493 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5494 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5495 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5496 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5497 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5498 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5499 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5500 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5501 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5502 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5503 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5504 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5505 terminating the application.
5507 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5508 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5509 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5510 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5511 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5512 leaf function:
5514 \c default rel
5515 \c section .text
5516 \c extern  MessageBoxA
5517 \c handler:
5518 \c         sub     rsp,40
5519 \c         mov     rcx,0
5520 \c         lea     rdx,[text]
5521 \c         lea     r8,[caption]
5522 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5523 \c         call    MessageBoxA
5524 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5525 \c                         ; for exception handler
5526 \c         add     rsp,40
5527 \c         ret
5528 \c global  main
5529 \c main:
5530 \c         xor     rax,rax
5531 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5532 \c         ret
5533 \c main_end:
5534 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5535 \c caption:db      'SEGV',0
5537 \c section .pdata  rdata align=4
5538 \c         dd      main wrt ..imagebase
5539 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5540 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5541 \c section .xdata  rdata align=8
5542 \c xmain:  db      9,0,0,0
5543 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5544 \c section .drectve info
5545 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5547 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5548 start and end addresses of function" along with reference to associated
5549 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5550 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5551 designated exception handler. References are \e{required} to be
5552 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5553 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5554 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5555 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5556 references, not only above listed required ones, placed into these two
5557 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5558 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5559 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5560 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5562 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5563 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5564 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5565 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5566 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5567 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5568 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5569 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5570 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5571 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5572 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5573 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5574 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5575 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5576 unwinding procedure. Consider following example:
5578 \c function:
5579 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5580 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5581 \c         push    rbx
5582 \c         push    rbp
5583 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5584 \c         sub     r11,rcx
5585 \c         and     r11,-64
5586 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5587 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5588 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5589 \c magic_point:
5590 \c         ...
5591 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5592 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5593 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5594 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5595 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5596 \c         ret
5598 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5599 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5600 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5601 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5602 custom language-specific exception handler would look like this:
5604 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5605 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5606 \c {   ULONG64 *rsp;
5607 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5608 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5609 \c     else
5610 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5611 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5612 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5613 \c         context->R15 = rsp[-1];
5614 \c     }
5615 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5617 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5618 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5619 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5620 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5621 \c     return ExceptionContinueSearch;
5622 \c }
5624 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5625 structure does not have to contain any information about stack frame
5626 and its layout.
5628 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5630 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5631 linking with the \i{DJGPP} linker.
5633 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5635 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5636 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5637 the \c{info} section type are not supported.
5639 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5641 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5642 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5643 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5645 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5647 \H{elffmt} \i\c{elf32}, \i\c{elf64}, \i\c{elfx32}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5648 Format} Object Files
5650 The \c{elf32}, \c{elf64} and \c{elfx32} output formats generate
5651 \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as
5652 used by Linux as well as \i{Unix System V}, including \i{Solaris x86},
5653 \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf} provides a default output
5654 file-name extension of \c{.o}.  \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5656 The \c{elfx32} format is used for the \i{x32} ABI, which is a 32-bit
5657 ABI with the CPU in 64-bit mode.
5659 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5661 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5662 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5663  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5664  most systems which support ELF.
5666 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5667 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5669 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5670 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5671 and properties of sections you declare. Section types and properties
5672 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5673 names}, but may still be
5674 overridden by these qualifiers.
5676 The available qualifiers are:
5678 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5679 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5680 which is not, such as an informational or comment section.
5682 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5683 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5684 which should not.
5686 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5687 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5688 not.
5690 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5691 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5692 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5693 contents given, such as a BSS section.
5695 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5696 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5697 requirements of the section.
5699 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5700 thread local variables.
5702 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5703 qualifiers are:
5705 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5706 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5708 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5709 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5710 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5711 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5712 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5713 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5714 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5715 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5716 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5717 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5718 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5720 (Any section name other than those in the above table
5721  is treated by default like \c{other} in the above table.
5722  Please note that section names are case sensitive.)
5725 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5726 Symbols and \i\c{WRT}
5728 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5729 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5730 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5731 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5732 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5734 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5735 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5736 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5737 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5738 types.
5740 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5741 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5742 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5743 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5745 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5746 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5747 beginning of the current section to the global offset table.
5748 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5749 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5750 result to get the real address of the GOT.
5752 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5753 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5754 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5755 would give the real address of the location you wanted.
5757 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5758 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5759 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5760 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5761 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5762 address of the symbol.
5764 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5765 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5766 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5767 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5768 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5769 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5770 entries absolutely.
5772 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5773 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5774 relative to the start of the section and then adding on the offset
5775 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5776 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5777 peculiarity of the dynamic linker.
