output: outmac -- Fix few nits during merge
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob00a1a14ba93bd90950303ba5dfc2e56a69c97e01
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#
3 \#   Copyright 1996-2016 The NASM Authors - All Rights Reserved
4 \#   See the file AUTHORS included with the NASM distribution for
5 \#   the specific copyright holders.
6 \#
7 \#   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8 \#   modification, are permitted provided that the following
9 \#   conditions are met:
11 \#   * Redistributions of source code must retain the above copyright
12 \#     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13 \#   * Redistributions in binary form must reproduce the above
14 \#     copyright notice, this list of conditions and the following
15 \#     disclaimer in the documentation and/or other materials provided
16 \#     with the distribution.
18 \#     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
19 \#     CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
20 \#     INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
21 \#     MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22 \#     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
23 \#     CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24 \#     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
25 \#     NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
26 \#     LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27 \#     HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
28 \#     CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
29 \#     OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
30 \#     EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
32 \# --------------------------------------------------------------------------
34 \# Source code to NASM documentation
36 \M{category}{Programming}
37 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
38 \M{year}{1996-2016}
39 \M{author}{The NASM Development Team}
40 \M{copyright_tail}{-- All Rights Reserved}
41 \M{license}{This document is redistributable under the license given in the file "LICENSE" distributed in the NASM archive.}
42 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
43 \M{infoname}{NASM}
44 \M{infofile}{nasm}
45 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
46 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
47 \M{logoyadj}{-72}
48 \IR{-D} \c{-D} option
49 \IR{-E} \c{-E} option
50 \IR{-F} \c{-F} option
51 \IR{-I} \c{-I} option
52 \IR{-M} \c{-M} option
53 \IR{-MD} \c{-MD} option
54 \IR{-MF} \c{-MF} option
55 \IR{-MG} \c{-MG} option
56 \IR{-MP} \c{-MP} option
57 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
58 \IR{-MT} \c{-MT} option
59 \IR{-O} \c{-O} option
60 \IR{-P} \c{-P} option
61 \IR{-U} \c{-U} option
62 \IR{-X} \c{-X} option
63 \IR{-a} \c{-a} option
64 \IR{-d} \c{-d} option
65 \IR{-e} \c{-e} option
66 \IR{-f} \c{-f} option
67 \IR{-g} \c{-g} option
68 \IR{-i} \c{-i} option
69 \IR{-l} \c{-l} option
70 \IR{-o} \c{-o} option
71 \IR{-p} \c{-p} option
72 \IR{-s} \c{-s} option
73 \IR{-u} \c{-u} option
74 \IR{-v} \c{-v} option
75 \IR{-W} \c{-W} option
76 \IR{-w} \c{-w} option
77 \IR{-y} \c{-y} option
78 \IR{-Z} \c{-Z} option
79 \IR{!=} \c{!=} operator
80 \IR{$, here} \c{$}, Here token
81 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
82 \IR{$$} \c{$$} token
83 \IR{%} \c{%} operator
84 \IR{%%} \c{%%} operator
85 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
86 \IA{%-1}{%+1}
87 \IR{%0} \c{%0} parameter count
88 \IR{&} \c{&} operator
89 \IR{&&} \c{&&} operator
90 \IR{*} \c{*} operator
91 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
92 \IR{/} \c{/} operator
93 \IR{//} \c{//} operator
94 \IR{<} \c{<} operator
95 \IR{<<} \c{<<} operator
96 \IR{<=} \c{<=} operator
97 \IR{<>} \c{<>} operator
98 \IR{=} \c{=} operator
99 \IR{==} \c{==} operator
100 \IR{>} \c{>} operator
101 \IR{>=} \c{>=} operator
102 \IR{>>} \c{>>} operator
103 \IR{?} \c{?} MASM syntax
104 \IR{^} \c{^} operator
105 \IR{^^} \c{^^} operator
106 \IR{|} \c{|} operator
107 \IR{||} \c{||} operator
108 \IR{~} \c{~} operator
109 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
110 \IA{%$$}{%$}
111 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
112 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
113 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
114 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
115 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
116 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
117 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
118 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
119 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
120 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
121 variables
122 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
123 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
124 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
125 \IR{autoconf} Autoconf
126 \IR{bin} bin
127 \IR{bitwise and} bitwise AND
128 \IR{bitwise or} bitwise OR
129 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
130 \IR{block ifs} block IFs
131 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
132 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
133 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
134 \IR{bsd} BSD
135 \IR{c calling convention} C calling convention
136 \IR{c symbol names} C symbol names
137 \IA{critical expressions}{critical expression}
138 \IA{command line}{command-line}
139 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
140 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
141 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
142 \IA{character constants}{character constant}
