pptok: change %rimacro to %irmacro
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob272d5b23175c9a1e28e02efee4d8bf762c2548a3
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#   
3 \#   Copyright 1996-2009 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.
17 \#     
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}{1996-2009}
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 "COPYING" distributed in the NASM archive.}
42 \M{auxinfo}{This release is dedicated to the memory of Charles A. Crayne.  We miss you, Chuck.}
43 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
44 \M{infoname}{NASM}
45 \M{infofile}{nasm}
46 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
47 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
48 \IR{-D} \c{-D} option
49 \IR{-E} \c{-E} option
50 \IR{-F} \c{-F} option
51 \IR{-I} \c{-I} option
52 \IR{-M} \c{-M} option
53 \IR{-MD} \c{-MD} option
54 \IR{-MF} \c{-MF} option
55 \IR{-MG} \c{-MG} option
56 \IR{-MP} \c{-MP} option
57 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
58 \IR{-MT} \c{-MT} option
59 \IR{-O} \c{-O} option
60 \IR{-P} \c{-P} option
61 \IR{-U} \c{-U} option
62 \IR{-X} \c{-X} option
63 \IR{-a} \c{-a} option
64 \IR{-d} \c{-d} option
65 \IR{-e} \c{-e} option
66 \IR{-f} \c{-f} option
67 \IR{-g} \c{-g} option
68 \IR{-i} \c{-i} option
69 \IR{-l} \c{-l} option
70 \IR{-o} \c{-o} option
71 \IR{-p} \c{-p} option
72 \IR{-s} \c{-s} option
73 \IR{-u} \c{-u} option
74 \IR{-v} \c{-v} option
75 \IR{-W} \c{-W} option
76 \IR{-w} \c{-w} option
77 \IR{-y} \c{-y} option
78 \IR{-Z} \c{-Z} option
79 \IR{!=} \c{!=} operator
80 \IR{$, here} \c{$}, Here token
81 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
82 \IR{$$} \c{$$} token
83 \IR{%} \c{%} operator
84 \IR{%%} \c{%%} operator
85 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
86 \IA{%-1}{%+1}
87 \IR{%0} \c{%0} parameter count
88 \IR{&} \c{&} operator
89 \IR{&&} \c{&&} operator
90 \IR{*} \c{*} operator
91 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
92 \IR{/} \c{/} operator
93 \IR{//} \c{//} operator
94 \IR{<} \c{<} operator
95 \IR{<<} \c{<<} operator
96 \IR{<=} \c{<=} operator
97 \IR{<>} \c{<>} operator
98 \IR{=} \c{=} operator
99 \IR{==} \c{==} operator
100 \IR{>} \c{>} operator
101 \IR{>=} \c{>=} operator
102 \IR{>>} \c{>>} operator
103 \IR{?} \c{?} MASM syntax
104 \IR{^} \c{^} operator
105 \IR{^^} \c{^^} operator
106 \IR{|} \c{|} operator
107 \IR{||} \c{||} operator
108 \IR{~} \c{~} operator
109 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
110 \IA{%$$}{%$}
111 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
112 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
113 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
114 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
115 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
116 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
117 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
118 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
119 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
120 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
121 variables
122 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
123 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
124 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
125 \IR{autoconf} Autoconf
126 \IR{bin} bin
127 \IR{bitwise and} bitwise AND
128 \IR{bitwise or} bitwise OR
129 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
130 \IR{block ifs} block IFs
131 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
132 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
133 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
134 \IR{bsd} BSD
135 \IR{c calling convention} C calling convention
136 \IR{c symbol names} C symbol names
137 \IA{critical expressions}{critical expression}
138 \IA{command line}{command-line}
139 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
140 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
141 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
142 \IA{character constants}{character constant}
143 \IR{common object file format} Common Object File Format
144 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
145 in \c{elf}
146 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
147 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
148 \IR{declaring structure} declaring structures
149 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
150 \IR{devpac} DevPac
151 \IR{djgpp} DJGPP
152 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
153 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
154 \IR{dos} DOS
155 \IR{dos archive} DOS archive
156 \IR{dos source archive} DOS source archive
157 \IA{effective address}{effective addresses}
158 \IA{effective-address}{effective addresses}
159 \IR{elf} ELF
160 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
161 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
162 \IR{elf32} \c{elf32}
163 \IR{elf64} \c{elf64}
164 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
165 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
166 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
167 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
168 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
169 \IR{freebsd} FreeBSD
170 \IR{freelink} FreeLink
171 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
172 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
173 convention
174 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
175 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
176 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
177 \IR{got} GOT
178 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
179 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
180 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
181 \IR{intel number formats} Intel number formats
182 \IR{linux, elf} Linux, ELF
183 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
184 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
185 \IR{logical and} logical AND
186 \IR{logical or} logical OR
187 \IR{logical xor} logical XOR
188 \IR{mach object file format} Mach, object file format
189 \IR{mach-o} Mach-O
190 \IR{macho32} \c{macho32}
191 \IR{macho64} \c{macho64}
192 \IR{macos x} MacOS X
193 \IR{masm} MASM
194 \IA{memory reference}{memory references}
195 \IR{minix} Minix
196 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
197 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
198 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
199 \IR{mmx registers} MMX registers
200 \IA{modr/m}{modr/m byte}
201 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
202 \IR{ms-dos} MS-DOS
203 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
204 \IR{multipush} \c{multipush} macro
205 \IR{nan} NaN
206 \IR{nasm version} NASM version
207 \IR{netbsd} NetBSD
208 \IR{omf} OMF
209 \IR{openbsd} OpenBSD
210 \IR{operating system} operating system
211 \IR{os/2} OS/2
212 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
213 \IR{passes} passes, assembly
214 \IR{perl} Perl
215 \IR{pic} PIC
216 \IR{pharlap} PharLap
217 \IR{plt} PLT
218 \IR{plt} \c{PLT} relocations
219 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
220 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
221 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
222 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
223 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
224 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
225 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
226 Object File Format
227 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
228 \IA{repeating}{repeating code}
229 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
230 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
231 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
232 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
233 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
234 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
235 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
236 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
237 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
238 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
239 \IR{shift command} \c{shift} command
240 \IA{sib}{sib byte}
241 \IR{sib byte} SIB byte
242 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
243 \IR{solaris x86} Solaris x86
244 \IA{standard section names}{standardized section names}
245 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
246 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
247 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
248 \IR{tlink} \c{TLINK}
249 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
250 \IR{unicode} Unicode
251 \IR{unix} Unix
252 \IR{utf-8} UTF-8
253 \IR{utf-16} UTF-16
254 \IR{utf-32} UTF-32
255 \IA{sco unix}{unix, sco}
256 \IR{unix, sco} Unix, SCO
257 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
258 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
259 \IA{unix system v}{unix, system v}
260 \IR{unix, system v} Unix, System V
261 \IR{unixware} UnixWare
262 \IR{val} VAL
263 \IR{version number of nasm} version number of NASM
264 \IR{visual c++} Visual C++
265 \IR{www page} WWW page
266 \IR{win32} Win32
267 \IR{win32} Win64
268 \IR{windows} Windows
269 \IR{windows 95} Windows 95
270 \IR{windows nt} Windows NT
271 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
272 \# \IC{program entry point}{start point, program}
273 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
274 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
275 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
278 \C{intro} Introduction
280 \H{whatsnasm} What Is NASM?
282 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
283 for portability and modularity. It supports a range of object file
284 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
285 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
286 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
287 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
288 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
289 strong support for macros.
292 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
294 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
295 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
296 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
297 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
299 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
300 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
302 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
303 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
304 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
305 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
306 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
307 it (properly.)
309 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
310 doesn't seem to have much (or any) documentation.
312 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
313 DOS.
315 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
316 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
317 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
318 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
319 It's expensive too. And it's DOS-only.
321 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
322 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
323 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
324 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
325 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
326 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
327 Again.
330 \S{legal} \i{License} Conditions
332 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
333 distribution archive, for the license conditions under which you may
334 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
335 known as the simplified BSD license.
337 Copyright 1996-2009 the NASM Authors - All rights reserved.
339 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
340 modification, are permitted provided that the following conditions are
341 met:
343 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
344 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
346 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
347 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
348 documentation and/or other materials provided with the distribution.
349       
350 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
351 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
352 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
353 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
354 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
355 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
356 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
357 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
358 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
359 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
360 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
361 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
362 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
365 \H{contact} Contact Information
367 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
368 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
369 (see below for the link).
370 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
372 NASM has a \i{website} at
373 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
374 google for us!
376 \i{New releases} of NASM are available from the official web site.
378 Announcements are posted to
379 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
380 and to the web site
381 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
383 If you want information about NASM beta releases, and the current
384 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email
385 list; see link from the website.
388 \H{install} Installation
390 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
392 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
393 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
394 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
395 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
397 The archive will contain a set of executable files: the NASM
398 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
399 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
400 RDOFF file format.
402 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
403 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
404 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
405 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
406 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
407 under other versions of Windows as well.)
409 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
410 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
411 so you can delete it if you need to save space; however, you may
412 want to keep the documentation or test programs.
414 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
415 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
416 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
417 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
418 the source archive.
420 Note that a number of files are generated from other files by Perl
421 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
422 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
423 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
424 documentation. It is possible future source distributions may not
425 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
426 platforms, including DOS and Windows, are available from
427 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
430 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
432 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
433 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
434 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
435 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
436 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
438 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
439 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
440 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
441 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
442 accordingly.
444 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
445 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
446 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
447 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
448 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
449 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
450 install the programs yourself.
452 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
453 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
454 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
455 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
458 \C{running} Running NASM
460 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
462 To assemble a file, you issue a command of the form
464 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
466 For example,
468 \c nasm -f elf myfile.asm
470 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
472 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
474 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
476 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
477 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
478 to give a listing file name, for example:
480 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
482 To get further usage instructions from NASM, try typing
484 \c nasm -h
486 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
487 are.
489 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
490 or \c{ELF}, type
492 \c file nasm
494 (in the directory in which you put the NASM binary when you
495 installed it). If it says something like
497 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
499 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
500 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
502 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
504 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
505 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
506 and are rare these days.)
508 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
509 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
510 messages.
513 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
515 NASM will normally choose the name of your output file for you;
516 precisely how it does this is dependent on the object file format.
517 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
518 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
519 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
520 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
521 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{ieee}, \c{macho32} and \c{macho64})
522 it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith} and \c{srec},
523 it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec}, respectively,
524 and for the \c{bin} format it will simply remove the extension, so
525 that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
527 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
528 has the same name as the input file, in which case it will give a
529 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
531 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
532 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
533 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
534 with the name you wish for the output file, either with or without
535 an intervening space. For example:
537 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
538 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
540 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
541 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
544 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
546 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
547 output file format for you itself. In the distribution versions of
548 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
549 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
550 choose what you want the default to be.
552 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
553 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
555 A complete list of the available output file formats can be given by
556 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
559 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
561 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
562 optional space) by a file name, NASM will generate a
563 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
564 code are listed on the left, and the actual source code, with
565 expansions of multi-line macros (except those which specifically
566 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
567 right. For example:
569 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
571 If a list file is selected, you may turn off listing for a
572 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
573 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
574 form" (without the brackets). This can be used to list only
575 sections of interest, avoiding excessively long listings.
578 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
580 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
581 This can be redirected to a file for further processing. For example:
583 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
586 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
588 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
589 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
590 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
591 dependency list without a prefix.
594 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
596 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
597 output to a file, rather than to stdout.  For example:
599 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
602 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
604 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
605 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
606 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
607 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
608 updated dependencies with every assembly session.  For example:
610 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
613 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
615 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
616 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
617 specified by the \c{-o} option.
620 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
622 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
623 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
624 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
625 quotable in Make.
628 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
630 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
631 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
632 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
633 file has been removed.
636 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
638 This option is used to select the format of the debug information
639 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
640 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
641 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
642 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
643 if \c{-F} is specified.
645 A complete list of the available debug file formats for an output
646 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
647 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
649 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
650 is not built into NASM by default. For information on how
651 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
654 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
656 This option can be used to generate debugging information in the specified
657 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
658 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
659 If no debug information is currently implemented in the selected output
660 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
663 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
665 This option can be used to select an error reporting format for any
666 error messages that might be produced by NASM.
668 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
669 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
670 the default and looks like this:
672 \c filename.asm:65: error: specific error message
674 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
675 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
676 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
677 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
678 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
680 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
681 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
683 \c filename.asm(65) : error: specific error message
685 where the only difference is that the line number is in parentheses
686 instead of being delimited by colons.
688 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
690 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
692 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
693 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
694 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
695 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
696 example) you want to load them into an editor.
698 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
699 which causes errors to be sent to the specified files rather than
700 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
701 the errors into a file by typing
703 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
705 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
706 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
707 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
709 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
711 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
712 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
713 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
714 program, you can type:
716 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
718 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
721 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
723 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
724 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
725 search for the given file not only in the current directory, but also
726 in any directories specified on the command line by the use of the
727 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
728 library}, for example, by typing
730 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
732 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
733 optional).
735 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
736 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
737 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
738 prepended exactly as written to the name of the include file.
739 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
740 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
742 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
743 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
744 to search for the file \c{foobar.i}...)
746 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
747 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
748 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
749 \k{nasmenv}).
751 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
752 be specified as \c{-I}.
755 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
757 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
758 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
759 option. So running
761 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
763 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
764 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
766 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
767 option can also be specified as \c{-P}.
770 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
772 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
773 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
774 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
775 could code
777 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
779 as an alternative to placing the directive
781 \c %define FOO 100
783 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
784 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
785 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
786 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
787 \c{-dDEBUG}.
789 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
790 be specified as \c{-D}.
793 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
795 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
796 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
797 option specified earlier on the command lines.