5779 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5780 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5782 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5783 Symbols and \i\c{WRT}
5785 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5786 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5787 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5788 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5789 of the symbol with code such as:
5791 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5792 \c        mov  [gs:eax],ebx
5795 \b In ELF64 or ELFx32 mode, referring to an external or global symbol using
5796 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5797 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5798 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5799 of the symbol with code such as:
5801 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5802 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5805 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5806 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5808 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5809 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5810 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5811 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5812 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5813 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5814 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5815 to specify these features.
5817 You can specify whether a global variable is a function or a data
5818 object by suffixing the name with a colon and the word
5819 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5820 \c{data}.) For example:
5822 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5824 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5825 \c{hashtable} as a data object.
5827 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5828 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5829 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5830 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5832 \c global   hashlookup:function hidden
5834 You can also specify the size of the data associated with the
5835 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5836 forward references) after the type specifier. Like this:
5838 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5840 \c hashtable:
5841 \c         db this,that,theother  ; some data here
5842 \c .end:
5844 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5845 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5847 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5848 writing shared library code. For more information, see
5849 \k{picglobal}.
5852 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5853 \I{COMMON, elf extensions to}
5855 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5856 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5857 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5858 power of two) after the name and size of the common variable,
5859 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5860 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5862 \c common  dwordarray 128:4
5864 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5865 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5868 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5869 \I{ELF, 16-bit code and}
5871 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5872 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5873 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5874 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5875 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5876 these relocations is generated.
5878 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5879 \I{ELF, Debug formats and}
5881 ELF provides debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5882 Line number information is generated for all executable sections, but please
5883 note that only the ".text" section is executable by default.
5885 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5887 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5888 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5889 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5890 the magic number in the first four bytes of the file is
5891 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5892 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5893 implementation does not.
5895 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5897 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5898 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5899 extensions to any standard directives. It supports only the three
5900 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5903 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5904 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5906 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5907 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5908 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5909 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5910 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5911 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5912 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5914 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5916 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5917 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5918 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5919 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5920 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5922 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5923 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5924 this.
5927 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5929 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5930 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5931 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5932 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5933 itself \c{a.out}.
5935 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5936 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5938 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5939 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5940 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5941 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5942 only special symbol supported is \c{..start}.
5945 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5946 Format}
5948 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5949 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5950 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5951 format the internal structure of the assembler.
5953 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5954 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5955 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5956 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5958 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5959 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5960 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5961 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5962 execute an RDF executable under Linux.
5964 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5965 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5968 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5970 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5971 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5972 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5973 which is the name of the module:
5975 \c     library  mylib.rdl
5978 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5980 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5981 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5982 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5983 of current module:
5985 \c     module  mymodname
5987 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5988 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5989 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5991 \c     module  $kernel.core
5994 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5995 rdf extensions to}
5997 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5998 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5999 telling the linker do not strip it from target executable or library
6000 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
6001 is a procedure (function) or data object.
6003 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
6004 symbol exported:
6006 \c     global  sys_open:export
6008 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
6009 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
6011 \c     global  sys_open:export proc
6013 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
6014 or \i\c{object} to the directive:
6016 \c     global  kernel_ticks:export data
6019 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
6020 rdf extensions to}
6022 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
6023 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
6024 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
6025 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
6026 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
6027 (function) or data object. For example:
6029 \c     library $libc
6030 \c     extern  _open:import
6031 \c     extern  _printf:import proc
6032 \c     extern  _errno:import data
6034 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
6035 a hint as to where to find requested symbols.
6038 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
6040 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
6041 configuration. If you are building your own NASM executable from the
6042 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
6043 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
6045 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
6046 it outputs a text file which contains a complete list of all the
6047 transactions between the main body of NASM and the output-format
6048 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
6049 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
6050 of the various requests the main program makes of the output driver,
6051 and in what order they happen.
6053 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
6055 \c nasm -f dbg filename.asm
6057 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
6058 However, this will not work well on files which were designed for a
6059 different object format, because each object format defines its own
6060 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
6061 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
6062 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
6063 native object format selected:
6065 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
6066 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
6068 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
6069 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
6070 directives are converted into primitive form correctly. Then the
6071 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
6072 the final diagnostic output.
6074 This workaround will still typically not work for programs intended
6075 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
6076 directives have side effects of defining the segment and group names
6077 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
6078 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
6079 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
6080 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
6082 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
6083 them all to its output file.
6086 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
6088 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
6089 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
6090 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
6091 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
6092 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
6095 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
6097 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
6098 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
6099 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
6100 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
6101 support the \c{.COM} format.
6103 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
6104 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
6105 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
6106 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
6107 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
6108 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
6109 Yann Guidon for contributing the code for this.
6111 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
6112 future releases.
6115 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
6117 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
6118 by linking \c{.OBJ} files together.