143 \IR{common object file format} Common Object File Format
144 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
145 in \c{elf}
146 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
147 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
148 \IR{declaring structure} declaring structures
149 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
150 \IR{devpac} DevPac
151 \IR{djgpp} DJGPP
152 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
153 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
154 \IR{dos} DOS
155 \IR{dos archive} DOS archive
156 \IR{dos source archive} DOS source archive
157 \IA{effective address}{effective addresses}
158 \IA{effective-address}{effective addresses}
159 \IR{elf} ELF
160 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
161 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
162 \IR{elf32} \c{elf32}
163 \IR{elf64} \c{elf64}
164 \IR{elfx32} \c{elfx32}
165 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
166 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
167 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
168 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
169 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
170 \IR{freebsd} FreeBSD
171 \IR{freelink} FreeLink
172 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
173 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
174 convention
175 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
176 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
177 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
178 \IR{got} GOT
179 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
180 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
181 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
182 \IR{intel number formats} Intel number formats
183 \IR{linux, elf} Linux, ELF
184 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
185 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
186 \IR{logical and} logical AND
187 \IR{logical or} logical OR
188 \IR{logical xor} logical XOR
189 \IR{mach object file format} Mach, object file format
190 \IR{mach-o} Mach-O
191 \IR{macho32} \c{macho32}
192 \IR{macho64} \c{macho64}
193 \IR{macos x} MacOS X
194 \IR{masm} MASM
195 \IA{memory reference}{memory references}
196 \IR{minix} Minix
197 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
198 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
199 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
200 \IR{mmx registers} MMX registers
201 \IA{modr/m}{modr/m byte}
202 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
203 \IR{ms-dos} MS-DOS
204 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
205 \IR{multipush} \c{multipush} macro
206 \IR{nan} NaN
207 \IR{nasm version} NASM version
208 \IR{netbsd} NetBSD
209 \IR{omf} OMF
210 \IR{openbsd} OpenBSD
211 \IR{operating system} operating system
212 \IR{os/2} OS/2
213 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
214 \IR{passes} passes, assembly
215 \IR{perl} Perl
216 \IR{pic} PIC
217 \IR{pharlap} PharLap
218 \IR{plt} PLT
219 \IR{plt} \c{PLT} relocations
220 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
221 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
222 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
223 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
224 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
225 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
226 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
227 Object File Format
228 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
229 \IA{repeating}{repeating code}
230 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
231 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
232 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
233 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
234 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
235 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
236 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
237 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
238 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
239 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
240 \IR{shift command} \c{shift} command
241 \IA{sib}{sib byte}
242 \IR{sib byte} SIB byte
243 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
244 \IA{sectalign}{sectalign}
245 \IR{solaris x86} Solaris x86
246 \IA{standard section names}{standardized section names}
247 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
248 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
249 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
250 \IR{tlink} \c{TLINK}
251 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
252 \IR{unicode} Unicode
253 \IR{unix} Unix
254 \IR{utf-8} UTF-8
255 \IR{utf-16} UTF-16
256 \IR{utf-32} UTF-32
257 \IA{sco unix}{unix, sco}
258 \IR{unix, sco} Unix, SCO
259 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
260 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
261 \IA{unix system v}{unix, system v}
262 \IR{unix, system v} Unix, System V
263 \IR{unixware} UnixWare
264 \IR{val} VAL
265 \IR{version number of nasm} version number of NASM
266 \IR{visual c++} Visual C++
267 \IR{www page} WWW page
268 \IR{win32} Win32
269 \IR{win32} Win64
270 \IR{windows} Windows
271 \IR{windows 95} Windows 95
272 \IR{windows nt} Windows NT
273 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
274 \# \IC{program entry point}{start point, program}
275 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
276 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
277 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
280 \C{intro} Introduction
282 \H{whatsnasm} What Is NASM?