799 For example, the following command line:
801 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
803 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
804 program. This is useful to override options specified at a different
805 point in a Makefile.
807 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
808 be specified as \c{-U}.
811 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
813 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
814 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
815 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
816 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
817 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
818 if the \c{-o} option is also used).
820 This option cannot be applied to programs which require the
821 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
822 which depend on the values of symbols: so code such as
824 \c %assign tablesize ($-tablestart)
826 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
828 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
829 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
830 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
832 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
834 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
835 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
836 completely and assume the compiler has already done it, to save time
837 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
838 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
839 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
842 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
844 NASM defaults to not optimizing operands which can fit into a signed byte.
845 This means that if you want the shortest possible object code,
846 you have to enable 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 compatability 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.
869 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
870 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
873 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
875 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
876 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
878 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
880 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
881 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
882 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
883 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
884 Note that you lose the ability to override the default address type for
885 the instruction.
887 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
888 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
889 \c{include}, \c{local})
891 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
893 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
894 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
895 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
896 conditions are reported like errors, but come up with the word
897 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
898 generating an output file and returning a success status to the
899 operating system.
901 Some conditions are even less severe than that: they are only
902 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
903 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
904 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
905 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
906 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
907 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
909 The \i{suppressible warning} classes are:
911 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
912 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
913 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
914 you might want to disable it.
916 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
917 warning class is disabled by default.
919 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
920 parameters than optional parameters. This warning class
921 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
923 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
924 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
925 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
926 see \k{syntax} for more information.
928 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
929 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
931 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
932 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
933 This warning class is disabled by default.
935 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
936 Enabled by default.
938 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
939 Disabled by default.
941 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
942 Disabled by default.
944 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
945 Enabled by default.
947 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
948 Enabled by default.
950 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
951 default.
953 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
954 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
956 In addition, you can set warning classes across sections.
957 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
958 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
959 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
960 (without the brackets) exists.
962 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
963 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
964 \c{-w-warning}, respectively.
967 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
969 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
970 and the date on which it was compiled.
972 You will need the version number if you report a bug.
974 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
976 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
977 debug info formats for the given output format. The default format
978 is indicated by an asterisk. For example:
980 \c nasm -f elf -y
982 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
983 \c   ('*' denotes default):
984 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
985 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
988 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
990 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
991 (respectively) the given argument to all \c{global} or
992 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
993 underscore to all global and external variables, as C sometimes
994 (but not always) likes it.
997 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
999 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1000 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1001 processed before the real command line. You can use this to define
1002 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1003 options in the \c{NASMENV} variable.
1005 The value of the variable is split up at white space, so that the
1006 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
1007 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1008 what you might want, because it will be split at the space and the
1009 NASM command-line processing will get confused by the two
1010 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1012 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1013 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1014 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1015 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1016 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
1017 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1019 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1020 changed with version 0.98.31.
1023 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1025 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1026 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1027 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1028 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1029 skipping this section.
1032 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1034 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1035 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1036 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1037 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1038 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1039 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1040 will distinguish between labels differing only in case.
1043 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1045 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1046 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1047 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1048 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1049 if you declare, for example,
1051 \c foo     equ     1
1052 \c bar     dw      2
1054 then the two lines of code
1056 \c         mov     ax,foo
1057 \c         mov     ax,bar
1059 generate completely different opcodes, despite having
1060 identical-looking syntaxes.
1062 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1063 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1064 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1065 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1066 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1067 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1068 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1069 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1071 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1072 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1073 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1074 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1075 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1076 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1078 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1079 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1080 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1081 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1082 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1083 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1084 \e{everything} is a label.
1086 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1087 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1088 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1089 portion outside square brackets and another portion inside. The
1090 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1091 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1094 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1096 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1097 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1098 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1099 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1100 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1101 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1102 \c{mov word [var],2}.
1104 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1105 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1106 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1107 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1108 the strings being manipulated.
1111 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1113 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1114 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1115 choose to put in your segment registers, and will never
1116 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1119 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1121 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1122 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1123 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1124 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1125 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1126 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1127 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1128 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1129 track of which external variable definitions are far and which are
1130 near.
1133 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1135 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1136 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1137 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1138 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1140 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1141 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1142 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1143 on a misunderstanding by the authors.
1146 \S{qsother} Other Differences
1148 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1149 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1151 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1152 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1153 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1154 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1155 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1156 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1157 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1159 In addition to all of this, macros and directives work completely
1160 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1161 details.
1164 \C{lang} The NASM Language
1166 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1168 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1169 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1170 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1172 \c label:    instruction operands        ; comment
1174 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1175 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1176 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1177 presence and nature of the instruction field.
1179 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1180 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1181 backslash-ended line.
1183 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1184 have white space before them, or instructions may have no space
1185 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1186 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1187 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1188 valid source line which does nothing but define a label. Running
1189 NASM with the command-line option
1190 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1191 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1193 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1194 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1195 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1196 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1197 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1198 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1199 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1200 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1201 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1202 an identifier is 4095 characters.
1204 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1205 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1206 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1207 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1208 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1209 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1210 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1211 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1212 override}segment register as an instruction prefix: coding
1213 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1214 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1215 syntactic features of the language, but for instructions such as
1216 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1217 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1218 \c{es lodsb}.
1220 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1221 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1222 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1224 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1225 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1227 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1228 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1229 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1230 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1231 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1232 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1234 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1235 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1236 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1237 \# Details of
1238 \# all forms of each supported instruction are given in
1239 \# \k{iref}.
1240 For example, you can code:
1242 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1243 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1245 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1246 \c         fadd    to st1          ; so does this
1248 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1249 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1250 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1253 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1255 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1256 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1257 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1258 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1259 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1260 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1261 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1262 prefix.
1265 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1267 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1268 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1269 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1270 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1272 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1273 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1274 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1275 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1276 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1277 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1278 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1279 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1280 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1281 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1282 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1283 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1284 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1286 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1289 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1291 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1292 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1293 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1294 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1295 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1296 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1297 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1298 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1299 expression}: see \k{crit}.
1301 For example:
1303 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1304 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1305 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1306 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1308 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1310 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1311 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1312 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1313 directly into a game executable file. It can be called in one of
1314 these three ways:
1316 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1317 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1318 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1319 \c                                    ; actually include at most 512
1321 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1322 macro version searches for the file in the include file search path
1323 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1324 overridden if desired.
1327 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1329 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1330 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1331 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1332 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1333 example,
1335 \c message         db      'hello, world'
1336 \c msglen          equ     $-message
1338 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1339 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1340 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1341 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1342 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1343 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1346 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1348 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1349 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1350 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1351 code
1353 \c zerobuf:        times 64 db 0
1355 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1356 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1357 \e{expression}, so you can do things like
1359 \c buffer: db      'hello, world'
1360 \c         times 64-$+buffer db ' '
1362 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1363 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1364 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1366 \c         times 100 movsb
1368 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1369 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1370 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1372 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1374 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1375 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1376 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1377 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1378 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1381 \H{effaddr} Effective Addresses
1383 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1384 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1385 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1386 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1387 example:
1389 \c wordvar dw      123
1390 \c         mov     ax,[wordvar]
1391 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1392 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1394 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1395 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1397 More complicated effective addresses, such as those involving more
1398 than one register, work in exactly the same way:
1400 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1401 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1403 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1404 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1405 all right:
1407 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1408 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1410 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1411 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1412 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1413 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1414 generate the latter on the grounds that the former requires four
1415 bytes to store a zero offset.
1417 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1418 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1419 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1420 default segment registers.
1422 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1423 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1424 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1425 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1426 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1427 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1428 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1429 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1430 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1431 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1432 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1434 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1435 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1436 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1437 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1438 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1439 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1440 the offset to be lost.
1442 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1443 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1444 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1445 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1446 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1447 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1449 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1450 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1451 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1452 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1455 \H{const} \i{Constants}
1457 NASM understands four different types of constant: numeric,
1458 character, string and floating-point.
1461 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1463 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1464 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1465 suffix \c{H} or \c{X}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hexadecimal},
1466 \i{octal} and \i{binary} respectively, or you can prefix \c{0x} for
1467 hexadecimal in the style of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal
1468 in the style of Borland Pascal. Note, though, that the \I{$,
1469 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1470 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1471 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1472 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0o} or
1473 \c{0q} for octal, and \c{0b} for binary.  Please note that unlike C, a
1474 \c{0} prefix by itself does \e{not} imply an octal constant!
1476 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1477 up long strings.
1479 Some examples (all producing exactly the same code):
1481 \c         mov     ax,200          ; decimal
1482 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1483 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1484 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1485 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1486 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1487 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1488 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1489 \c         mov     ax,310q         ; octal
1490 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1491 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1492 \c         mov     ax,0q310        ; hex yet again
1493 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1494 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1495 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1497 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1499 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1500 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1501 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1502 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1503 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1504 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1505 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1508 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1510 \c       \'          single quote (')
1511 \c       \"          double quote (")
1512 \c       \`          backquote (`)
1513 \c       \\\          backslash (\)
1514 \c       \?          question mark (?)
1515 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1516 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1517 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1518 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1519 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1520 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1521 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1522 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1523 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1524 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1525 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1526 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1528 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1529 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1530 sequence.
1532 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1533 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1535 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1536 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1537 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1540 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1542 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1543 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1545 A character constant with more than one byte will be arranged
1546 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1548 \c           mov eax,'abcd'
1550 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1551 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1552 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1553 the sense of character constants understood by the Pentium's
1554 \i\c{CPUID} instruction.
1557 \S{strconst} \i{String Constants}
1559 String constants are character strings used in the context of some
1560 pseudo-instructions, namely the
1561 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1562 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1563 certain preprocessor directives.
1565 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1566 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1567 for the conditions. So the following are equivalent:
1569 \c       db    'hello'               ; string constant
1570 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1572 And the following are also equivalent:
1574 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1575 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1576 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1578 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1579 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1580 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1581 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1582 or four-character constants are treated as strings when they are
1583 operands to \c{DW}, and so forth.
1585 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1587 The special operators \i\c{__utf16__} and \i\c{__utf32__} allows
1588 definition of Unicode strings.  They take a string in UTF-8 format and
1589 converts it to (littleendian) UTF-16 or UTF-32, respectively.
1591 For example:
1593 \c %define u(x) __utf16__(x)
1594 \c %define w(x) __utf32__(x)
1596 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1597 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1599 \c{__utf16__} and \c{__utf32__} can be applied either to strings
1600 passed to the \c{DB} family instructions, or to character constants in
1601 an expression context.
1603 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1605 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1606 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1607 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1608 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1609 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1610 \i\c{__float128h__}.
1612 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1613 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1614 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1615 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1616 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1617 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1618 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1619 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1620 notation.
1622 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1623 floating-point constants as well.
1625 Some examples:
1627 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1628 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1629 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1630 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1631 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1632 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1633 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1634 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1635 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1636 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1637 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1639 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1640 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1641 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1642 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1643 called a "\i{minifloat}."
1645 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1646 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1647 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1648 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1649 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1650 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1651 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1652 floating-point number, respectively.
1654 For example:
1656 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1658 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1659 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1661 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1663 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1664 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1665 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1666 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1667 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1668 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1669 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1670 of floating-point routines, which would significantly increase the
1671 size of the assembler for very little benefit.
1673 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1674 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1675 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1676 respectively.  These are normally used as macros:
1678 \c %define Inf __Infinity__
1679 \c %define NaN __QNaN__
1681 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1683 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1685 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1686 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1687 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1689 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1690 digits.
1692 For example:
1694 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1695 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1696 \c       dt +0p33
1697 \c       dt 33p
1700 \H{expr} \i{Expressions}
1702 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1703 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1704 appropriate size.
1706 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1707 calculations to involve the current assembly position: the
1708 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1709 position at the beginning of the line containing the expression; so
1710 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1711 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1712 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1714 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1715 increasing order of \i{precedence}.
1718 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1720 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1721 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1722 arithmetic operator supported by NASM.
1725 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1727 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1730 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1732 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1735 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1737 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1738 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1739 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1740 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1741 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1744 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1745 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1747 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1748 subtraction.
1751 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1752 \i{Multiplication} and \i{Division}
1754 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1755 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1756 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1757 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1758 \i{signed modulo} operators respectively.
1760 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1761 operation of the signed modulo operator.
1763 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1764 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1765 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1768 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1769 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1771 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1772 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1773 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1774 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1775 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1776 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1779 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1781 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1782 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1783 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1784 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1786 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1787 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1788 the symbol makes sense. So the code
1790 \c         mov     ax,seg symbol
1791 \c         mov     es,ax
1792 \c         mov     bx,symbol
1794 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1796 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1797 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1798 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1799 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1800 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1802 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1803 \c         mov     es,ax
1804 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1806 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1807 pointer to the symbol \c{symbol}.
1809 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1810 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1811 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1812 could code either of
1814 \c         call    (seg procedure):procedure
1815 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1817 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1818 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1819 practice.)
1821 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1822 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1823 to \c{CALL} in these examples.
1825 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1826 must code
1828 \c         dw      symbol, seg symbol
1830 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1831 invent one using the macro processor.
1834 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1836 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1837 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1838 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1839 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1840 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1841 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1842 in \c{BITS 16} mode,
1844 \c         push dword 33
1846 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1848 \c         push strict dword 33
1850 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1851 21 00 00 00}.
1853 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1854 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1857 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1859 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1860 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1861 called \e{Critical Expressions}.
1863 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1864 code and data, so that the second pass, when generating all the
1865 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1866 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1867 symbol declared after the code in question. For example,
1869 \c         times (label-$) db 0
1870 \c label:  db      'Where am I?'
1872 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1873 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1874 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1875 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1876 code
1878 \c         times (label-$+1) db 0
1879 \c label:  db      'NOW where am I?'
1881 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1882 wrong!