6120 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
6121 linker; if you have none of these, there is a free linker called
6122 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
6123 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
6124 An LZH archiver can be found at
6125 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
6126 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
6127 sources) called \i{FREELINK}, available from
6128 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
6129 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
6130 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
6131 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
6132 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
6134 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
6135 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
6136 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
6137 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
6138 point, the linker will not know what value to give the entry-point
6139 field in the output file header; if more than one defines a start
6140 point, the linker will not know \e{which} value to use.
6142 An example of a NASM source file which can be assembled to a
6143 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
6144 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
6145 the segment registers, and declaring a start point. This file is
6146 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
6147 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
6149 \c segment code
6151 \c ..start:
6152 \c         mov     ax,data
6153 \c         mov     ds,ax
6154 \c         mov     ax,stack
6155 \c         mov     ss,ax
6156 \c         mov     sp,stacktop
6158 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
6159 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
6160 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
6161 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
6162 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
6163 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
6164 execute on.
6166 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
6167 beginning of this code, which means that will be the entry point
6168 into the resulting executable file.
6170 \c         mov     dx,hello
6171 \c         mov     ah,9
6172 \c         int     0x21
6174 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
6175 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
6176 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
6177 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
6179 \c         mov     ax,0x4c00
6180 \c         int     0x21
6182 This terminates the program using another DOS system call.
6184 \c segment data
6186 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
6188 The data segment contains the string we want to display.
6190 \c segment stack stack
6191 \c         resb 64
6192 \c stacktop:
6194 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
6195 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
6196 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
6197 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
6198 necessary to the correct running of the program, but linkers are
6199 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
6200 type \c{STACK}.
6202 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
6203 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
6204 world' and then exit.
6207 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
6209 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
6210 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
6211 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
6212 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
6213 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6214 \c{.EXE} files.
6216 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6217 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6218 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6220 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6221 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6222 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6223 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6224 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6225 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6226 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6227 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6228 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6230 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6231 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6232 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6233 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6234 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6235 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6236 explicitly issue one of your own.
6238 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6239 since this would require a relocation in the header, and things
6240 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6241 base by copying it out of \c{CS} instead.
6243 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6244 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6245 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6246 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6247 \c{EXE_stack 64}.
6249 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6250 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6251 \c{binexe.asm}.
6254 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6256 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6257 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6258 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6259 output format.
6262 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6264 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6265 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6266 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6267 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6268 like
6270 \c         org 100h
6272 \c section .text
6274 \c start:
6275 \c         ; put your code here
6277 \c section .data
6279 \c         ; put data items here
6281 \c section .bss
6283 \c         ; put uninitialized data here
6285 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6286 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6287 you want to and the code will still end up at the front of the file
6288 where it belongs.
6290 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6291 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6292 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6293 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6294 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6295 run.
6297 To assemble the above program, you should use a command line like
6299 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6301 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6302 explicit output file name were specified, so you have to override it
6303 and give the desired file name.
6306 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6308 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6309 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6310 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6311 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6312 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6313 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6314 file.
6316 If you do this, you need to take care of several things:
6318 \b The first object file containing code should start its code
6319 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6320 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6321 segment, so that the linker or converter program does not have to
6322 adjust address references within the file when generating the
6323 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6324 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6325 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6326 in MASM-compatible assemblers.
6328 \b You don't need to define a stack segment.
6330 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6331 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6332 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6333 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6336 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6338 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6339 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6340 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6341 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6342 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6343 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6344 your code segment.
6346 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6347 the various routines inside the driver which do the work. This
6348 structure should be defined at the start of the code segment, even
6349 though it is not actually code.
6351 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6352 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6353 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6354 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6357 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6359 This section covers the basics of writing assembly routines that
6360 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6361 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6362 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6365 \S{16cunder} External Symbol Names
6367 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6368 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6369 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6370 appears in the C program. So, for example, the function a C
6371 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6372 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6373 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6374 not have to worry about name clashes with C symbols.
6376 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6377 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6379 \c %macro  cglobal 1
6381 \c   global  _%1
6382 \c   %define %1 _%1
6384 \c %endmacro
6386 \c %macro  cextern 1
6388 \c   extern  _%1
6389 \c   %define %1 _%1
6391 \c %endmacro
6393 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6394 \c{%rep} construct could solve this.)
6396 If you then declare an external like this:
6398 \c cextern printf
6400 then the macro will expand it as
6402 \c extern  _printf
6403 \c %define printf _printf
6405 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6406 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6408 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6409 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6410 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6412 Also see \k{opt-pfix}.
6414 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6416 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6417 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6418 writing for. This means you have to keep track of the following
6419 things:
6421 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6422 functions are near. This means that function pointers, when stored
6423 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6424 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6425 never changes its value, and always gives the segment part of the
6426 full function address), and that functions are called using ordinary
6427 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6428 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6429 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6430 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6432 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6433 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6434 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6435 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6436 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6437 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6438 \c{CALL FAR} to call external routines.