284 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
285 for portability and modularity. It supports a range of object file
286 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
287 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
288 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
289 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
290 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
291 strong support for macros.
294 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
296 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
297 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
298 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
299 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
301 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
302 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
304 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
305 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
306 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
307 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
308 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
309 it (properly.)
311 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
312 doesn't seem to have much (or any) documentation.
314 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
315 DOS.
317 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
318 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
319 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
320 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
321 It's expensive too. And it's DOS-only.
323 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
324 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
325 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
326 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
327 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
328 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
329 Again.
332 \S{legal} \i{License} Conditions
334 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
335 distribution archive, for the license conditions under which you may
336 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
337 known as the simplified BSD license.
339 Copyright 1996-2011 the NASM Authors - All rights reserved.
341 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
342 modification, are permitted provided that the following conditions are
343 met:
345 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
346 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
348 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
349 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
350 documentation and/or other materials provided with the distribution.
351       
352 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
353 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
354 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
355 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
356 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
357 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
358 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
359 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
360 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
361 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
362 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
363 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
364 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
367 \H{contact} Contact Information
369 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
370 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
371 (see below for the link).
372 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
374 NASM has a \i{website} at
375 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
376 google for us!
378 \i{New releases}, \i{release candidates}, and \I{snapshots, daily
379 development}\i{daily development snapshots} of NASM are available from
380 the official web site.
382 Announcements are posted to
383 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
384 and to the web site
385 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
387 If you want information about the current development status, please
388 subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list; see link from the
389 website.
392 \H{install} Installation
394 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
396 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
397 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
398 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
399 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
401 The archive will contain a set of executable files: the NASM
402 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
403 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
404 RDOFF file format.
406 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
407 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
408 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
409 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
410 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
411 under other versions of Windows as well.)
413 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
414 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
415 so you can delete it if you need to save space; however, you may
416 want to keep the documentation or test programs.
418 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
419 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
420 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
421 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
422 the source archive.
424 Note that a number of files are generated from other files by Perl
425 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
426 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
427 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
428 documentation. It is possible future source distributions may not
429 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
430 platforms, including DOS and Windows, are available from
431 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
434 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
436 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
437 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
438 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
439 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
440 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
442 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
443 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
444 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
445 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
446 accordingly.
448 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
449 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
450 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
451 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
452 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
453 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
454 install the programs yourself.
456 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
457 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
458 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
459 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
462 \C{running} Running NASM
464 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
466 To assemble a file, you issue a command of the form
468 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
470 For example,
472 \c nasm -f elf myfile.asm
474 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
476 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
478 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
480 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
481 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
482 to give a listing file name, for example:
484 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
486 To get further usage instructions from NASM, try typing
488 \c nasm -h
490 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
491 are.
493 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
494 or \c{ELF}, type
496 \c file nasm
498 (in the directory in which you put the NASM binary when you
499 installed it). If it says something like
501 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
503 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
504 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
506 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
508 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
509 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
510 and are rare these days.)
512 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
513 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
514 messages.
517 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
519 NASM will normally choose the name of your output file for you;
520 precisely how it does this is dependent on the object file format.
521 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
522 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
523 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
524 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
525 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{elfx32}, \c{ieee}, \c{macho32} and
526 \c{macho64}) it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith}
527 and \c{srec}, it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec},
528 respectively, and for the \c{bin} format it will simply remove the
529 extension, so that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
531 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
532 has the same name as the input file, in which case it will give a
533 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
535 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
536 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
537 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
538 with the name you wish for the output file, either with or without
539 an intervening space. For example:
541 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
542 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
544 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
545 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
548 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
550 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
551 output file format for you itself. In the distribution versions of
552 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
553 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
554 choose what you want the default to be.
556 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
557 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
559 A complete list of the available output file formats can be given by
560 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
563 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
565 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
566 optional space) by a file name, NASM will generate a
567 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
568 code are listed on the left, and the actual source code, with
569 expansions of multi-line macros (except those which specifically
570 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
571 right. For example:
573 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
575 If a list file is selected, you may turn off listing for a
576 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
577 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
578 form" (without the brackets). This can be used to list only
579 sections of interest, avoiding excessively long listings.