1884 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1885 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1886 value is required to be computable in the first pass, and which must
1887 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1888 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1890 \H{locallab} \i{Local Labels}
1892 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1893 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1894 label, which means that it is associated with the previous non-local
1895 label. So, for example:
1897 \c label1  ; some code
1899 \c .loop
1900 \c         ; some more code
1902 \c         jne     .loop
1903 \c         ret
1905 \c label2  ; some code
1907 \c .loop
1908 \c         ; some more code
1910 \c         jne     .loop
1911 \c         ret
1913 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1914 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1915 are kept separate by virtue of each being associated with the
1916 previous non-local label.
1918 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1919 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1920 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1921 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1922 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1923 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1924 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1925 to, you could write
1927 \c label3  ; some more code
1928 \c         ; and some more
1930 \c         jmp label1.loop
1932 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1933 define a label which can be referenced from anywhere but which
1934 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1935 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1936 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1937 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1938 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1939 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1940 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1941 to the local label mechanism. So you could code
1943 \c label1:                         ; a non-local label
1944 \c .local:                         ; this is really label1.local
1945 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1946 \c label2:                         ; another non-local label
1947 \c .local:                         ; this is really label2.local
1949 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1951 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1952 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1953 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1956 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1958 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1959 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1960 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1961 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1962 sign.
1964 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1965 character into a single line.  Thus:
1967 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1968 \c         THIS_VALUE
1970 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1971 sequence.
1973 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1975 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1977 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1978 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1979 things like
1981 \c %define ctrl    0x1F &
1982 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1984 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1986 which will expand to
1988 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1990 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1991 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1992 not at definition time. Thus the code
1994 \c %define a(x)    1+b(x)
1995 \c %define b(x)    2*x
1997 \c         mov     ax,a(8)
1999 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2000 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2002 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2003 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2004 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2005 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2006 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2007 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2008 \c{bar}.
2010 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2011 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2012 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2013 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2014 Hence, if you code
2016 \c %define a(x)    1+a(x)
2018 \c         mov     ax,a(3)
2020 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2021 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2022 for an example of its use.
2024 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2025 macros: if you write
2027 \c %define foo(x)   1+x
2028 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2030 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2031 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2032 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2033 you define
2035 \c %define foo bar
2037 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2038 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2039 \e{with} parameters, and vice versa.
2041 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2042 perfectly well define a macro with
2044 \c %define foo bar
2046 and then re-define it later in the same source file with
2048 \c %define foo baz
2050 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2051 according to the most recent definition. This is particularly useful
2052 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2054 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2055 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2058 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2060 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2061 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2062 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2063 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2064 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2066 Suppose you have the following code:
2068 \c %define  isTrue  1
2069 \c %define  isFalse isTrue
2070 \c %define  isTrue  0
2072 \c val1:    db      isFalse
2074 \c %define  isTrue  1
2076 \c val2:    db      isFalse
2078 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2079 This is because, when a single-line macro is defined using
2080 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2081 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2082 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2083 time it is 1.
2085 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2086 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2087 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2089 \c %xdefine isTrue  1
2090 \c %xdefine isFalse isTrue
2091 \c %xdefine isTrue  0
2093 \c val1:    db      isFalse
2095 \c %xdefine isTrue  1
2097 \c val2:    db      isFalse
2099 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2100 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2101 the time that \c{isFalse} was defined.
2104 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2106 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2107 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2108 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2109 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2111 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2113 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2114 select between them.  Similarly, the two statements:
2116 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2117 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2119 have, in fact, exactly the same effect.
2121 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2122 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2125 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2127 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2128 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2129 several similar macros that perform similar functions.
2131 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2132 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2134 As an example, consider the following:
2136 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2138 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2139 \c         .COM1addr       RESW    1
2140 \c         .COM2addr       RESW    1
2141 \c         ; ..and so on
2142 \c endstruc
2144 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2145 we can end up with:
2147 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2148 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2150 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2151 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2153 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2155 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2157 Now the above code can be written as:
2159 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2160 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2162 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2163 in turn, reduce typing errors).
2166 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2168 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2169 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2170 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2171 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2172 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2173 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2175 For example:
2177 \c %idefine Foo mov %?,%??
2179 \c         foo
2180 \c         FOO
2182 will expand to:
2184 \c         mov foo,Foo
2185 \c         mov FOO,Foo
2187 The sequence:
2189 \c %idefine keyword $%?
2191 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2192 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2194 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2197 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2199 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2200 example, the following sequence:
2202 \c %define foo bar
2203 \c %undef  foo
2205 \c         mov     eax, foo
2207 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2208 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2210 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2211 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2212 \k{opt-u}.
2215 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2217 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2218 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2219 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2220 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2222 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2223 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2224 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2225 \c{%assign} directive is processed.
2227 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2228 later, so you can do things like
2230 \c %assign i i+1
2232 to increment the numeric value of a macro.
2234 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2235 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2236 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2238 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2239 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2240 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2241 involving a register).
2244 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2246 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2247 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2248 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2249 before definition.
2251 For example:
2253 \c %defstr test TEST
2255 is equivalent to
2257 \c %define test 'TEST'
2259 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2260 \k{getenv}):
2262 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2265 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2267 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2268 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2269 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2271 For example:
2273 \c %deftok test 'TEST'
2275 is equivalent to
2277 \c %define test TEST
2280 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2282 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2283 supports a few simple string handling macro operators from which
2284 more complex operations can be constructed.
2286 All the string operators define or redefine a value (either a string
2287 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2288 value, it may change the style of quoting of the input string or
2289 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2291 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2293 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2294 a single-line macro.
2296 For example:
2298 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2300 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2301 Similarly:
2303 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2305 ... would assign the value \c{`"foo"\\'bar'`} to \c{beta}.
2307 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2310 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2312 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2313 For example:
2315 \c %strlen charcnt 'my string'
2317 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2318 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2319 was a literal string but it could also have been a single-line
2320 macro that expands to a string, as in the following example:
2322 \c %define sometext 'my string'
2323 \c %strlen charcnt sometext
2325 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2326 assigned the value of 9.
2329 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2331 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2332 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2333 than the description:
2335 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2336 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2337 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2338 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2339 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2340 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2342 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2343 single-line macro to be created and the second is the string. The
2344 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2345 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2346 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2347 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2348 values out of range result in an empty string.  A negative length
2349 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2350 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2353 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2355 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2356 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2357 this.
2359 \c %macro  prologue 1
2361 \c         push    ebp
2362 \c         mov     ebp,esp
2363 \c         sub     esp,%1
2365 \c %endmacro
2367 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2368 invoke the macro with a call such as
2370 \c myfunc:   prologue 12
2372 which would expand to the three lines of code
2374 \c myfunc: push    ebp
2375 \c         mov     ebp,esp
2376 \c         sub     esp,12
2378 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2379 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2380 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2381 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2382 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2383 \c{%3} and so on.
2385 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2386 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2388 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2389 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2390 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2391 things like
2393 \c %macro  silly 2
2395 \c     %2: db      %1
2397 \c %endmacro
2399 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2400 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2401 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2404 \S{mlrmacro} \i{Recursive Multi-Line Macros}: \I\c{%irmacro}\i\c{%rmacro}
2406 A multi-line macro cannot be referenced within itself, in order to
2407 prevent accidental infinite recursion.
2409 Recursive multi-line macros allow for self-referencing, with the
2410 caveat that the user is aware of the existence, use and purpose of
2411 recursive multi-line macros. There is also a generous, but sane, upper
2412 limit to the number of recursions, in order to prevent run-away memory
2413 consumption in case of accidental infinite recursion.
2415 As with non-recursive multi-line macros, recursive multi-line macros are
2416 \i{case-sensitive}, unless you define them using the alternative
2417 directive \c{%irmacro}.
2420 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2422 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2423 defining the same macro name several times with different numbers of
2424 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2425 parameters at all. So you could define
2427 \c %macro  prologue 0
2429 \c         push    ebp
2430 \c         mov     ebp,esp
2432 \c %endmacro
2434 to define an alternative form of the function prologue which
2435 allocates no local stack space.
2437 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2438 instruction; for example, you might want to define
2440 \c %macro  push 2
2442 \c         push    %1
2443 \c         push    %2
2445 \c %endmacro
2447 so that you could code
2449 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2450 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2452 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2453 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2454 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2455 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2456 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2457 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2460 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2462 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2463 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2464 calling the same macro multiple times will use a different label
2465 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2466 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2467 flag is set by doing this:
2469 \c %macro  retz 0
2471 \c         jnz     %%skip
2472 \c         ret
2473 \c     %%skip:
2475 \c %endmacro
2477 You can call this macro as many times as you want, and every time
2478 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2479 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2480 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2481 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2482 interfering with the local label mechanism, as described in
2483 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2484 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2485 they interfere with macro-local labels.
2488 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2490 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2491 command line into one parameter definition, possibly after
2492 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2493 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2494 you might want to be able to write
2496 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2498 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2499 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2500 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2501 the last defined one along with the separating commas. So if you
2502 code:
2504 \c %macro  writefile 2+
2506 \c         jmp     %%endstr
2507 \c   %%str:        db      %2
2508 \c   %%endstr:
2509 \c         mov     dx,%%str
2510 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2511 \c         mov     bx,%1
2512 \c         mov     ah,0x40
2513 \c         int     0x21
2515 \c %endmacro
2517 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2518 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2519 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2520 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2521 \c{db}.
2523 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2524 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2525 \c{%macro} line.
2527 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2528 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2529 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2530 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2531 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2532 into account when overloading macros, and will not allow you to
2533 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2534 example).
2536 Of course, the above macro could have been implemented as a
2537 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2538 look like
2540 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2542 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2543 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2544 definition.
2546 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2549 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2551 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2552 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2553 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2555 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2557 \c         writefile 2,%1
2558 \c         mov     ax,0x4c01
2559 \c         int     0x21
2561 \c %endmacro
2563 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2564 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2565 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2566 called with no parameters, in which case it will use the default
2567 error message supplied in the macro definition.
2569 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2570 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2571 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2572 optional ones. So if a macro definition began with the line
2574 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2576 then it could be called with between one and three parameters, and
2577 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2578 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2579 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2581 You can provide extra information to a macro by providing
2582 too many default parameters:
2584 \c %macro quux 1 something
2586 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2587 more information.
2588 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2589 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2590 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2591 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2592 when the macro is defined, not when it is expanded.
2594 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2595 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2596 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2597 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2598 parameters were really passed to the macro call.
2600 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2601 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2602 and more useful, by changing the first line of the definition to
2604 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2606 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2607 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2608 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2611 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2613 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2614 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2615 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2616 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2617 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2618 Examples are given in \k{rotate}.
2621 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2623 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2624 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2625 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2626 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2627 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2628 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2630 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2631 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2632 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2633 argument list reappear on the right, and vice versa.
2635 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2636 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2637 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2638 parameters are rotated to the right.
2640 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2641 restore a set of registers might work as follows:
2643 \c %macro  multipush 1-*
2645 \c   %rep  %0
2646 \c         push    %1
2647 \c   %rotate 1
2648 \c   %endrep
2650 \c %endmacro
2652 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2653 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2654 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2655 one place to the left, so that the original second argument is now
2656 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2657 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2658 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2660 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2661 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2662 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2664 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2665 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2666 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2667 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2668 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2669 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2670 order from the one in which they were pushed.
2672 This can be done by the following definition:
2674 \c %macro  multipop 1-*
2676 \c   %rep %0
2677 \c   %rotate -1
2678 \c         pop     %1
2679 \c   %endrep
2681 \c %endmacro
2683 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2684 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2685 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2686 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2687 iterated through in reverse order.
2690 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2692 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2693 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2694 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2695 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2696 table, you could code something like
2698 \c %macro keytab_entry 2
2700 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2701 \c                 db      %2
2703 \c %endmacro
2705 \c keytab:
2706 \c           keytab_entry F1,128+1
2707 \c           keytab_entry F2,128+2
2708 \c           keytab_entry Return,13
2710 which would expand to
2712 \c keytab:
2713 \c keyposF1        equ     $-keytab
2714 \c                 db     128+1
2715 \c keyposF2        equ     $-keytab
2716 \c                 db      128+2
2717 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2718 \c                 db      13
2720 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2721 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2723 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2724 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2725 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2726 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2727 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2728 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2729 (literal text to be concatenated to the parameter).
2731 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2732 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2733 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2734 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2735 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2736 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2737 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2738 real names of macro-local labels means that the two usages
2739 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2740 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2742 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2743 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2744 purpose of concatenation.
2746 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2749 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2751 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2752 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2753 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2754 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2755 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2756 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2757 condition code.
2759 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2760 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2761 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2762 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2764 \c %macro  retc 1
2766 \c         j%-1    %%skip
2767 \c         ret
2768 \c   %%skip:
2770 \c %endmacro
2772 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2773 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2774 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2775 \c{JPE}.
2777 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2778 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2779 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2780 because no inverse condition code exists.
2783 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2785 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2786 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2787 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2788 see which instructions in the macro expansion are generating what
2789 code; however, for some macros this clutters the listing up
2790 unnecessarily.
2792 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2793 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2794 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2795 the number of parameters, like this:
2797 \c %macro foo 1.nolist
2799 Or like this:
2801 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2803 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2805 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2806 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2807 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2808 that argument specification.
2810 For example:
2812 \c %macro foo 1-3
2813 \c         ; Do something
2814 \c %endmacro
2815 \c %unmacro foo 1-3
2817 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2819 \c %macro bar 1-3
2820 \c         ; Do something
2821 \c %endmacro
2822 \c %unmacro bar 1
2824 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2825 specification does not match exactly.