6440 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6441 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6442 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6443 segment part of the full data item address).
6445 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6446 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6447 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6448 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6449 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6450 pointers you are passed.
6452 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6453 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6454 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6455 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6456 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6458 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6459 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6460 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6461 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6462 and global data items can both be accessed easily without changing
6463 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6464 segments. However, some memory models (though not the standard
6465 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6466 same value to be removed. Be careful about functions' local
6467 variables in this latter case.
6469 In models with a single code segment, the segment is called
6470 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6471 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6472 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6473 called \i\c{_DATA}.
6476 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6478 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6479 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6480 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6481 doing the calling and the function which gets called.
6483 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6484 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6485 argument specified to the function is pushed last).
6487 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6488 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6489 memory model.
6491 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6492 actually necessary, in functions which do not need to access their
6493 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6494 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6495 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6496 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6497 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6498 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6500 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6501 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6502 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6503 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6504 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6505 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6506 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6507 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6508 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6509 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6510 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6511 parameters in reverse order means that the function knows where to
6512 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6513 remaining ones.
6515 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6516 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6517 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6519 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6520 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6521 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6522 compiler) returned in \c{ST0}.
6524 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6525 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6526 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6527 memory model.
6529 \b When the caller regains control from the callee, the function
6530 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6531 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6532 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6533 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6534 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6535 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6536 removing.
6538 It is instructive to compare this calling convention with that for
6539 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6540 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6541 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6542 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6543 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6544 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6545 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6546 which means that a compiler can give better guarantees about
6547 sequence points without performance suffering.
6549 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6550 The following example is for small model:
6552 \c global  _myfunc
6554 \c _myfunc:
6555 \c         push    bp
6556 \c         mov     bp,sp
6557 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6558 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6560 \c         ; some more code
6562 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6563 \c         pop     bp
6564 \c         ret
6566 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6567 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6568 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6569 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6570 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6571 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6573 At the other end of the process, to call a C function from your
6574 assembly code, you would do something like this:
6576 \c extern  _printf
6578 \c       ; and then, further down...
6580 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6581 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6582 \c       call    _printf
6583 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6585 \c       ; then those data items...
6587 \c segment _DATA
6589 \c myint         dw    1234
6590 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6592 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6593 code
6595 \c     int myint = 1234;
6596 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6598 In large model, the function-call code might look more like this. In
6599 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6600 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6601 it first.
6603 \c       push    word [myint]
6604 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6605 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6606 \c       call    far _printf
6607 \c       add    sp,byte 6
6609 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6610 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6611 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6612 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6613 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6614 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6615 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6616 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6617 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6618 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6619 word of parameters.
6622 \S{16cdata} Accessing Data Items
6624 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6625 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6626 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6627 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6628 accessed from assembler as
6630 \c extern _i
6632 \c         mov ax,[_i]
6634 And to declare your own integer variable which C programs can access
6635 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6636 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6638 \c global  _j
6640 \c _j      dw      0
6642 To access a C array, you need to know the size of the components of
6643 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6644 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6645 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6646 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6647 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6648 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6649 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6651 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6652 the base of the structure to the field you are interested in. You
6653 can either do this by converting the C structure definition into a
6654 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6655 one offset and using just that.
6657 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6658 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6659 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6660 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6661 Typically, you might find that a structure like
6663 \c struct {
6664 \c     char c;
6665 \c     int i;
6666 \c } foo;
6668 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6669 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6670 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6671 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6672 out how your own compiler does it.
6675 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6677 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6678 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6679 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6680 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6681 the work involved in keeping track of the calling convention.
6683 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6684 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6686 An example of an assembly function using the macro set is given
6687 here:
6689 \c proc    _nearproc
6691 \c %$i     arg
6692 \c %$j     arg
6693 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6694 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6695 \c         add     ax,[bx]
6697 \c endproc
6699 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6700 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6701 integer. It returns \c{i + *j}.
6703 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6704 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6705 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6706 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6707 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6708 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6709 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6711 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6712 compact-model code) by default. You can have it generate far
6713 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6714 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6715 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6716 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6717 dependency on whether data pointers are far or not.
6719 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6720 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6721 many function parameters will be of type \c{int}.
6723 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6725 \c %define FARCODE
6727 \c proc    _farproc
6729 \c %$i     arg
6730 \c %$j     arg     4
6731 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6732 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6733 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6734 \c         add     ax,[bx]
6736 \c endproc
6738 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6739 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6740 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6743 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6745 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6746 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6748 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6749 not required for Pascal.
6751 \b The memory model is always large: functions are far, data
6752 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6753 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6754 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6755 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6756 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6757 data declared in a Pascal program goes into the default data
6758 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6759 when control is passed to your assembly code. The only things that
6760 do not live in the default data segment are local variables (they
6761 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6762 data \e{pointers}, however, are far.