582 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
584 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
585 This can be redirected to a file for further processing. For example:
587 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
590 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
592 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
593 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
594 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
595 dependency list without a prefix.
598 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
600 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
601 output to a file, rather than to stdout.  For example:
603 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
606 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
608 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
609 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
610 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
611 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
612 updated dependencies with every assembly session.  For example:
614 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
617 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
619 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
620 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
621 specified by the \c{-o} option.
624 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
626 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
627 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
628 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
629 quotable in Make.  The default output (if no \c{-MT} or \c{-MQ} option
630 is specified) is automatically quoted.
633 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
635 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
636 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
637 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
638 file has been removed.
641 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
643 This option is used to select the format of the debug information
644 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
645 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
646 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
647 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
648 if \c{-F} is specified.
650 A complete list of the available debug file formats for an output
651 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
652 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
654 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
655 is not built into NASM by default. For information on how
656 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
659 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
661 This option can be used to generate debugging information in the specified
662 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
663 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
664 If no debug information is currently implemented in the selected output
665 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
668 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
670 This option can be used to select an error reporting format for any
671 error messages that might be produced by NASM.
673 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
674 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
675 the default and looks like this:
677 \c filename.asm:65: error: specific error message
679 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
680 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
681 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
682 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
683 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
685 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
686 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
688 \c filename.asm(65) : error: specific error message
690 where the only difference is that the line number is in parentheses
691 instead of being delimited by colons.
693 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
695 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
697 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
698 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
699 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
700 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
701 example) you want to load them into an editor.
703 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
704 which causes errors to be sent to the specified files rather than
705 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
706 the errors into a file by typing
708 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
710 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
711 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
712 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
714 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
716 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
717 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
718 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
719 program, you can type:
721 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
723 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
726 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
728 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
729 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
730 search for the given file not only in the current directory, but also
731 in any directories specified on the command line by the use of the
732 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
733 library}, for example, by typing
735 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
737 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
738 optional).
740 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
741 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
742 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
743 prepended exactly as written to the name of the include file.
744 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
745 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
747 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
748 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
749 to search for the file \c{foobar.i}...)
751 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
752 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
753 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
754 \k{nasmenv}).
756 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
757 be specified as \c{-I}.
760 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
762 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
763 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
764 option. So running
766 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
768 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
769 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
771 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
772 option can also be specified as \c{-P}.
775 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
777 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
778 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
779 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
780 could code
782 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
784 as an alternative to placing the directive
786 \c %define FOO 100
788 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
789 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
790 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
791 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
792 \c{-dDEBUG}.
794 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
795 be specified as \c{-D}.
798 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
800 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
801 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
802 option specified earlier on the command lines.
804 For example, the following command line:
806 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
808 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
809 program. This is useful to override options specified at a different
810 point in a Makefile.
812 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
813 be specified as \c{-U}.
816 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
818 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
819 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
820 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
821 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
822 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
823 if the \c{-o} option is also used).
825 This option cannot be applied to programs which require the
826 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
827 which depend on the values of symbols: so code such as
829 \c %assign tablesize ($-tablestart)
831 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
833 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
834 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
835 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
837 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
839 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
840 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
841 completely and assume the compiler has already done it, to save time
842 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
843 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
844 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
847 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
849 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
850 levels of optimization.  The syntax is:
852 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
853         if a short form is not specified, except conditional jumps.
854         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
856 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
857         which will fit in a signed byte are optimized,
858         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
859         to the long form unless otherwise specified.
861 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
862         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
863         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
864         has been used (see \k{strict}).  For compatibility with earlier
865         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
866         one. This number has no effect on the actual number of passes.
868 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses, and is the default
869 since NASM 2.09.
871 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
872 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
875 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
877 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
878 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
880 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
882 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
883 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
884 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
885 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
886 Note that you lose the ability to override the default address type for
887 the instruction.
889 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
890 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
891 \c{include}, \c{local})
893 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
895 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
896 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
897 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
898 conditions are reported like errors, but come up with the word
899 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
900 generating an output file and returning a success status to the
901 operating system.
903 Some conditions are even less severe than that: they are only
904 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
905 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
906 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
907 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
908 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
909 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
911 The \i{suppressible warning} classes are:
913 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
914 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
915 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
916 you might want to disable it.