2827 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2829 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2830 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2831 syntax of this feature looks like this:
2833 \c %if<condition>
2834 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2835 \c %elif<condition2>
2836 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2837 \c %else
2838 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2839 \c %endif
2841 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2843 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2844 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2846 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2847 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2848 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2849 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2851 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2852 single-line macro existence}
2854 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2855 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2856 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2857 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2859 For example, when debugging a program, you might want to write code
2860 such as
2862 \c           ; perform some function
2863 \c %ifdef DEBUG
2864 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2865 \c %endif
2866 \c           ; go and do something else
2868 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2869 version of the program which produced debugging messages, and remove
2870 the option to generate the final release version of the program.
2872 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2873 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2874 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2875 \i\c{%elifndef}.
2878 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2879 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2881 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2882 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2884 For example, you may be working with a large project and not have control
2885 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2886 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2887 does exist.
2889 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2890 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2892 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2894 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2896 \c %else
2898 \c      %macro MyMacro 1-3
2900 \c              ; insert code to define the macro
2902 \c      %endmacro
2904 \c %endif
2906 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2907 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2908 conflict.
2910 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2911 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2912 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2915 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2916 stack}
2918 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2919 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2920 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2921 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2922 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2924 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2925 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2928 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2929 arbitrary numeric expressions}
2931 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2932 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2933 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2934 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2935 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2937 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2938 a critical expression (see \k{crit}).
2940 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2941 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2942 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2943 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2944 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2945 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2946 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2947 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2948 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2949 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2950 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2951 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2952 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2953 for true and 0 for false.
2955 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2956 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2958 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2959 Identity\I{testing, exact text identity}
2961 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2962 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2963 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2964 Differences in white space are not counted.
2966 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2968 For example, the following macro pushes a register or number on the
2969 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2971 \c %macro  pushparam 1
2973 \c   %ifidni %1,ip
2974 \c         call    %%label
2975 \c   %%label:
2976 \c   %else
2977 \c         push    %1
2978 \c   %endif
2980 \c %endmacro
2982 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2983 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2984 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2985 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2987 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2988 Types\I{testing, token types}
2990 Some macros will want to perform different tasks depending on
2991 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2992 example, a string output macro might want to be able to cope with
2993 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2994 string.
2996 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2997 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2998 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2999 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3000 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3002 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3003 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3005 \c %macro writefile 2-3+
3007 \c   %ifstr %2
3008 \c         jmp     %%endstr
3009 \c     %if %0 = 3
3010 \c       %%str:    db      %2,%3
3011 \c     %else
3012 \c       %%str:    db      %2
3013 \c     %endif
3014 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3015 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3016 \c   %else
3017 \c                 mov     dx,%2
3018 \c                 mov     cx,%3
3019 \c   %endif
3020 \c                 mov     bx,%1
3021 \c                 mov     ah,0x40
3022 \c                 int     0x21
3024 \c %endmacro
3026 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3027 the following two ways:
3029 \c         writefile [file], strpointer, length
3030 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3032 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3033 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3034 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3035 it itself and works out the address and length for itself.
3037 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3038 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3039 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3040 which case, all but the first two would be lumped together into
3041 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3043 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3044 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3045 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3046 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3048 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3050 Some macros will want to do different things depending on if it is
3051 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3052 versus a multi-token sequence.
3054 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3055 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3056 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3058 For example:
3060 \c %iftoken 1
3062 will assemble the subsequent code, but
3064 \c %iftoken -1
3066 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3067 \c{-}, and the number \c{1}.
3069 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3070 variants are also provided.
3072 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3074 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3075 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3076 any tokens at all, whitespace excepted.
3078 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3079 variants are also provided.
3081 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3083 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3084 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3085 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3086 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3088 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3089 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3090 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3091 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3093 \c %assign i 0
3094 \c %rep    64
3095 \c         inc     word [table+2*i]
3096 \c %assign i i+1
3097 \c %endrep
3099 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3100 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3101 \c{[table+126]}.
3103 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3104 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3105 terminate the loop, like this:
3107 \c fibonacci:
3108 \c %assign i 0
3109 \c %assign j 1
3110 \c %rep 100
3111 \c %if j > 65535
3112 \c     %exitrep
3113 \c %endif
3114 \c         dw j
3115 \c %assign k j+i
3116 \c %assign i j
3117 \c %assign j k
3118 \c %endrep
3120 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3122 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3123 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3124 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3125 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3126 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3127 be gradually used up and other applications to start crashing.
3130 \H{files} Source Files and Dependencies
3132 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3134 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3136 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3137 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3138 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3140 \c %include "macros.mac"
3142 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3143 file containing the \c{%include} directive.
3145 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3146 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3147 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3148 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3149 line using the \c{-i} option.
3151 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3152 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3153 the form
3155 \c %ifndef MACROS_MAC
3156 \c     %define MACROS_MAC
3157 \c     ; now define some macros
3158 \c %endif
3160 then including the file more than once will not cause errors,
3161 because the second time the file is included nothing will happen
3162 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3164 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3165 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3166 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3169 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3171 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3172 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3173 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3174 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3176 For example,
3178 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3180 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3181 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3184 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3186 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3187 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3188 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3190 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3191 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3192 \c{INCBIN} directive looks like:
3194 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3195 \c %pathsearch dep %1
3196 \c %depend dep
3197 \c         incbin dep,%2
3198 \c %endmacro
3200 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3201 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3202 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3205 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3207 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3208 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3209 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3210 described in \k{macropkg}.
3212 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3213 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3214 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3215 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3217 \c %use altreg
3218 \c %use 'altreg'
3220 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3221 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3222 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3224 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3226 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3227 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3228 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3229 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3230 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3231 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3232 able to nest these loops.
3234 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3235 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3236 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3237 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3238 define labels that are local to a particular context on the stack.
3241 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3242 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3244 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3245 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3246 which is the name of the context. For example:
3248 \c %push    foobar
3250 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3251 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3252 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3253 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3254 single macro definition.)
3256 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3257 context from the context stack and destroys it, along with any
3258 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3259 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3262 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3264 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3265 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3266 is used to define a label which is local to the context on the top
3267 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3268 above could be implemented by means of:
3270 \c %macro repeat 0
3272 \c     %push   repeat
3273 \c     %$begin:
3275 \c %endmacro
3277 \c %macro until 1
3279 \c         j%-1    %$begin
3280 \c     %pop
3282 \c %endmacro
3284 and invoked by means of, for example,
3286 \c         mov     cx,string
3287 \c         repeat
3288 \c         add     cx,3
3289 \c         scasb
3290 \c         until   e
3292 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3293 in \c{AL}.
3295 If you need to define, or access, labels local to the context
3296 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3297 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3300 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3302 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3303 a particular context, in just the same way:
3305 \c %define %$localmac 3
3307 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3308 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3309 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3312 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3314 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3315 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3316 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3317 have the side effect of destroying all context-local labels and
3318 macros associated with the context that was just popped.
3320 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3321 with a different name, without touching the associated macros and
3322 labels. So you could replace the destructive code
3324 \c %pop
3325 \c %push   newname
3327 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3330 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3332 This example makes use of almost all the context-stack features,
3333 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3334 implement a block IF statement as a set of macros.
3336 \c %macro if 1
3338 \c     %push if
3339 \c     j%-1  %$ifnot
3341 \c %endmacro
3343 \c %macro else 0
3345 \c   %ifctx if
3346 \c         %repl   else
3347 \c         jmp     %$ifend
3348 \c         %$ifnot:
3349 \c   %else
3350 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3351 \c   %endif
3353 \c %endmacro
3355 \c %macro endif 0
3357 \c   %ifctx if
3358 \c         %$ifnot:
3359 \c         %pop
3360 \c   %elifctx      else
3361 \c         %$ifend:
3362 \c         %pop
3363 \c   %else
3364 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3365 \c   %endif
3367 \c %endmacro
3369 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3370 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3371 that the macros are issued in the right order (for example, not
3372 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3373 not.
3375 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3376 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3377 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3378 to do different things depending on whether the context on top of
3379 the stack is \c{if} or \c{else}.
3381 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3382 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3383 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3384 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3385 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3387 A sample usage of these macros might look like:
3389 \c         cmp     ax,bx
3391 \c         if ae
3392 \c                cmp     bx,cx
3394 \c                if ae
3395 \c                        mov     ax,cx
3396 \c                else
3397 \c                        mov     ax,bx
3398 \c                endif
3400 \c         else
3401 \c                cmp     ax,cx
3403 \c                if ae
3404 \c                        mov     ax,cx
3405 \c                endif
3407 \c         endif
3409 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3410 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3411 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3412 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3415 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3417 The following preprocessor directives provide a way to use
3418 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3420 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3422 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3424 \b\c{%local}  (see \k{local})
3427 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3429 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3430 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3431 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3433 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3434 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3435 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3436 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3438 \c some_function:
3440 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3441 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3442 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3444 \c         mov     ax,[i]
3445 \c         mov     bx,[j_ptr]
3446 \c         add     ax,[bx]
3447 \c         ret
3449 \c     %pop                       ; restore original context
3451 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3452 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3453 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3454 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3457 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3459 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3460 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3461 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3462 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3463 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3465 \c %stacksize flat
3467 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3468 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3469 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3471 \c %stacksize flat64
3473 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3474 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3475 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3477 \c %stacksize large
3479 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3480 assumes that a far form of call was used to get to this address
3481 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3483 \c %stacksize small
3485 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3486 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3487 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3488 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3489 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3490 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3491 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3492 (see \k{local}).
3495 \S{local} \i\c{%local} Directive
3497 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3498 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3499 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3500 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3501 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3502 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3503 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3504 instruction.
3505 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3506 An example of its use is the following:
3508 \c silly_swap:
3510 \c     %push mycontext             ; save the current context
3511 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3512 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3513 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3515 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3516 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3517 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3518 \c         mov     ax,bx
3519 \c         mov     dx,cx
3520 \c         mov     bx,[old_ax]
3521 \c         mov     cx,[old_dx]
3522 \c         leave                   ; restore old bp
3523 \c         ret                     ;
3525 \c     %pop                        ; restore original context
3527 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3528 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3529 current context before the \c{%local} directive may be used.
3530 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3531 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3532 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3533 as shown in the example.
3536 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3538 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3539 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3540 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3541 right macros by means of code like this:
3543 \c %ifdef F1
3544 \c     ; do some setup
3545 \c %elifdef F2
3546 \c     ; do some different setup
3547 \c %else
3548 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3549 \c %endif
3551 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3552 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3553 having to wait until the program crashes on being run and then not
3554 knowing what went wrong.
3556 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3558 \c %ifdef F1
3559 \c     ; do some setup
3560 \c %elifdef F2
3561 \c     ; do some different setup
3562 \c %else
3563 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3564 \c     %define F1
3565 \c %endif
3567 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3568 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3569 depend on symbol values.
3571 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3572 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3573 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3574 messages.
3576 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3577 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3578 are expanded in it, which can be used to display more information to
3579 the user.  For example:
3581 \c %if foo > 64
3582 \c     %assign foo_over foo-64
3583 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3584 \c %endif
3587 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3589 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3590 information from external sources. Currently they include:
3592 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3593 preprocessor (see \k{line}).
3595 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3596 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3598 \S{line} \i\c{%line} Directive
3600 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3601 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3602 this other file would be an original source file, with the current
3603 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3604 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3605 number of the original source file, instead of the file that is being
3606 read by NASM.
3608 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3609 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3610 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3612 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3614 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3615 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3616 which specifies a line increment value; each line of the input file
3617 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3618 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3619 specifies the file name of the original source file.
3621 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3622 all file name and line numbers relative to the values specified
3623 therein.
3626 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3628 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3629 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3630 to store the contents of an environment variable into a string, which
3631 could be used at some other point in your code.
3633 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3634 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3635 could do that as follows:
3637 \c %defstr FOO    %!FOO
3639 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3642 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3644 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3645 when it starts to process any source file. If you really need a
3646 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3647 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3648 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3650 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3651 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3652 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3653 described here.
3656 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3658 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3659 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3660 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3661 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3662 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3663 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3664 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3666 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3667 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3670 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3672 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3673 representing the full version number of the version of nasm being used.
3674 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3675 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3676 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3677 would be equivalent to:
3679 \c         dd      0x00622001
3683 \c         db      1,32,98,0
3685 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3686 line is used just to give an indication of the order that the separate
3687 values will be present in memory.
3690 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3692 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3693 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3695 \c         db      __NASM_VER__
3697 would expand to
3699 \c         db      "0.98.32"
3702 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3704 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3705 name and line number containing the current instruction. The macro
3706 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3707 current input file (which may change through the course of assembly
3708 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3709 numeric constant giving the current line number in the input file.
3711 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3712 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3713 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3714 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3715 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3716 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3717 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3718 here'. You could then write a macro
3720 \c %macro  notdeadyet 0
3722 \c         push    eax
3723 \c         mov     eax,__LINE__
3724 \c         call    stillhere
3725 \c         pop     eax
3727 \c %endmacro
3729 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3730 find the crash point.
3733 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3735 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3736 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3737 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3738 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3739 mode-dependent macros.
3741 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3743 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3744 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3745 list.
3747 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3748 \c  %define NEWLINE 13, 10
3749 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3750 \c  %define NEWLINE 10
3751 \c %endif
3754 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3756 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3757 assembly session.
3759 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3760 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3761 respectively.)
3763 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3764 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3765 \c{HHMMSS} respectively.
3767 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3768 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3769 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3770 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3772 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3773 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3774 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3775 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3776 undefined.
3778 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3779 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3780 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3781 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3782 local time as if it was UTC.
3784 All instances of time and date macros in the same assembly session
3785 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3786 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3787 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3788 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3789 clock:
3791 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3792 \c       __TIME__             "00:00:42"
3793 \c       __DATE_NUM__         20100101
3794 \c       __TIME_NUM__         000042
3795 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3796 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3797 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3798 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3799 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3802 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3803 Include Test
3805 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3806 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3807 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3808 testing if a particular package is invoked or not.