6764 \b The function calling convention is different - described below.
6766 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6768 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6769 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6770 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6773 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6775 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6776 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6777 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6778 used to denote the function doing the calling and the function which
6779 gets called.
6781 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6782 after another, in normal order (left to right, so that the first
6783 argument specified to the function is pushed first).
6785 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6786 control to the callee.
6788 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6789 actually necessary, in functions which do not need to access their
6790 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6791 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6792 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6793 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6794 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6795 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6797 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6798 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6799 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6800 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6801 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6802 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6803 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6805 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6806 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6807 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6809 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6810 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6811 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6812 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6813 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6814 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6815 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6816 places the returned string value at that location. The pointer is
6817 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6818 \c{RETF} instruction.
6820 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6821 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6822 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6823 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6824 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6825 to be removed from the stack as a side effect of the return
6826 instruction.
6828 \b When the caller regains control from the callee, the function
6829 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6830 do nothing further.
6832 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6833 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6835 \c global  myfunc
6837 \c myfunc: push    bp
6838 \c         mov     bp,sp
6839 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6840 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6841 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6843 \c         ; some more code
6845 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6846 \c         pop     bp
6847 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6849 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6850 assembly code, you would do something like this:
6852 \c extern  SomeFunc
6854 \c        ; and then, further down...
6856 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6857 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6858 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6859 \c        call   far SomeFunc
6861 This is equivalent to the Pascal code
6863 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6864 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6867 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6868 Name Restrictions
6870 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6871 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6872 reading and understanding the various information contained in a
6873 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6874 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6875 restrictions:
6877 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6878 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6880 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6881 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6883 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6884 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6886 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6887 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6890 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6892 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6893 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6894 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6895 definition ensures that functions are far (it implies
6896 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6897 generated with an operand.
6899 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6900 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6901 reverse order. For example:
6903 \c %define PASCAL
6905 \c proc    _pascalproc
6907 \c %$j     arg 4
6908 \c %$i     arg
6909 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6910 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6911 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6912 \c         add     ax,[bx]
6914 \c endproc
6916 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6917 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6918 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6919 and the contents of the pointer. The only difference between this
6920 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6921 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6922 reverse order.
6925 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6927 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6928 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6929 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6930 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6931 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6932 shared libraries.
6934 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6935 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6936 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6937 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6938 address space no matter what segment you work relative to, and that
6939 you should ignore all segment registers completely. When writing
6940 flat-model application code, you never need to use a segment
6941 override or modify any segment register, and the code-section
6942 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6943 space as the data-section addresses you access your variables by and
6944 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6945 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6946 offset part.
6949 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6951 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6952 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6953 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6956 \S{32cunder} External Symbol Names
6958 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6959 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6960 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6961 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6962 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6963 underscore on their assembly-language names.
6965 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6966 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6967 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6968 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6969 though, the leading underscore should not be used.
6971 See also \k{opt-pfix}.
6973 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6975 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6976 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6977 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6978 the function doing the calling and the function which gets called.
6980 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6981 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6982 argument specified to the function is pushed last).
6984 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6985 control to the callee.
6987 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6988 actually necessary, in functions which do not need to access their
6989 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6990 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6991 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6992 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6993 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6994 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6996 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6997 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6998 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6999 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
7000 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
7001 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
7002 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
7003 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
7004 pushing of the parameters in reverse order means that the function
7005 knows where to find its first parameter, which tells it the number
7006 and type of the remaining ones.
7008 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
7009 allocate space on the stack for local variables, which will then be
7010 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
7012 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
7013 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
7014 of the value. Floating-point results are typically returned in
7015 \c{ST0}.
7017 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
7018 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
7019 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
7021 \b When the caller regains control from the callee, the function
7022 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
7023 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
7024 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
7025 called with the wrong number of parameters due to a prototype
7026 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
7027 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
7028 removing.
7030 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
7031 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
7032 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
7033 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
7034 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
7035 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
7036 still pushed in right-to-left order.
7038 Thus, you would define a function in C style in the following way:
7040 \c global  _myfunc
7042 \c _myfunc:
7043 \c         push    ebp
7044 \c         mov     ebp,esp
7045 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
7046 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
7048 \c         ; some more code
7050 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
7051 \c         ret
7053 At the other end of the process, to call a C function from your
7054 assembly code, you would do something like this:
7056 \c extern  _printf
7058 \c         ; and then, further down...
7060 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
7061 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
7062 \c         call    _printf
7063 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
7065 \c         ; then those data items...