918 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
919 warning class is disabled by default.
921 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
922 parameters than optional parameters. This warning class
923 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
925 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
926 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
927 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
928 see \k{syntax} for more information.
930 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
931 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
933 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
934 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
935 This warning class is disabled by default.
937 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
938 Enabled by default.
940 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
941 Disabled by default.
943 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
944 Disabled by default.
946 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
947 Enabled by default.
949 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
950 Enabled by default.
952 \b \i\c{lock} warns about \c{LOCK} prefixes on unlockable instructions.
953 Enabled by default.
955 \b \i\c{hle} warns about invalid use of the HLE \c{XACQUIRE} or \c{XRELEASE}
956 prefixes.
957 Enabled by default.
959 \b \i\c{bnd} warns about ineffective use of the \c{BND} prefix when a relaxed
960 form of jmp instruction becomes jmp short form.
961 Enabled by default.
963 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
964 default.
966 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
967 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
969 In addition, you can set warning classes across sections.
970 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
971 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
972 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
973 (without the brackets) exists.
975 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
976 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
977 \c{-w-warning}, respectively.
980 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
982 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
983 and the date on which it was compiled.
985 You will need the version number if you report a bug.
987 For command-line compatibility with Yasm, the form \i\c{--v} is also
988 accepted for this option starting in NASM version 2.11.05.
990 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
992 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
993 debug info formats for the given output format. The default format
994 is indicated by an asterisk. For example:
996 \c nasm -f elf -y
998 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
999 \c   ('*' denotes default):
1000 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
1001 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
1004 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
1006 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
1007 (respectively) the given argument to all \c{global} or
1008 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
1009 underscore to all global and external variables, as C requires it in
1010 some, but not all, system calling conventions.
1013 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
1015 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1016 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1017 processed before the real command line. You can use this to define
1018 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1019 options in the \c{NASMENV} variable.
1021 The value of the variable is split up at white space, so that the
1022 value \c{-s -ic:\\nasmlib\\} will be treated as two separate options.
1023 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1024 what you might want, because it will be split at the space and the
1025 NASM command-line processing will get confused by the two
1026 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1028 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1029 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1030 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1031 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1032 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib\\} is equivalent to setting it to \c{-s
1033 -ic:\\nasmlib\\}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1035 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1036 changed with version 0.98.31.
1039 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1041 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1042 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1043 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1044 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1045 skipping this section.
1048 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1050 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1051 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1052 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1053 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1054 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1055 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1056 will distinguish between labels differing only in case.
1059 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1061 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1062 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1063 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1064 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1065 if you declare, for example,
1067 \c foo     equ     1
1068 \c bar     dw      2
1070 then the two lines of code
1072 \c         mov     ax,foo
1073 \c         mov     ax,bar
1075 generate completely different opcodes, despite having
1076 identical-looking syntaxes.
1078 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1079 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1080 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1081 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1082 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1083 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1084 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1085 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1087 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1088 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1089 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1090 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1091 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1092 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1094 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1095 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1096 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1097 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1098 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1099 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1100 \e{everything} is a label.
1102 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1103 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1104 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1105 portion outside square brackets and another portion inside. The
1106 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1107 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1110 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1112 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1113 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1114 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1115 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1116 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1117 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1118 \c{mov word [var],2}.
1120 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1121 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1122 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1123 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1124 the strings being manipulated.
1127 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1129 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1130 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1131 choose to put in your segment registers, and will never
1132 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1135 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1137 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1138 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1139 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1140 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1141 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1142 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1143 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1144 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1145 track of which external variable definitions are far and which are
1146 near.
1149 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1151 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1152 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1153 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1154 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1156 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1157 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1158 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1159 on a misunderstanding by the authors.
1162 \S{qsother} Other Differences
1164 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1165 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1167 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1168 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1169 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1170 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1171 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1172 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1173 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1175 In addition to all of this, macros and directives work completely
1176 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1177 details.
1180 \C{lang} The NASM Language
1182 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1184 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1185 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1186 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1188 \c label:    instruction operands        ; comment
1190 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1191 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1192 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1193 presence and nature of the instruction field.
1195 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1196 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1197 backslash-ended line.