3810 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3811 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3814 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
3816 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
3817 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
3818 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
3819 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
3821 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
3822 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
3823 change in future versions of NASM.}
3826 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3828 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3829 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3830 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3831 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3833 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
3834 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
3835 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
3836 the value of the base offset, and the name of the data type with the
3837 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
3838 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
3839 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
3840 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
3841 the definition.
3843 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3844 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3846 \c struc   mytype
3848 \c   mt_long:      resd    1
3849 \c   mt_word:      resw    1
3850 \c   mt_byte:      resb    1
3851 \c   mt_str:       resb    32
3853 \c endstruc
3855 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3856 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3857 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3858 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3860 The reason why the structure type name is defined at zero by default
3861 is a side effect of allowing structures to work with the local label
3862 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3863 more than one structure, you can define the above structure like this:
3865 \c struc mytype
3867 \c   .long:        resd    1
3868 \c   .word:        resw    1
3869 \c   .byte:        resb    1
3870 \c   .str:         resb    32
3872 \c endstruc
3874 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3875 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3877 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3878 support any form of period notation to refer to the elements of a
3879 structure once you have one (except the above local-label notation),
3880 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3881 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3882 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3883 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3885 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
3886 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
3888 \c push ebp
3889 \c mov ebp, esp
3890 \c sub esp, 40
3892 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
3894 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
3896 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
3897 a base offset:
3899 \c struc mytype, -40
3901 And access an element this way:
3903 \c mov [ebp + mytype.word], ax
3906 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3907 \i{Instances of Structures}
3909 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3910 to do is to declare instances of that structure in your data
3911 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3912 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3913 you code something like this:
3915 \c mystruc:
3916 \c     istruc mytype
3918 \c         at mt_long, dd      123456
3919 \c         at mt_word, dw      1024
3920 \c         at mt_byte, db      'x'
3921 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3923 \c     iend
3925 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3926 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3927 specified structure field, and then to declare the specified data.
3928 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3929 they were specified in the structure definition.
3931 If the data to go in a structure field requires more than one source
3932 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3933 the \c{AT} line. For example:
3935 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3936 \c                     db      190,100,0
3938 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3939 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3940 line:
3942 \c         at mt_str
3943 \c                 db      'hello, world'
3944 \c                 db      13,10,0
3947 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3949 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3950 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3951 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3952 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3954 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3955 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3956 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3957 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3958 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3960 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3961 both compute the number of additional bytes required to bring the
3962 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3963 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3964 perform the alignment.
3966 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3967 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3968 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3969 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3970 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3971 except for special purposes.
3973 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3974 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3975 power of two, or if their second argument generates more than one
3976 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3977 thing.
3979 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3980 be used within structure definitions:
3982 \c struc mytype2
3984 \c   mt_byte:
3985 \c         resb 1
3986 \c         alignb 2
3987 \c   mt_word:
3988 \c         resw 1
3989 \c         alignb 4
3990 \c   mt_long:
3991 \c         resd 1
3992 \c   mt_str:
3993 \c         resb 32
3995 \c endstruc
3997 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3998 relative to the base of the structure.
4000 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4001 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4002 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4003 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4004 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4005 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4006 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4008 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4011 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4013 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4014 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4015 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4016 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4018 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4019 quoted or not.
4022 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4024 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4025 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4026 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4027 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4028 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4029 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4031 Example use:
4033 \c %use altreg
4035 \c proc:
4036 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4037 \c       ret
4039 See also \k{reg64}.
4042 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4044 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4045 macro which is more powerful than the default (and
4046 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4047 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4048 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4049 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4050 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4051 sequence.
4053 The specific instructions generated can be controlled with the
4054 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4055 and an optional jump threshold override.  The modes are as
4056 follows:
4058 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4059 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4060 default.
4062 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4063 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4064 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4066 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4067 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4068 threshold is 16.
4070 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4071 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4072 threshold is 16.
4074 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4075 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4076 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4077 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4079 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4080 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4081 are used internally by this macro package.
4084 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4086 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4087 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4088 directives. These are described in this chapter.
4090 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4091 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4092 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4093 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4094 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4095 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4097 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4098 directives are not.
4100 In addition to the universal directives described in this chapter,
4101 each object file format can optionally supply extra directives in
4102 order to control particular features of that file format. These
4103 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4104 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4107 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4109 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4110 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4111 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4112 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4114 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4115 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4116 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4117 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4118 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4119 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4120 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4121 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4123 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4124 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4125 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4126 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4127 device drivers and boot loader software.
4129 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4130 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4131 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4132 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4134 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4135 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4136 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4137 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4138 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4139 need an 0x67.
4141 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4142 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4143 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4145 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4146 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4147 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4148 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4149 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4150 necessary.
4152 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4153 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4154 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4155 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4156 REX prefix is used.
4158 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4159 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4160 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4162 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4164 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4166 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4167 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4170 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4172 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4173 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4174 specify most features directly.  However, this is occationally
4175 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4176 to use.
4178 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4179 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4180 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4181 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4182 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4183 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4185 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4186 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4187 other special functions in 64-bit mode, and generating
4188 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4190 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4192 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4193 Sections}
4195 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4196 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4197 which section of the output file the code you write will be
4198 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4199 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4200 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4201 define a new section, if you try to switch to a section that does
4202 not (yet) exist.
4204 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4205 \k{multisec}, all support
4206 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4207 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4208 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4209 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4210 name that has one.
4213 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4215 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4216 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4217 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4218 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4219 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4220 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4221 it. So the user-level directive
4223 \c         SECTION .text
4225 expands to the two lines
4227 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4228 \c         [SECTION .text]
4230 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4231 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4232 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4234 \c %macro  writefile 2+
4236 \c         [section .data]
4238 \c   %%str:        db      %2
4239 \c   %%endstr:
4241 \c         __SECT__
4243 \c         mov     dx,%%str
4244 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4245 \c         mov     bx,%1
4246 \c         mov     ah,0x40
4247 \c         int     0x21
4249 \c %endmacro
4251 This form of the macro, once passed a string to output, first
4252 switches temporarily to the data section of the file, using the
4253 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4254 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4255 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4256 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4257 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4258 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4259 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4260 code in any of several separate code sections.
4263 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4265 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4266 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4267 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4268 given absolute address. The only instructions you can use in this
4269 mode are the \c{RESB} family.
4271 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4273 \c absolute 0x1A
4275 \c     kbuf_chr    resw    1
4276 \c     kbuf_free   resw    1
4277 \c     kbuf        resw    16
4279 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4280 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4281 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4283 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4284 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4286 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4287 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4289 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4290 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4291 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4292 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4294 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4296 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4298 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4299 \c setup:
4300 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4302 \c absolute setup
4304 \c runtimevar1     resw    1
4305 \c runtimevar2     resd    20
4307 \c tsr_end:
4309 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4310 after the setup has finished running, the space it took up can be
4311 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4312 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4313 needs to be made resident.
4316 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4318 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4319 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4320 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4321 defined in some other module and needs to be referred to by this
4322 one. Not every object-file format can support external variables:
4323 the \c{bin} format cannot.
4325 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4326 argument is the name of a symbol:
4328 \c extern  _printf
4329 \c extern  _sscanf,_fscanf
4331 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4332 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4333 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4334 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4335 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4336 by means of the directive
4338 \c extern  _variable:wrt dgroup
4340 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4341 only in that it can take only one argument at a time: the support
4342 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4344 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4345 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4346 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4349 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4351 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4352 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4353 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4354 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4355 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4357 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4358 the definition of the symbol.
4360 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4361 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4362 \c{GLOBAL} directive. For example:
4364 \c global _main
4365 \c _main:
4366 \c         ; some code
4368 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4369 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4370 example, lets you specify whether global data items are functions or
4371 data:
4373 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4375 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4376 user-level form only in that it can take only one argument at a
4377 time.
4380 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4382 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4383 A common variable is much like a global variable declared in the
4384 uninitialized data section, so that
4386 \c common  intvar  4
4388 is similar in function to
4390 \c global  intvar
4391 \c section .bss
4393 \c intvar  resd    1
4395 The difference is that if more than one module defines the same
4396 common variable, then at link time those variables will be
4397 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4398 at the same piece of memory.
4400 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4401 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4402 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4403 specify the alignment requirements of a common variable:
4405 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4406 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4408 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4409 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4410 only one argument at a time.
4413 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4415 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4416 are available on the specified CPU.
4418 Options are:
4420 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4422 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4424 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4426 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4428 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4430 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4432 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4434 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4436 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4438 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4440 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4442 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4444 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4446 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4448 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4450 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4452 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4454 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4455 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4456 instructions are available.
4459 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4461 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4462 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4463 this behaviour:
4465 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4467 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4469 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4471 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4473 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4475 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4477 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4479 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4480 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4481 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4483 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4484 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4487 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4489 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4490 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4491 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4492 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4493 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4494 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4496 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4497 output file based on the input file name and the chosen output
4498 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4499 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4500 name, and substituting an extension defined by the output format.
4501 The extensions are given with each format below.
4504 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4506 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4507 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4508 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4509 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4510 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4511 development.
4513 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4514 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4516 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4517 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4518 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4519 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4521 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4522 leaves your file name as it is once the original extension has been
4523 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4524 into a binary file called \c{binprog}.
4527 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4529 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4530 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4531 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4532 the program begins at when it is loaded into memory.
4534 For example, the following code will generate the longword
4535 \c{0x00000104}:
4537 \c         org     0x100
4538 \c         dd      label
4539 \c label:
4541 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4542 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4543 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4544 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4545 offset which is added to all internal address references within the
4546 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4547 does. See \k{proborg} for further comments.
4550 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4551 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4553 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4554 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4555 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4556 end of the section-definition line. For example,
4558 \c section .data   align=16
4560 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4561 aligned on a 16-byte boundary.
4563 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4564 section start address must be forced to zero. The alignment value
4565 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4566 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4569 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4571 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4572 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4574 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4575 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4576 of course).
4578 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4579 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4580 \i\c{start=}.
4582 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4583 for the calculation of all memory references within that section
4584 with \i\c{vstart=}.
4586 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4587 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4588 start address.
4590 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4591 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4592 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4594 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4595 is directed by default into the \c{.text} section.
4597 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4598 by default.
4600 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4601 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4602 has been specified.
4604 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4605 alignment has been specified.
4607 \b Sections may not overlap.
4609 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4610 which may be used in your code.
4612 \S{map}\i{Map files}
4614 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4615 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4616 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4617 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4618 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4619 brackets must be used.
4622 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4624 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4625 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4626 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4627 similar utilities.
4629 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4630 the \c{ith} file format.
4632 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4635 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4637 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4638 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4639 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4640 similar utilities.
4642 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4643 the \c{srec} file format.
4645 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4648 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4650 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4651 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4652 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4653 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4655 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4657 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4658 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4659 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4660 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4661 file format.
4663 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4664 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4665 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4667 If your source file contains code before specifying an explicit
4668 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4669 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4671 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4672 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4673 address of the segment. So, for example:
4675 \c segment data
4677 \c dvar:   dw      1234
4679 \c segment code
4681 \c function:
4682 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4683 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4684 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4685 \c         ret
4687 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4688 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4689 like
4691 \c extern  foo
4693 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4694 \c       mov   ds,ax
4695 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4696 \c       mov   es,ax
4697 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4698 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4701 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4702 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4704 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4705 directive to allow you to specify various properties of the segment
4706 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4707 end of the segment-definition line. For example,
4709 \c segment code private align=16
4711 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4712 segment, and requires that the portion of it described in this code
4713 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4715 The available qualifiers are:
4717 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4718 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4719 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4720 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4721 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4722 than stuck end-to-end.
4724 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4725 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4726 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4727 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4728 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4729 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4730 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4731 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4732 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4734 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4735 indicates to the linker that segments of the same class should be
4736 placed near each other in the output file. The class name can be any
4737 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4739 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4740 as an argument, and provides overlay information to an
4741 overlay-capable linker.
4743 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4744 the effect of recording the choice in the object file and also
4745 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4746 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4748 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4749 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4750 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4751 defines the group if it is not already defined.
4753 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4754 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4755 are currently known to make sensible use of this feature;
4756 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4757 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4758 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4760 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4761 class, no overlay, and \c{USE16}.
4764 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4766 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4767 single segment register can be used to refer to all the segments in
4768 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4769 you can code
4771 \c segment data
4773 \c         ; some data
4775 \c segment bss
4777 \c         ; some uninitialized data
4779 \c group dgroup data bss
4781 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4782 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4783 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4784 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4785 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4786 segment register.
4788 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4789 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4790 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4791 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4792 base rather than the segment base.
4794 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4795 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4796 segment which is part of more than one group will default to being
4797 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4799 A group does not have to contain any segments; you can still make
4800 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4801 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4802 \c{FLAT} with no segments in it.
4805 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4807 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4808 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4809 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4810 segment, group and symbol names that are written to the object file
4811 to be forced to upper case just before being written. Within a
4812 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4813 be written entirely in upper case if desired.
4815 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4818 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4819 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4821 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4822 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4823 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4824 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4826 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4827 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4828 wish to import and the name of the library you wish to import it
4829 from. For example:
4831 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4833 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4834 known in the library you are importing it from, in case this is not
4835 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4836 once you have imported it. For example:
4838 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4841 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4842 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4844 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4845 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4846 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4847 using the \c{EXPORT} directive.
4849 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4850 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4851 optional second parameter (separated by white space from the first)
4852 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4853 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4854 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4855 off.
4857 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4858 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4859 space. If further parameters are given, the external name must also
4860 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4861 available attributes are:
4863 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4864 resident by the system loader. This is an optimisation for
4865 frequently used symbols imported by name.