7067 \c segment _DATA
7069 \c myint       dd   1234
7070 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
7072 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
7074 \c     int myint = 1234;
7075 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
7078 \S{32cdata} Accessing Data Items
7080 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
7081 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
7082 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
7083 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
7084 accessed from assembler as
7086 \c           extern _i
7087 \c           mov eax,[_i]
7089 And to declare your own integer variable which C programs can access
7090 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
7091 the \c{_DATA} segment, if necessary):
7093 \c           global _j
7094 \c _j        dd 0
7096 To access a C array, you need to know the size of the components of
7097 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
7098 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
7099 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
7100 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
7101 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
7102 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
7103 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
7104 are also 4 bytes long.
7106 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
7107 the base of the structure to the field you are interested in. You
7108 can either do this by converting the C structure definition into a
7109 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
7110 one offset and using just that.
7112 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
7113 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
7114 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
7115 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
7116 Typically, you might find that a structure like
7118 \c struct {
7119 \c     char c;
7120 \c     int i;
7121 \c } foo;
7123 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
7124 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
7125 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
7126 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
7127 out how your own compiler does it.
7130 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
7132 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
7133 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
7134 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
7135 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
7136 the work involved in keeping track of the calling convention.
7138 An example of an assembly function using the macro set is given
7139 here:
7141 \c proc    _proc32
7143 \c %$i     arg
7144 \c %$j     arg
7145 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
7146 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
7147 \c         add     eax,[ebx]
7149 \c endproc
7151 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
7152 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
7153 integer. It returns \c{i + *j}.
7155 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
7156 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
7157 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
7158 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
7159 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
7160 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
7161 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
7163 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
7164 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
7165 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
7168 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
7169 Libraries}
7171 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
7172 because it contains support for \i{position-independent code}
7173 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
7174 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
7175 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
7177 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
7178 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
7179 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
7180 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
7182 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
7183 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
7184 of the running process. The contents of the library's code section
7185 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
7187 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
7188 this:
7190 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
7192 Instead, the linker provides an area of memory called the
7193 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
7194 constant distance from your library's code, so if you can find out
7195 where your library is loaded (which is typically done using a
7196 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
7197 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
7198 linker-generated entries in the GOT.
7200 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
7201 restrictions: since the data section is writable, it has to be
7202 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
7203 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
7204 you can put ordinary types of relocation in the data section without
7205 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
7208 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
7210 Each code module in your shared library should define the GOT as an
7211 external symbol:
7213 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7214 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7216 At the beginning of any function in your shared library which plans
7217 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7218 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7219 in this form:
7221 \c func:   push    ebp
7222 \c         mov     ebp,esp
7223 \c         push    ebx
7224 \c         call    .get_GOT
7225 \c .get_GOT:
7226 \c         pop     ebx
7227 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7229 \c         ; the function body comes here
7231 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7232 \c         mov     esp,ebp
7233 \c         pop     ebp
7234 \c         ret
7236 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7237 second leading underscore.)
7239 The first two lines of this function are simply the standard C
7240 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7241 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7242 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7243 libraries use this register to store the address of the GOT.
7245 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7246 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7247 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7248 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7249 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7250 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7251 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7252 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7253 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7254 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7255 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7256 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7257 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7258 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7259 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7260 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7262 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7263 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7264 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7266 \c %macro  get_GOT 0
7268 \c         call    %%getgot
7269 \c   %%getgot:
7270 \c         pop     ebx
7271 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7273 \c %endmacro
7275 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7277 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7278 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7279 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7280 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7281 way this works is like this:
7283 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7285 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7286 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7287 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7288 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7290 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7291 them, they are shared between code modules in the library, but do
7292 not get exported from the library to the program that loaded it.
7293 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7294 can access them in the same way as local variables, using the above
7295 \c{..gotoff} mechanism.
7297 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7298 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7299 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7302 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7304 If your library needs to get at an external variable (external to
7305 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7306 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7307 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7308 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7309 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7310 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7311 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7312 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7313 you would code
7315 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7317 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7318 linker, when it builds the shared library, collects together every
7319 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7320 has every necessary entry present.
7322 Common variables must also be accessed in this way.
7325 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7327 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7328 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7329 you have to give the size of the data item. This is because the
7330 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7331 entries for any exported functions, and also moves exported data
7332 items away from the library's data section in which they were
7333 declared.
7335 So to export a function to users of the library, you must use
7337 \c global  func:function           ; declare it as a function
7339 \c func:   push    ebp
7341 \c         ; etc.
7343 And to export a data item such as an array, you would have to code
7345 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7347 \c array:  resd    128
7348 \c .end:
7350 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7351 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7352 end up living in the data section of the main program, rather than
7353 in your library's data section, where you declared it. So you will
7354 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7355 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7356 effectively, it has become).
7358 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7359 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7360 sort of code:
7362 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7364 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7365 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7366 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7367 pointing at your data section instead of at the exported global
7368 which resides elsewhere.
7370 Instead of the above code, then, you must write
7372 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7374 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7375 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7376 at that address, rather than just relocating by section base.