1199 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1200 have white space before them, or instructions may have no space
1201 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1202 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1203 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1204 valid source line which does nothing but define a label. Running
1205 NASM with the command-line option
1206 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1207 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1209 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1210 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1211 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1212 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1213 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1214 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1215 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1216 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1217 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1218 an identifier is 4095 characters.
1220 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1221 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1222 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1223 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ}, \c{REPNE}/\c{REPNZ},
1224 \c{XACQUIRE}/\c{XRELEASE} or \c{BND}/\c{NOBND}, in the usual way. Explicit
1225 \I{address-size prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1226 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1227 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1228 override}segment register as an instruction prefix: coding
1229 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1230 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1231 syntactic features of the language, but for instructions such as
1232 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1233 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1234 \c{es lodsb}.
1236 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1237 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1238 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1240 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1241 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1243 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1244 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1245 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1246 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1247 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1248 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1250 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1251 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1252 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1253 \# Details of
1254 \# all forms of each supported instruction are given in
1255 \# \k{iref}.
1256 For example, you can code:
1258 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1259 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1261 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1262 \c         fadd    to st1          ; so does this
1264 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1265 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1266 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1269 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1271 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1272 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1273 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1274 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO},
1275 \i\c{DY} and \i\c\{DZ}; their \i{uninitialized} counterparts
1276 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST},
1277 \i\c{RESO}, \i\c{RESY} and \i\c\{RESZ}; the \i\c{INCBIN} command, the
1278 \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES} prefix.
1281 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1283 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO}, \i\c{DY}
1284 and \i\c{DZ} are used, much as in MASM, to declare initialized data in
1285 the output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1286 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1288 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1289 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1290 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1291 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1292 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1293 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1294 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1295 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1296 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1297 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1298 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1299 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1300 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1302 \c{DT}, \c{DO}, \c{DY} and \c{DZ} do not accept \i{numeric constants}
1303 as operands.
1306 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1308 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST},
1309 \i\c{RESO}, \i\c{RESY} and \i\c\{RESZ} are designed to be used in the
1310 BSS section of a module: they declare \e{uninitialized} storage
1311 space. Each takes a single operand, which is the number of bytes,
1312 words, doublewords or whatever to reserve.  As stated in \k{qsother},
1313 NASM does not support the MASM/TASM syntax of reserving uninitialized
1314 space by writing \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it
1315 does instead. The operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a
1316 \i\e{critical expression}: see \k{crit}.
1318 For example:
1320 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1321 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1322 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1323 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1324 \c zmmvals:        resz    32              ; 32 ZMM registers 
1326 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1328 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1329 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1330 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1331 directly into a game executable file. It can be called in one of
1332 these three ways:
1334 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1335 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1336 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1337 \c                                    ; actually include at most 512
1339 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1340 macro version searches for the file in the include file search path
1341 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1342 overridden if desired.
1345 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1347 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1348 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1349 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1350 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1351 example,
1353 \c message         db      'hello, world'
1354 \c msglen          equ     $-message
1356 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1357 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1358 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1359 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1360 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1361 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1364 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1366 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1367 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1368 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1369 code
1371 \c zerobuf:        times 64 db 0
1373 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1374 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1375 \e{expression}, so you can do things like
1377 \c buffer: db      'hello, world'
1378 \c         times 64-$+buffer db ' '
1380 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1381 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1382 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1384 \c         times 100 movsb
1386 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1387 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1388 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1390 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1392 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1393 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1394 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1395 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1396 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1399 \H{effaddr} Effective Addresses
1401 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1402 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1403 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1404 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1405 example:
1407 \c wordvar dw      123
1408 \c         mov     ax,[wordvar]
1409 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1410 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1412 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1413 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1415 More complicated effective addresses, such as those involving more
1416 than one register, work in exactly the same way:
1418 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1419 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1421 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1422 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1423 all right:
1425 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1426 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1428 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1429 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1430 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1431 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1432 generate the latter on the grounds that the former requires four
1433 bytes to store a zero offset.
1435 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1436 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1437 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1438 default segment registers.
1440 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1441 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1442 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1443 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1444 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1445 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1446 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1447 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1448 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1449 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1450 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1452 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1453 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1454 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1455 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1456 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1457 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1458 the offset to be lost.