4867 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4868 does not make use of any initialized data.
4870 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4871 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4872 between 32-bit and 16-bit segments.
4874 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4875 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4876 the desired number.
4878 For example:
4880 \c     export  myfunc
4881 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4882 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4883 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4886 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4887 Point}
4889 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4890 define the program entry point, where execution will begin when the
4891 program is run. If the object file that defines the entry point is
4892 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4893 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4894 begin.
4897 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4898 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4900 If you declare an external symbol with the directive
4902 \c     extern  foo
4904 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4905 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4906 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4907 \c{foo} you will usually need to do something like
4909 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4910 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4911 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4913 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4914 is going to be accessible from a given segment or group, say
4915 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4916 simply code
4918 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4920 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4921 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4922 alternative form
4924 \c     extern  foo:wrt dgroup
4926 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4927 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4928 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4929 \c{foo wrt dgroup}.
4931 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4932 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4933 your program. It can also be applied to common variables: see
4934 \k{objcommon}.
4937 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4938 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4940 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4941 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4942 specify which your variables should be by the use of the syntax
4944 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4945 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4947 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4948 OMF specification says that they are declared as a number of
4949 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4950 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4951 five-byte elements or one ten-byte element.
4953 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4954 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4955 the variable size, to match when resolving common variables declared
4956 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4957 the element size on your far common variables. This is done by the
4958 following syntax:
4960 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4961 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4963 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4964 keyword is not required when an element size is specified, since
4965 only far commons may have element sizes at all. So the above
4966 declarations could equivalently be
4968 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4969 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4971 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4972 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4973 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4975 \c common  foo     10:wrt dgroup
4976 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4977 \c common  baz     24:wrt data:6
4980 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4982 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4983 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4984 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4985 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4987 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4989 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4990 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4991 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4992 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4993 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4994 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4995 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4996 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4999 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5000 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5002 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5003 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5004 and properties of sections you declare. Section types and properties
5005 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5006 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5007 these qualifiers.
5009 The available qualifiers are:
5011 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5012 code section. This marks the section as readable and executable, but
5013 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5014 section is code.
5016 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5017 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5018 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5019 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5021 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5022 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5023 constants in it.
5025 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5026 which is not included in the executable file by the linker, but may
5027 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5028 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5029 linker to interpret the contents of the section as command-line
5030 options.
5032 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5033 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5034 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5035 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5036 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5037 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5038 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5039 for data (and BSS) sections.
5040 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5041 alignment), though the value does not matter.
5043 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5044 qualifiers are:
5046 \c section .text    code  align=16
5047 \c section .data    data  align=4
5048 \c section .rdata   rdata align=8
5049 \c section .bss     bss   align=4
5051 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5053 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5055 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5056 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5057 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5058 designated read-only table and have alleged entry point verified
5059 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5060 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5061 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5062 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5063 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5064 will not be performed for application in question. Table omission is by
5065 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5066 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5067 \c{/safeseh} command line option.
5069 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5070 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5071 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5073 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5075 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5077 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5078 line to source code:
5080 \c $@feat.00 equ 1
5082 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5083 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5084 developer would choose to assign another value in source file, it would
5085 still be perfectly possible.
5087 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5088 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5089 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5090 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5091 table." Its typical use would be:
5093 \c section .text
5094 \c extern  _MessageBoxA@16
5095 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5096 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5097 \c %endif
5098 \c handler:
5099 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5100 \c         push    DWORD caption
5101 \c         push    DWORD text
5102 \c         push    DWORD 0
5103 \c         call    _MessageBoxA@16
5104 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5105 \c                         ; for exception handler
5106 \c         ret
5107 \c global  _main
5108 \c _main:
5109 \c         push    DWORD handler
5110 \c         push    DWORD [fs:0]
5111 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5112 \c         xor     eax,eax
5113 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5114 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5115 \c         add     esp,4
5116 \c         ret
5117 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5118 \c caption:db      'SEGV',0
5120 \c section .drectve info
5121 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5123 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5124 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5125 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5126 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5127 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5128 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5129 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5130 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5131 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5132 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5133 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5134 no notification is provided and user is left with no clue on what
5135 caused application failure.
5137 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5138 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5139 data for "safe exception handler table" causes no backward
5140 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5141 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5144 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5146 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5147 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5148 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5149 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5150 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5152 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5154 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5155 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5156 references. Consider a switch dispatch table:
5158 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
5159 \c         ...
5160 \c dsptch: dq      case0
5161 \c         dq      case1
5162 \c         ...
5164 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5165 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5166 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
5167 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
5168 following:
5170 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5171 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
5173 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5174 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5175 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5176 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5177 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5178 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5179 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5180 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5181 But no worry, it's trivial to fix:
5183 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5184 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
5185 \c         jmp     rbx
5186 \c         ...
5187 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5188 \c         dq      case1-dsptch
5189 \c         ...
5191 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5192 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5193 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5194 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5195 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5196 these image-relative references:
5198 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5199 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
5200 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5201 \c         add     rbx,rax
5202 \c         jmp     rbx
5203 \c         ...
5204 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5205 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5207 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5208 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5209 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5210 become apparent in next paragraph.
5212 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5213 operand only:
5215 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5216 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5217 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5218 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5220 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5222 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5223 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5224 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5225 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5226 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5227 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5228 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5229 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5230 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5231 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5232 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5233 top of the stack.
5235 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5236 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5237 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5238 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5239 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5240 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5241 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5242 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5243 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5244 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5245 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5246 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5247 copying caller's return address to the top of stack and this would
5248 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5249 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5250 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5251 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5252 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5253 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5254 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5255 no, no trace of failure is left.
5257 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5258 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5259 is checked for presence of reference to custom language-specific
5260 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5261 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5262 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5263 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5264 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5265 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5266 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5267 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5268 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5269 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5270 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5271 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5272 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5273 terminating the application.
5275 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5276 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5277 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5278 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5279 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5280 leaf function:
5282 \c default rel
5283 \c section .text
5284 \c extern  MessageBoxA
5285 \c handler:
5286 \c         sub     rsp,40
5287 \c         mov     rcx,0
5288 \c         lea     rdx,[text]
5289 \c         lea     r8,[caption]
5290 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5291 \c         call    MessageBoxA
5292 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5293 \c                         ; for exception handler
5294 \c         add     rsp,40
5295 \c         ret
5296 \c global  main
5297 \c main:
5298 \c         xor     rax,rax
5299 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5300 \c         ret
5301 \c main_end:
5302 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5303 \c caption:db      'SEGV',0
5305 \c section .pdata  rdata align=4
5306 \c         dd      main wrt ..imagebase
5307 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5308 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5309 \c section .xdata  rdata align=8
5310 \c xmain:  db      9,0,0,0
5311 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5312 \c section .drectve info
5313 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5315 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5316 start and end addresses of function" along with reference to associated
5317 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5318 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5319 designated exception handler. References are \e{required} to be
5320 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5321 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5322 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5323 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5324 references, not only above listed required ones, placed into these two
5325 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5326 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5327 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5328 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5330 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5331 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5332 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5333 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5334 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5335 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5336 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5337 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5338 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5339 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5340 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5341 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5342 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5343 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5344 unwinding procedure. Consider following example:
5346 \c function:
5347 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5348 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5349 \c         push    rbx
5350 \c         push    rbp
5351 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5352 \c         sub     r11,rcx
5353 \c         and     r11,-64
5354 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5355 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5356 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5357 \c magic_point:
5358 \c         ...
5359 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5360 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5361 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5362 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5363 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5364 \c         ret
5366 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5367 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5368 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5369 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5370 custom language-specific exception handler would look like this:
5372 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5373 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5374 \c {   ULONG64 *rsp;
5375 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5376 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5377 \c     else
5378 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5379 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5380 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5381 \c         context->R15 = rsp[-1];
5382 \c     }
5383 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5385 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5386 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5387 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5388 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5389 \c     return ExceptionContinueSearch;
5390 \c }
5392 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5393 structure does not have to contain any information about stack frame
5394 and its layout.
5396 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5398 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5399 linking with the \i{DJGPP} linker.
5401 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5403 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5404 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5405 the \c{info} section type are not supported.
5407 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5409 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5410 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5411 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5413 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5415 \H{elffmt} \i\c{elf32} and \i\c{elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5416 Format} Object Files
5418 The \c{elf32} and \c{elf64} output formats generate \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as used by Linux as well as \i{Unix System V},
5419 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5420 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5421 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5423 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5425 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5426 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5427  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5428  most systems which support ELF.
5430 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5431 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5433 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5434 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5435 and properties of sections you declare. Section types and properties
5436 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5437 names}, but may still be
5438 overridden by these qualifiers.
5440 The available qualifiers are:
5442 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5443 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5444 which is not, such as an informational or comment section.
5446 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5447 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5448 which should not.
5450 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5451 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5452 not.
5454 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5455 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5456 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5457 contents given, such as a BSS section.
5459 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5460 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5461 requirements of the section.
5463 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5464 thread local variables.
5466 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5467 qualifiers are:
5469 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5470 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5472 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5473 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5474 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5475 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5476 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5477 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5478 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5479 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5480 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5481 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5482 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5484 (Any section name other than those in the above table
5485  is treated by default like \c{other} in the above table.
5486  Please note that section names are case sensitive.)
5489 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5490 Symbols and \i\c{WRT}
5492 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5493 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5494 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5495 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5496 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5498 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5499 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5500 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5501 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5502 types.
5504 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5505 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5506 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5507 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5509 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5510 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5511 beginning of the current section to the global offset table.
5512 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5513 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5514 result to get the real address of the GOT.
5516 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5517 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5518 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5519 would give the real address of the location you wanted.
5521 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5522 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5523 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5524 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5525 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5526 address of the symbol.
5528 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5529 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5530 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5531 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5532 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5533 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5534 entries absolutely.
5536 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5537 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5538 relative to the start of the section and then adding on the offset
5539 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5540 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5541 peculiarity of the dynamic linker.
5543 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5544 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5546 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5547 Symbols and \i\c{WRT}
5549 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5550 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5551 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5552 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5553 of the symbol with code such as:
5555 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5556 \c        mov  [gs:eax],ebx
5559 \b In ELF64 mode, referring to an external or global symbol using
5560 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5561 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5562 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5563 of the symbol with code such as:
5565 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5566 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5569 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5570 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5572 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5573 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5574 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5575 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5576 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5577 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5578 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5579 to specify these features.
5581 You can specify whether a global variable is a function or a data
5582 object by suffixing the name with a colon and the word
5583 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5584 \c{data}.) For example:
5586 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5588 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5589 \c{hashtable} as a data object.
5591 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5592 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5593 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5594 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5596 \c global   hashlookup:function hidden
5598 You can also specify the size of the data associated with the
5599 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5600 forward references) after the type specifier. Like this:
5602 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5604 \c hashtable:
5605 \c         db this,that,theother  ; some data here
5606 \c .end:
5608 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5609 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5611 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5612 writing shared library code. For more information, see
5613 \k{picglobal}.
5616 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5617 \I{COMMON, elf extensions to}
5619 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5620 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5621 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5622 power of two) after the name and size of the common variable,
5623 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5624 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5626 \c common  dwordarray 128:4
5628 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5629 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5632 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5633 \I{ELF, 16-bit code and}
5635 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5636 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5637 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5638 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5639 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5640 these relocations is generated.
5642 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5643 \I{ELF, Debug formats and}
5645 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5646 Line number information is generated for all executable sections, but please
5647 note that only the ".text" section is executable by default.
5649 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5651 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5652 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5653 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5654 the magic number in the first four bytes of the file is
5655 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5656 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5657 implementation does not.
5659 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5661 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5662 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5663 extensions to any standard directives. It supports only the three
5664 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5667 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5668 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5670 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5671 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5672 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5673 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5674 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5675 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5676 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5678 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5680 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5681 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5682 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5683 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5684 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5686 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5687 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5688 this.
5691 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5693 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5694 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5695 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5696 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5697 itself \c{a.out}.
5699 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5700 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5702 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5703 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5704 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5705 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5706 only special symbol supported is \c{..start}.
5709 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5710 Format}
5712 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5713 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5714 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5715 format the internal structure of the assembler.
5717 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5718 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5719 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5720 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5722 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5723 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5724 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5725 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5726 execute an RDF executable under Linux.
5728 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5729 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5732 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5734 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5735 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5736 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5737 which is the name of the module:
5739 \c     library  mylib.rdl
5742 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5744 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5745 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5746 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5747 of current module:
5749 \c     module  mymodname
5751 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5752 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5753 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5755 \c     module  $kernel.core
5758 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5759 rdf extensions to}
5761 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5762 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5763 telling the linker do not strip it from target executable or library
5764 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5765 is a procedure (function) or data object.
5767 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5768 symbol exported:
5770 \c     global  sys_open:export
5772 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5773 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5775 \c     global  sys_open:export proc
5777 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5778 or \i\c{object} to the directive:
5780 \c     global  kernel_ticks:export data
5783 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5784 rdf extensions to}
5786 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
5787 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5788 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5789 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5790 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5791 (function) or data object. For example:
5793 \c     library $libc
5794 \c     extern  _open:import
5795 \c     extern  _printf:import proc
5796 \c     extern  _errno:import data
5798 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5799 a hint as to where to find requested symbols.
5802 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5804 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5805 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5806 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
5807 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5809 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5810 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5811 transactions between the main body of NASM and the output-format
5812 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5813 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5814 of the various requests the main program makes of the output driver,
5815 and in what order they happen.
5817 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5819 \c nasm -f dbg filename.asm
5821 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5822 However, this will not work well on files which were designed for a
5823 different object format, because each object format defines its own
5824 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5825 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5826 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5827 native object format selected:
5829 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5830 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5832 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5833 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5834 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5835 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5836 the final diagnostic output.