7378 Either method will work for functions: referring to one of your
7379 functions by means of
7381 \c funcptr:        dd      my_function
7383 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7385 \c funcptr:        dd      my_function wrt ..sym
7387 will give the address of the procedure linkage table for the
7388 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7389 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7392 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7394 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7395 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7396 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7397 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7398 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7399 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7400 in the main program can be transparently passed off to their real
7401 destinations.
7403 To call an external routine, you must use another special PIC
7404 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7405 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7406 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7407 ..plt}.
7410 \S{link} Generating the Library File
7412 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7413 you then generate your shared library with a command such as
7415 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7416 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7418 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7419 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7420 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7421 library file name, with a version number, into the library:
7423 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7425 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7426 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7429 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7431 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7432 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7433 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7434 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7435 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7436 one, or jumps between different-size segments.
7439 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7441 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7442 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7443 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7444 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7445 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7446 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7447 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7448 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7450 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7451 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7452 segment, so just coding, for example,
7454 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7456 will not work, since the offset part of the address will be
7457 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7458 one.
7460 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7461 generate the required instruction by coding it manually, using
7462 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7463 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7465 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7467 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7468 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7469 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7470 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7471 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7472 segment to a 32-bit one.
7474 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7475 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7477 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7479 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7480 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7481 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7484 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7485 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7487 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7488 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7489 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7490 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7491 32-bit segment, or vice versa.
7493 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7494 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7495 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7496 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7498 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7499 the address, since any effective address containing a 32-bit
7500 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7502 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7503 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7505 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7506 instruction and a register) if you already know the precise offset
7507 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7508 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7509 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7511 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7512 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7514 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7516 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7517 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7518 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7520 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7522 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7523 which controls the size of the data stored at the address, with the
7524 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7525 address itself. The two can quite easily be different:
7527 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7529 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7530 offset.
7532 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7533 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7535 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7537 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7538 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7539 offset), and calls that address.
7542 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7544 The other way you might want to access data might be using the
7545 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7546 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7547 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7548 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7550 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7551 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7552 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7553 desired address into \c{ESI} and then code
7555 \c         a32     lodsb
7557 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7558 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7559 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7560 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7562 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7563 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7564 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7565 instructions with implicit addressing:
7566 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7567 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7568 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7569 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7570 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7571 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7572 Also, the
7573 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7574 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7575 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7576 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7577 size from the code segment.
7579 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7580 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7581 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7582 give the value of the segment register being manipulated. To force
7583 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7584 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7586 \c         o16 push    ss
7587 \c         o16 push    ds
7589 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7590 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7591 one.
7593 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7594 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7597 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7599 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7600 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7601 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7602 write position-independent code for shared libraries.
7604 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7605 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7606 registers, which still add their bases.
7608 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7609 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7610 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7611 probably desirable to make that the default, using the directive
7612 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7614 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7615 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7616 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7617 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7618 Please see the ABI documentation for your platform.
7620 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7621 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7622 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7623 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7625 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7626 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7627 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7628 set to zero.
7630 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7632 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7633 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7635 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7636 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7637 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7638 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7640 This is consistent with the AMD documentation and most other
7641 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7642 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7643 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7644 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7645 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7646 can be used for this purpose.
7648 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7650 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7651 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7652 immediates to 32 bits.
7654 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7656 \c      MOV reg64,imm64
7658 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7659 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7660 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7661 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7662 immediate as \c{DWORD}:
7664 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7665 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7666 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7667 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7669 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7671 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7672 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7673 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7674 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7675 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7676 displacement size as \c{QWORD}:
7678 \c      default abs
7680 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7681 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7682 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7684 \c      default rel
7686 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7687 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7688 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7689 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7691 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7692 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7694 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7696 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7698 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7700 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7701 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7703 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7704 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7705 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7706 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7707 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7709 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7711 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7712 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7713 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7714 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7716 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7718 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7720 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7722 \c      void foo(long a, double b, int c)
7724 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7726 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7728 The Win64 ABI is described at:
7730 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7732 What follows is a simplified summary.
7734 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7735 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7736 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7737 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7738 use by the function without saving.
7740 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7742 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7743 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7744 return is \c{XMM0} only.
7746 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7748 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7750 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7752 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7754 \C{trouble} Troubleshooting
7756 This chapter describes some of the common problems that users have
7757 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7758 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7759 that isn't listed here.
7762 \H{problems} Common Problems
7764 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7766 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7767 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7768 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7769 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7770 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7771 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7772 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7773 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7774 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7777 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7779 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7780 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7781 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7782 longer.
7784 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7785 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7786 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7787 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7788 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7789 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7790 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7791 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7792 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7793 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7794 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7795 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7798 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7800 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7801 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7802 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7803 sector, people who are used to MASM tend to code
7805 \c         ORG 0
7807 \c         ; some boot sector code
7809 \c         ORG 510
7810 \c         DW 0xAA55
7812 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7813 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7814 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7816 \c         ORG 0
7818 \c         ; some boot sector code
7820 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7821 \c         DW 0xAA55
7823 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7824 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7825 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7826 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7827 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7828 find out what's wrong with it.