1460 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1461 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1462 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1463 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1464 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1465 \c{[eax*2+0]} to be generated literally. \c{[nosplit eax*1]} also has the
1466 same effect. In another way, a split EA form \c{[0, eax*2]} can be used, too.
1467 However, \c{NOSPLIT} in \c{[nosplit eax+eax]} will be ignored because user's
1468 intention here is considered as \c{[eax+eax]}.
1470 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1471 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1472 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1473 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1475 A new form of split effective addres syntax is also supported. This is
1476 mainly intended for mib operands as used by MPX instructions, but can
1477 be used for any memory reference. The basic concept of this form is
1478 splitting base and index.
1480 \c      mov eax,[ebx+8,ecx*4]   ; ebx=base, ecx=index, 4=scale, 8=disp
1482 For mib operands, there are several ways of writing effective address depending
1483 on the tools. NASM supports all currently possible ways of mib syntax:
1485 \c      ; bndstx
1486 \c      ; next 5 lines are parsed same
1487 \c      ; base=rax, index=rbx, scale=1, displacement=3
1488 \c      bndstx [rax+0x3,rbx], bnd0      ; NASM - split EA
1489 \c      bndstx [rbx*1+rax+0x3], bnd0    ; GAS - '*1' indecates an index reg
1490 \c      bndstx [rax+rbx+3], bnd0        ; GAS - without hints
1491 \c      bndstx [rax+0x3], bnd0, rbx     ; ICC-1
1492 \c      bndstx [rax+0x3], rbx, bnd0     ; ICC-2
1494 When broadcasting decorator is used, the opsize keyword should match
1495 the size of each element.
1497 \c      VDIVPS zmm4, zmm5, dword [rbx]{1to16}   ; single-precision float
1498 \c      VDIVPS zmm4, zmm5, zword [rbx]          ; packed 512 bit memory
1501 \H{const} \i{Constants}
1503 NASM understands four different types of constant: numeric,
1504 character, string and floating-point.
1507 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1509 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1510 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1511 suffix \c{H} or \c{X}, \c{D} or \c{T}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} or
1512 \c{Y} for \i{hexadecimal}, \i{decimal}, \i{octal} and \i{binary}
1513 respectively, or you can prefix \c{0x}, for hexadecimal in the style
1514 of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal in the style of Borland
1515 Pascal or Motorola Assemblers. Note, though, that the \I{$,
1516 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1517 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1518 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1519 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0d} or
1520 \c{0t} for decimal, \c{0o} or \c{0q} for octal, and \c{0b} or \c{0y}
1521 for binary.  Please note that unlike C, a \c{0} prefix by itself does
1522 \e{not} imply an octal constant!
1524 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1525 up long strings.
1527 Some examples (all producing exactly the same code):
1529 \c         mov     ax,200          ; decimal
1530 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1531 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1532 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1533 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1534 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1535 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1536 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1537 \c         mov     ax,310q         ; octal
1538 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1539 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1540 \c         mov     ax,0q310        ; octal yet again
1541 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1542 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1543 \c         mov     ax,1100_1000y   ; same binary constant once more
1544 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1545 \c         mov     ax,0y1100_1000  ; same binary constant yet again
1547 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1549 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1550 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1551 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1552 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1553 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1554 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1555 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1558 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1560 \c       \'          single quote (')
1561 \c       \"          double quote (")
1562 \c       \`          backquote (`)
1563 \c       \\\          backslash (\)
1564 \c       \?          question mark (?)
1565 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1566 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1567 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1568 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1569 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1570 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1571 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1572 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1573 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1574 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1575 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1576 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1578 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1579 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1580 sequence.
1582 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1583 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1585 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1586 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1587 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1590 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1592 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1593 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1595 A character constant with more than one byte will be arranged
1596 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1598 \c           mov eax,'abcd'
1600 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1601 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1602 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1603 the sense of character constants understood by the Pentium's
1604 \i\c{CPUID} instruction.
1607 \S{strconst} \i{String Constants}
1609 String constants are character strings used in the context of some
1610 pseudo-instructions, namely the
1611 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1612 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1613 certain preprocessor directives.