5838 This workaround will still typically not work for programs intended
5839 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5840 directives have side effects of defining the segment and group names
5841 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5842 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5843 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5844 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5846 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5847 them all to its output file.
5850 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5852 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5853 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5854 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5855 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5856 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5859 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5861 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5862 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5863 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5864 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5865 support the \c{.COM} format.
5867 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5868 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5869 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5870 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5871 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5872 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5873 Yann Guidon for contributing the code for this.
5875 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5876 future releases.
5879 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5881 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5882 by linking \c{.OBJ} files together.
5884 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5885 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5886 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5887 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5888 An LZH archiver can be found at
5889 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5890 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5891 sources) called \i{FREELINK}, available from
5892 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5893 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5894 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5895 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5896 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5898 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5899 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5900 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5901 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5902 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5903 field in the output file header; if more than one defines a start
5904 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5906 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5907 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5908 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5909 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5910 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5911 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5913 \c segment code
5915 \c ..start:
5916 \c         mov     ax,data
5917 \c         mov     ds,ax
5918 \c         mov     ax,stack
5919 \c         mov     ss,ax
5920 \c         mov     sp,stacktop
5922 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5923 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5924 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5925 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5926 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5927 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5928 execute on.
5930 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5931 beginning of this code, which means that will be the entry point
5932 into the resulting executable file.
5934 \c         mov     dx,hello
5935 \c         mov     ah,9
5936 \c         int     0x21
5938 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5939 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5940 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5941 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5943 \c         mov     ax,0x4c00
5944 \c         int     0x21
5946 This terminates the program using another DOS system call.
5948 \c segment data
5950 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5952 The data segment contains the string we want to display.
5954 \c segment stack stack
5955 \c         resb 64
5956 \c stacktop:
5958 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5959 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5960 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5961 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5962 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5963 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5964 type \c{STACK}.
5966 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5967 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5968 world' and then exit.
5971 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5973 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5974 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5975 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5976 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5977 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5978 \c{.EXE} files.
5980 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5981 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5982 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5984 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5985 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5986 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5987 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5988 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5989 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5990 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5991 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5992 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5994 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5995 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5996 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5997 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5998 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5999 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6000 explicitly issue one of your own.
6002 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6003 since this would require a relocation in the header, and things
6004 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6005 base by copying it out of \c{CS} instead.
6007 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6008 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6009 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6010 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6011 \c{EXE_stack 64}.
6013 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6014 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6015 \c{binexe.asm}.
6018 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6020 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6021 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6022 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6023 output format.
6026 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6028 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6029 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6030 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6031 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6032 like
6034 \c         org 100h
6036 \c section .text
6038 \c start:
6039 \c         ; put your code here
6041 \c section .data
6043 \c         ; put data items here
6045 \c section .bss
6047 \c         ; put uninitialized data here
6049 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6050 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6051 you want to and the code will still end up at the front of the file
6052 where it belongs.
6054 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6055 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6056 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6057 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6058 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6059 run.
6061 To assemble the above program, you should use a command line like
6063 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6065 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6066 explicit output file name were specified, so you have to override it
6067 and give the desired file name.
6070 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6072 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6073 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6074 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6075 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6076 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6077 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6078 file.
6080 If you do this, you need to take care of several things:
6082 \b The first object file containing code should start its code
6083 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6084 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6085 segment, so that the linker or converter program does not have to
6086 adjust address references within the file when generating the
6087 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6088 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6089 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6090 in MASM-compatible assemblers.
6092 \b You don't need to define a stack segment.
6094 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6095 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6096 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6097 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6100 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6102 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6103 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6104 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6105 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6106 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6107 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6108 your code segment.
6110 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6111 the various routines inside the driver which do the work. This
6112 structure should be defined at the start of the code segment, even
6113 though it is not actually code.
6115 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6116 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6117 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6118 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6121 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6123 This section covers the basics of writing assembly routines that
6124 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6125 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6126 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6129 \S{16cunder} External Symbol Names
6131 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6132 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6133 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6134 appears in the C program. So, for example, the function a C
6135 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6136 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6137 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6138 not have to worry about name clashes with C symbols.
6140 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6141 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6143 \c %macro  cglobal 1
6145 \c   global  _%1
6146 \c   %define %1 _%1
6148 \c %endmacro
6150 \c %macro  cextern 1
6152 \c   extern  _%1
6153 \c   %define %1 _%1
6155 \c %endmacro
6157 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6158 \c{%rep} construct could solve this.)
6160 If you then declare an external like this:
6162 \c cextern printf
6164 then the macro will expand it as
6166 \c extern  _printf
6167 \c %define printf _printf
6169 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6170 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6172 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6173 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6174 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6176 Also see \k{opt-pfix}.
6178 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6180 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6181 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6182 writing for. This means you have to keep track of the following
6183 things:
6185 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6186 functions are near. This means that function pointers, when stored
6187 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6188 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6189 never changes its value, and always gives the segment part of the
6190 full function address), and that functions are called using ordinary
6191 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6192 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6193 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6194 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6196 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6197 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6198 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6199 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6200 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6201 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6202 \c{CALL FAR} to call external routines.
6204 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6205 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6206 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6207 segment part of the full data item address).
6209 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6210 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6211 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6212 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6213 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6214 pointers you are passed.
6216 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6217 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6218 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6219 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6220 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6222 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6223 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6224 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6225 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6226 and global data items can both be accessed easily without changing
6227 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6228 segments. However, some memory models (though not the standard
6229 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6230 same value to be removed. Be careful about functions' local
6231 variables in this latter case.
6233 In models with a single code segment, the segment is called
6234 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6235 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6236 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6237 called \i\c{_DATA}.
6240 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6242 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6243 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6244 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6245 doing the calling and the function which gets called.
6247 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6248 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6249 argument specified to the function is pushed last).
6251 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6252 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6253 memory model.
6255 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6256 actually necessary, in functions which do not need to access their
6257 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6258 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6259 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6260 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6261 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6262 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6264 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6265 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6266 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6267 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6268 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6269 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6270 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6271 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6272 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6273 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6274 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6275 parameters in reverse order means that the function knows where to
6276 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6277 remaining ones.
6279 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6280 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6281 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6283 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6284 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6285 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6286 compiler) returned in \c{ST0}.
6288 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6289 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6290 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6291 memory model.
6293 \b When the caller regains control from the callee, the function
6294 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6295 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6296 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6297 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6298 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6299 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6300 removing.
6302 It is instructive to compare this calling convention with that for
6303 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6304 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6305 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6306 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6307 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6308 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6309 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6310 which means that a compiler can give better guarantees about
6311 sequence points without performance suffering.
6313 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6314 The following example is for small model:
6316 \c global  _myfunc
6318 \c _myfunc:
6319 \c         push    bp
6320 \c         mov     bp,sp
6321 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6322 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6324 \c         ; some more code
6326 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6327 \c         pop     bp
6328 \c         ret
6330 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6331 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6332 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6333 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6334 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6335 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6337 At the other end of the process, to call a C function from your
6338 assembly code, you would do something like this:
6340 \c extern  _printf
6342 \c       ; and then, further down...
6344 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6345 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6346 \c       call    _printf
6347 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6349 \c       ; then those data items...
6351 \c segment _DATA
6353 \c myint         dw    1234
6354 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6356 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6357 code
6359 \c     int myint = 1234;
6360 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6362 In large model, the function-call code might look more like this. In
6363 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6364 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6365 it first.
6367 \c       push    word [myint]
6368 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6369 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6370 \c       call    far _printf
6371 \c       add    sp,byte 6
6373 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6374 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6375 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6376 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6377 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6378 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6379 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6380 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6381 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6382 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6383 word of parameters.
6386 \S{16cdata} Accessing Data Items
6388 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6389 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6390 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6391 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6392 accessed from assembler as
6394 \c extern _i
6396 \c         mov ax,[_i]
6398 And to declare your own integer variable which C programs can access
6399 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6400 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6402 \c global  _j
6404 \c _j      dw      0
6406 To access a C array, you need to know the size of the components of
6407 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6408 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6409 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6410 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6411 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6412 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6413 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6415 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6416 the base of the structure to the field you are interested in. You
6417 can either do this by converting the C structure definition into a
6418 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6419 one offset and using just that.
6421 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6422 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6423 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6424 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6425 Typically, you might find that a structure like
6427 \c struct {
6428 \c     char c;
6429 \c     int i;
6430 \c } foo;
6432 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6433 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6434 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6435 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6436 out how your own compiler does it.
6439 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6441 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6442 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6443 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6444 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6445 the work involved in keeping track of the calling convention.
6447 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6448 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6450 An example of an assembly function using the macro set is given
6451 here:
6453 \c proc    _nearproc
6455 \c %$i     arg
6456 \c %$j     arg
6457 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6458 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6459 \c         add     ax,[bx]
6461 \c endproc
6463 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6464 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6465 integer. It returns \c{i + *j}.
6467 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6468 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6469 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6470 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6471 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6472 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6473 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6475 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6476 compact-model code) by default. You can have it generate far
6477 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6478 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6479 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6480 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6481 dependency on whether data pointers are far or not.
6483 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6484 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6485 many function parameters will be of type \c{int}.
6487 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6489 \c %define FARCODE
6491 \c proc    _farproc
6493 \c %$i     arg
6494 \c %$j     arg     4
6495 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6496 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6497 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6498 \c         add     ax,[bx]
6500 \c endproc
6502 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6503 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6504 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6507 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6509 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6510 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6512 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6513 not required for Pascal.
6515 \b The memory model is always large: functions are far, data
6516 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6517 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6518 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6519 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6520 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6521 data declared in a Pascal program goes into the default data
6522 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6523 when control is passed to your assembly code. The only things that
6524 do not live in the default data segment are local variables (they
6525 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6526 data \e{pointers}, however, are far.
6528 \b The function calling convention is different - described below.
6530 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6532 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6533 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6534 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6537 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6539 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6540 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6541 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6542 used to denote the function doing the calling and the function which
6543 gets called.
6545 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6546 after another, in normal order (left to right, so that the first
6547 argument specified to the function is pushed first).
6549 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6550 control to the callee.
6552 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6553 actually necessary, in functions which do not need to access their
6554 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6555 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6556 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6557 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6558 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6559 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6561 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6562 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6563 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6564 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6565 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6566 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6567 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6569 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6570 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6571 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6573 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6574 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6575 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6576 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6577 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6578 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6579 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6580 places the returned string value at that location. The pointer is
6581 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6582 \c{RETF} instruction.
6584 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6585 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6586 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6587 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6588 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6589 to be removed from the stack as a side effect of the return
6590 instruction.
6592 \b When the caller regains control from the callee, the function
6593 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6594 do nothing further.
6596 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6597 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6599 \c global  myfunc
6601 \c myfunc: push    bp
6602 \c         mov     bp,sp
6603 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6604 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6605 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6607 \c         ; some more code
6609 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6610 \c         pop     bp
6611 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6613 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6614 assembly code, you would do something like this:
6616 \c extern  SomeFunc
6618 \c        ; and then, further down...
6620 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6621 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6622 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6623 \c        call   far SomeFunc
6625 This is equivalent to the Pascal code
6627 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6628 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6631 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6632 Name Restrictions
6634 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6635 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6636 reading and understanding the various information contained in a
6637 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6638 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6639 restrictions:
6641 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6642 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6644 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6645 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6647 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6648 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6650 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6651 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6654 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6656 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6657 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6658 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6659 definition ensures that functions are far (it implies
6660 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6661 generated with an operand.
6663 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6664 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6665 reverse order. For example:
6667 \c %define PASCAL
6669 \c proc    _pascalproc
6671 \c %$j     arg 4
6672 \c %$i     arg
6673 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6674 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6675 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6676 \c         add     ax,[bx]
6678 \c endproc
6680 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6681 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6682 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6683 and the contents of the pointer. The only difference between this
6684 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6685 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6686 reverse order.
6689 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6691 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6692 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6693 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6694 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6695 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6696 shared libraries.
6698 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6699 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6700 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6701 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6702 address space no matter what segment you work relative to, and that
6703 you should ignore all segment registers completely. When writing
6704 flat-model application code, you never need to use a segment
6705 override or modify any segment register, and the code-section
6706 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6707 space as the data-section addresses you access your variables by and
6708 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6709 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6710 offset part.
6713 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6715 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6716 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6717 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6720 \S{32cunder} External Symbol Names
6722 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6723 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6724 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6725 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6726 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6727 underscore on their assembly-language names.
6729 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6730 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6731 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6732 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6733 though, the leading underscore should not be used.
6735 See also \k{opt-pfix}.
6737 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6739 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6740 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6741 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6742 the function doing the calling and the function which gets called.
6744 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6745 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6746 argument specified to the function is pushed last).
6748 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6749 control to the callee.
6751 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6752 actually necessary, in functions which do not need to access their
6753 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6754 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6755 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6756 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6757 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6758 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6760 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6761 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6762 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6763 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6764 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6765 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6766 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6767 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6768 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6769 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6770 and type of the remaining ones.
6772 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6773 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6774 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6776 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6777 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6778 of the value. Floating-point results are typically returned in
6779 \c{ST0}.
6781 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6782 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6783 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6785 \b When the caller regains control from the callee, the function
6786 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6787 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6788 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6789 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6790 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6791 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6792 removing.
6794 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6795 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6796 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6797 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6798 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6799 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6800 still pushed in right-to-left order.
6802 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6804 \c global  _myfunc
6806 \c _myfunc:
6807 \c         push    ebp
6808 \c         mov     ebp,esp
6809 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6810 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6812 \c         ; some more code
6814 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6815 \c         ret
6817 At the other end of the process, to call a C function from your
6818 assembly code, you would do something like this:
6820 \c extern  _printf
6822 \c         ; and then, further down...