7831 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7833 The other common problem with the above code is people who write the
7834 \c{TIMES} line as
7836 \c         TIMES 510-$ DB 0
7838 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7839 the difference between them is also a pure number and can happily be
7840 fed to \c{TIMES}.
7842 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7843 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7844 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7845 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7846 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7847 information back to the expression evaluator. So from the
7848 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7849 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7850 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7851 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7853 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7854 line in the form
7856 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7858 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7859 and so their difference is a pure number. This will solve the
7860 problem and generate sensible code.
7863 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7865 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7866 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7867 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7868 \i\c{bugtracker} at
7869 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7870 (click on "Bug Tracker"), or if that fails then through one of the
7871 contacts in \k{contact}.
7873 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7874 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7875 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7876 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7877 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7878 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7879 there.
7881 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7882 information:
7884 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7885 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7887 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7888 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7889 you were using the standard distribution binaries out of the
7890 archive. If you were using a locally built executable, try to
7891 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7892 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7895 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7896 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7897 \c{NASMENV} environment variable if any.
7899 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7900 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7901 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7902 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7903 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7904 compiler, what version, and what command line or options you used.
7905 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7906 with the command-line version of the compiler.)
7908 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7909 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7910 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7911 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7912 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7913 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7914 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7915 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7916 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7917 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7918 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7919 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7920 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7922 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7923 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7924 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7925 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7926 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7927 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7928 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7929 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7930 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7931 should be 77 instead'.
7933 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7934 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7935 generates the same file, or whether the problem is related to
7936 portability issues between our development platforms and yours. We
7937 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7938 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7939 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7940 for us.
7942 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7943 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7944 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7945 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7946 differently from us.
7949 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7951                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7953 \H{ndisintro} Introduction
7956 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7957 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7958 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7959 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7960 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7962 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7963 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7964 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7965 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7966 disassembles.
7969 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7971 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7972 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7973 are on a Unix system.
7976 \H{ndisrun} Running NDISASM
7978 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7980 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7982 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7983 provided of course that you remember to specify which it is to work
7984 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7985 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7987 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7988 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7989 summary of command line options.
7992 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7994 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7995 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7996 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7997 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7998 this.
8000 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
8001 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
8002 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
8003 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
8004 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
8006 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
8008 \c        ndisasm -o100h filename.com
8010 will do the trick.
8013 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
8015 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
8016 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
8017 will faithfully plough through the data section, producing machine
8018 instructions wherever it can (although most of them will look
8019 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
8020 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
8021 Then it will reach the code section.
8023 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
8024 instruction from part of the data section, and its file position is
8025 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
8026 entirely possible that another spurious instruction will get
8027 generated, starting with the final byte of the data section, and
8028 then the correct first instruction in the code section will not be
8029 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
8030 ideal.
8032 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
8033 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
8034 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
8035 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
8036 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
8037 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
8038 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
8039 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
8040 the instructions in your code section.
8042 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
8043 in terms of the program origin, not the file position. So if you
8044 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
8047 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
8049 rather than
8051 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
8053 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
8054 to, just by repeating the \c{-s} option.
8057 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
8058 \I\c{auto-sync}
8060 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
8061 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
8062 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
8063 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
8064 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
8065 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
8066 needed.
8068 On the other hand, why should you have to specify the sync point
8069 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
8070 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
8071 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
8073 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
8074 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
8075 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
8076 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
8077 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
8078 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
8079 processed, there isn't much it can do about it...)
8081 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
8082 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
8083 the register contains) or involves a segment address (in which case
8084 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
8085 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
8087 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
8088 points in all the right places, and save you from having to place
8089 any sync points manually. However, it should be stressed that
8090 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
8091 you may still have to place some manually.
8093 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
8094 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
8095 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
8096 options.
8098 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
8099 fluke, something in your data section should disassemble to a
8100 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
8101 sync point in a totally random place, for example in the middle of
8102 one of the instructions in your code section. So you may end up with
8103 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
8104 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
8105 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
8106 suppress disassembly of the data area.
8109 \S{ndisother} Other Options
8111 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
8112 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
8113 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
8114 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
8116 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
8117 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
8118 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
8119 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
8120 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
8121 anyway.
8124 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
8126 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
8127 possible, should be sent to
8128 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
8129 developer's site at
8130 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
8131 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
8132 new features as well.
8134 \A{inslist} \i{Instruction List}
8136 \H{inslistintro} Introduction
8138 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
8139 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
8140 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
8141  when appropriate, one or more usage flags.
8143 \& inslist.src
8145 \A{changelog} \i{NASM Version History}
8147 \& changes.src