6824 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6825 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6826 \c         call    _printf
6827 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6829 \c         ; then those data items...
6831 \c segment _DATA
6833 \c myint       dd   1234
6834 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6836 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6838 \c     int myint = 1234;
6839 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6842 \S{32cdata} Accessing Data Items
6844 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6845 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6846 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6847 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6848 accessed from assembler as
6850 \c           extern _i
6851 \c           mov eax,[_i]
6853 And to declare your own integer variable which C programs can access
6854 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6855 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6857 \c           global _j
6858 \c _j        dd 0
6860 To access a C array, you need to know the size of the components of
6861 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6862 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6863 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6864 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6865 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6866 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6867 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6868 are also 4 bytes long.
6870 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6871 the base of the structure to the field you are interested in. You
6872 can either do this by converting the C structure definition into a
6873 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6874 one offset and using just that.
6876 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6877 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6878 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6879 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6880 Typically, you might find that a structure like
6882 \c struct {
6883 \c     char c;
6884 \c     int i;
6885 \c } foo;
6887 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6888 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6889 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6890 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6891 out how your own compiler does it.
6894 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6896 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6897 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6898 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6899 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6900 the work involved in keeping track of the calling convention.
6902 An example of an assembly function using the macro set is given
6903 here:
6905 \c proc    _proc32
6907 \c %$i     arg
6908 \c %$j     arg
6909 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6910 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6911 \c         add     eax,[ebx]
6913 \c endproc
6915 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6916 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6917 integer. It returns \c{i + *j}.
6919 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6920 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6921 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6922 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6923 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6924 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6925 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6927 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6928 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6929 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6932 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6933 Libraries}
6935 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6936 because it contains support for \i{position-independent code}
6937 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6938 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6939 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6941 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6942 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6943 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6944 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6946 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6947 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6948 of the running process. The contents of the library's code section
6949 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6951 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6952 this:
6954 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6956 Instead, the linker provides an area of memory called the
6957 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6958 constant distance from your library's code, so if you can find out
6959 where your library is loaded (which is typically done using a
6960 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6961 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6962 linker-generated entries in the GOT.
6964 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6965 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6966 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6967 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6968 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6969 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6972 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6974 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6975 external symbol:
6977 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6978 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6980 At the beginning of any function in your shared library which plans
6981 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6982 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6983 in this form:
6985 \c func:   push    ebp
6986 \c         mov     ebp,esp
6987 \c         push    ebx
6988 \c         call    .get_GOT
6989 \c .get_GOT:
6990 \c         pop     ebx
6991 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6993 \c         ; the function body comes here
6995 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6996 \c         mov     esp,ebp
6997 \c         pop     ebp
6998 \c         ret
7000 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7001 second leading underscore.)
7003 The first two lines of this function are simply the standard C
7004 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7005 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7006 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7007 libraries use this register to store the address of the GOT.
7009 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7010 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7011 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7012 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7013 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7014 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7015 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7016 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7017 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7018 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7019 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7020 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7021 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7022 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7023 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7024 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7026 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7027 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7028 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7030 \c %macro  get_GOT 0
7032 \c         call    %%getgot
7033 \c   %%getgot:
7034 \c         pop     ebx
7035 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7037 \c %endmacro
7039 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7041 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7042 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7043 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7044 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7045 way this works is like this:
7047 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7049 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7050 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7051 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7052 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7054 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7055 them, they are shared between code modules in the library, but do
7056 not get exported from the library to the program that loaded it.
7057 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7058 can access them in the same way as local variables, using the above
7059 \c{..gotoff} mechanism.
7061 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7062 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7063 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7066 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7068 If your library needs to get at an external variable (external to
7069 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7070 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7071 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7072 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7073 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7074 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7075 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7076 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7077 you would code
7079 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7081 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7082 linker, when it builds the shared library, collects together every
7083 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7084 has every necessary entry present.
7086 Common variables must also be accessed in this way.
7089 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7091 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7092 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7093 you have to give the size of the data item. This is because the
7094 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7095 entries for any exported functions, and also moves exported data
7096 items away from the library's data section in which they were
7097 declared.
7099 So to export a function to users of the library, you must use
7101 \c global  func:function           ; declare it as a function
7103 \c func:   push    ebp
7105 \c         ; etc.
7107 And to export a data item such as an array, you would have to code
7109 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7111 \c array:  resd    128
7112 \c .end:
7114 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7115 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7116 end up living in the data section of the main program, rather than
7117 in your library's data section, where you declared it. So you will
7118 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7119 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7120 effectively, it has become).
7122 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7123 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7124 sort of code:
7126 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7128 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7129 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7130 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7131 pointing at your data section instead of at the exported global
7132 which resides elsewhere.
7134 Instead of the above code, then, you must write
7136 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7138 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7139 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7140 at that address, rather than just relocating by section base.
7142 Either method will work for functions: referring to one of your
7143 functions by means of
7145 \c funcptr:        dd      my_function
7147 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7149 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
7151 will give the address of the procedure linkage table for the
7152 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7153 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7156 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7158 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7159 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7160 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7161 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7162 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7163 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7164 in the main program can be transparently passed off to their real
7165 destinations.
7167 To call an external routine, you must use another special PIC
7168 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7169 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7170 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7171 ..plt}.
7174 \S{link} Generating the Library File
7176 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7177 you then generate your shared library with a command such as
7179 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7180 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7182 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7183 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7184 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7185 library file name, with a version number, into the library:
7187 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7189 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7190 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7193 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7195 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7196 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7197 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7198 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7199 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7200 one, or jumps between different-size segments.
7203 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7205 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7206 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7207 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7208 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7209 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7210 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7211 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7212 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7214 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7215 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7216 segment, so just coding, for example,
7218 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7220 will not work, since the offset part of the address will be
7221 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7222 one.
7224 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7225 generate the required instruction by coding it manually, using
7226 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7227 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7229 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7231 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7232 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7233 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7234 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7235 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7236 segment to a 32-bit one.
7238 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7239 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7241 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7243 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7244 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7245 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7248 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7249 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7251 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7252 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7253 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7254 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7255 32-bit segment, or vice versa.
7257 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7258 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7259 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7260 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7262 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7263 the address, since any effective address containing a 32-bit
7264 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7266 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7267 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7269 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7270 instruction and a register) if you already know the precise offset
7271 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7272 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7273 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7275 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7276 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7278 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7280 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7281 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7282 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7284 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7286 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7287 which controls the size of the data stored at the address, with the
7288 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7289 address itself. The two can quite easily be different:
7291 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7293 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7294 offset.
7296 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7297 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7299 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7301 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7302 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7303 offset), and calls that address.
7306 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7308 The other way you might want to access data might be using the
7309 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7310 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7311 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7312 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7314 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7315 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7316 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7317 desired address into \c{ESI} and then code
7319 \c         a32     lodsb
7321 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7322 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7323 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7324 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7326 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7327 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7328 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7329 instructions with implicit addressing:
7330 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7331 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7332 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7333 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7334 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7335 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7336 Also, the
7337 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7338 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7339 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7340 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7341 size from the code segment.
7343 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7344 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7345 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7346 give the value of the segment register being manipulated. To force
7347 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7348 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7350 \c         o16 push    ss
7351 \c         o16 push    ds
7353 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7354 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7355 one.
7357 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7358 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7361 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7363 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7364 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7365 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7366 write position-independent code for shared libraries.
7368 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7369 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7370 registers, which still add their bases.
7372 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7373 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7374 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7375 probably desirable to make that the default, using the directive
7376 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7378 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7379 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7380 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7381 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7382 Please see the ABI documentation for your platform.
7384 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7385 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7386 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7387 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7389 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7390 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7391 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7392 set to zero.
7394 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7396 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7397 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7399 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7400 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7401 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7402 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7404 This is consistent with the AMD documentation and most other
7405 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7406 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7407 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7408 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7409 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7410 can be used for this purpose.
7412 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7414 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7415 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7416 immediates to 32 bits.
7418 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7420 \c      MOV reg64,imm64
7422 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7423 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7424 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7425 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7426 immediate as \c{DWORD}:
7428 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7429 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7430 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7431 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7433 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7435 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7436 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7437 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7438 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7439 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7440 displacement size as \c{QWORD}:
7442 \c      default abs
7444 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7445 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7446 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7448 \c      default rel
7450 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7451 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7452 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7453 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7455 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7456 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7458 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7460 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7462 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
7464 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7465 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7467 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7468 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7469 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7470 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7471 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7473 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7475 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7476 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7477 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7478 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7480 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7482 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7484 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7486 \c      void foo(long a, double b, int c)
7488 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7490 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7492 The Win64 ABI is described at:
7494 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7496 What follows is a simplified summary.
7498 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7499 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7500 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7501 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7502 use by the function without saving.
7504 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7506 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7507 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7508 return is \c{XMM0} only.
7510 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7512 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7514 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7516 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7518 \C{trouble} Troubleshooting
7520 This chapter describes some of the common problems that users have
7521 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7522 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7523 that isn't listed here.
7526 \H{problems} Common Problems
7528 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7530 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7531 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7532 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7533 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7534 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7535 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7536 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7537 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7538 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7541 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7543 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7544 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7545 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7546 longer.
7548 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7549 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7550 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7551 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7552 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7553 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7554 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7555 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7556 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7557 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7558 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7559 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7562 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7564 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7565 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7566 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7567 sector, people who are used to MASM tend to code
7569 \c         ORG 0
7571 \c         ; some boot sector code
7573 \c         ORG 510
7574 \c         DW 0xAA55
7576 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7577 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7578 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7580 \c         ORG 0
7582 \c         ; some boot sector code
7584 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7585 \c         DW 0xAA55
7587 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7588 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7589 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7590 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7591 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7592 find out what's wrong with it.
7595 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7597 The other common problem with the above code is people who write the
7598 \c{TIMES} line as
7600 \c         TIMES 510-$ DB 0
7602 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7603 the difference between them is also a pure number and can happily be
7604 fed to \c{TIMES}.
7606 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7607 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7608 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7609 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7610 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7611 information back to the expression evaluator. So from the
7612 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7613 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7614 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7615 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7617 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7618 line in the form
7620 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7622 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7623 and so their difference is a pure number. This will solve the
7624 problem and generate sensible code.
7627 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7629 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7630 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7631 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7632 \i\c{bugtracker} at
7633 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7634 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7635 contacts in \k{contact}.
7637 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7638 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7639 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7640 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7641 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7642 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7643 there.
7645 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7646 information:
7648 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7649 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7651 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7652 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7653 you were using the standard distribution binaries out of the
7654 archive. If you were using a locally built executable, try to
7655 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7656 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7659 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7660 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7661 \c{NASMENV} environment variable if any.
7663 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7664 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7665 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7666 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7667 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7668 compiler, what version, and what command line or options you used.
7669 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7670 with the command-line version of the compiler.)
7672 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7673 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7674 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7675 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7676 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7677 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7678 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7679 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7680 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7681 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7682 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7683 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7684 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7686 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7687 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7688 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7689 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7690 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7691 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7692 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7693 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7694 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7695 should be 77 instead'.
7697 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7698 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7699 generates the same file, or whether the problem is related to
7700 portability issues between our development platforms and yours. We
7701 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7702 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7703 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7704 for us.
7706 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7707 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7708 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7709 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7710 differently from us.
7713 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7715                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7717 \H{ndisintro} Introduction
7720 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7721 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7722 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7723 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7724 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7726 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7727 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7728 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7729 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7730 disassembles.
7733 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7735 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7736 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7737 are on a Unix system.
7740 \H{ndisrun} Running NDISASM
7742 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7744 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7746 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7747 provided of course that you remember to specify which it is to work
7748 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7749 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7751 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7752 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7753 summary of command line options.
7756 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7758 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7759 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7760 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7761 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7762 this.
7764 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7765 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7766 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7767 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7768 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7770 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7772 \c        ndisasm -o100h filename.com
7774 will do the trick.
7777 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7779 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7780 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7781 will faithfully plough through the data section, producing machine
7782 instructions wherever it can (although most of them will look
7783 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7784 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7785 Then it will reach the code section.
7787 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7788 instruction from part of the data section, and its file position is
7789 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7790 entirely possible that another spurious instruction will get
7791 generated, starting with the final byte of the data section, and
7792 then the correct first instruction in the code section will not be
7793 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7794 ideal.
7796 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7797 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7798 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7799 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7800 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7801 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7802 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7803 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7804 the instructions in your code section.
7806 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7807 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7808 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7811 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7813 rather than
7815 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7817 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7818 to, just by repeating the \c{-s} option.
7821 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7822 \I\c{auto-sync}
7824 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7825 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7826 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7827 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7828 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7829 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7830 needed.
7832 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7833 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7834 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7835 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7837 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7838 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7839 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7840 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7841 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7842 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7843 processed, there isn't much it can do about it...)
7845 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7846 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7847 the register contains) or involves a segment address (in which case
7848 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7849 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7851 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7852 points in all the right places, and save you from having to place
7853 any sync points manually. However, it should be stressed that
7854 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7855 you may still have to place some manually.
7857 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7858 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7859 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7860 options.
7862 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7863 fluke, something in your data section should disassemble to a
7864 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7865 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7866 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7867 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7868 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7869 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7870 suppress disassembly of the data area.
7873 \S{ndisother} Other Options
7875 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7876 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7877 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7878 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7880 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7881 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7882 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7883 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7884 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7885 anyway.
7888 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7890 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7891 possible, should be sent to
7892 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7893 developer's site at
7894 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7895 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7896 new features as well.
7898 \A{inslist} \i{Instruction List}
7900 \H{inslistintro} Introduction
7902 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7903 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7904 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7905  when appropriate, one or more usage flags.
7907 \& inslist.src
7909 \A{changelog} \i{NASM Version History}
7911 \& changes.src