1615 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1616 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1617 for the conditions. So the following are equivalent:
1619 \c       db    'hello'               ; string constant
1620 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1622 And the following are also equivalent:
1624 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1625 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1626 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1628 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1629 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1630 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1631 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1632 or four-character constants are treated as strings when they are
1633 operands to \c{DW}, and so forth.
1635 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1637 The special operators \i\c{__utf16__}, \i\c{__utf16le__},
1638 \i\c{__utf16be__}, \i\c{__utf32__}, \i\c{__utf32le__} and
1639 \i\c{__utf32be__} allows definition of Unicode strings.  They take a
1640 string in UTF-8 format and converts it to UTF-16 or UTF-32,
1641 respectively.  Unless the \c{be} forms are specified, the output is
1642 littleendian.
1644 For example:
1646 \c %define u(x) __utf16__(x)
1647 \c %define w(x) __utf32__(x)
1649 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1650 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1652 The UTF operators can be applied either to strings passed to the
1653 \c{DB} family instructions, or to character constants in an expression
1654 context.
1656 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1658 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1659 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1660 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1661 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1662 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1663 \i\c{__float128h__}.
1665 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1666 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1667 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1668 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1669 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.
1671 NASM also support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x},
1672 hexadecimal digits, period, optionally more hexadeximal digits, then
1673 optionally a \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent
1674 in decimal notation.  As an extension, NASM additionally supports the
1675 \c{0h} and \c{$} prefixes for hexadecimal, as well binary and octal
1676 floating-point, using the \c{0b} or \c{0y} and \c{0o} or \c{0q}
1677 prefixes, respectively.
1679 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1680 floating-point constants as well.
1682 Some examples:
1684 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1685 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1686 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1687 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1688 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1689 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1690 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1691 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1692 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1693 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1694 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1696 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1697 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1698 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1699 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1700 called a "\i{minifloat}."
1702 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1703 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1704 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1705 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1706 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1707 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1708 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1709 floating-point number, respectively.
1711 For example:
1713 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1715 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1716 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1718 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1720 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1721 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1722 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1723 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1724 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1725 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1726 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1727 of floating-point routines, which would significantly increase the
1728 size of the assembler for very little benefit.
1730 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1731 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1732 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1733 respectively.  These are normally used as macros:
1735 \c %define Inf __Infinity__
1736 \c %define NaN __QNaN__
1738 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1740 The \c{%use fp} standard macro package contains a set of convenience
1741 macros.  See \k{pkg_fp}.
1743 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1745 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1746 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1747 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1749 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1750 digits.
1752 For example:
1754 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1755 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1756 \c       dt +0p33
1757 \c       dt 33p
1760 \H{expr} \i{Expressions}
1762 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1763 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1764 appropriate size.
1766 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1767 calculations to involve the current assembly position: the
1768 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1769 position at the beginning of the line containing the expression; so
1770 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1771 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1772 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1774 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1775 increasing order of \i{precedence}.
1778 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1780 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1781 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1782 arithmetic operator supported by NASM.
1785 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1787 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1790 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1792 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1795 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1797 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1798 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1799 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1800 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1801 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1804 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1805 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1807 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1808 subtraction.
1811 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1812 \i{Multiplication} and \i{Division}
1814 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1815 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1816 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1817 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1818 \i{signed modulo} operators respectively.
1820 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1821 operation of the signed modulo operator.
1823 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1824 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1825 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1828 \S{expmul} \i{Unary Operators}
1830 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are those
1831 which only apply to one argument.  These are \I{+ opunary}\c{+}, \I{-
1832 opunary}\c{-}, \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!}, \i\c{SEG}, and the
1833 \i{integer functions} operators.
1835 \c{-} negates its operand, \c{+} does nothing (it's provided for
1836 symmetry with \c{-}), \c{~} computes the \i{one's complement} of its
1837 operand, \c{!} is the \i{logical negation} operator.
1839 \c{SEG} provides the \i{segment address}
1840 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1842 A set of additional operators with leading and trailing double
1843 underscores are used to implement the integer functions of the
1844 \c{ifunc} macro package, see \k{pkg_ifunc}.
1847 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1849 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1850 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1851 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1852 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1854 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1855 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1856 the symbol makes sense. So the code
1858 \c         mov     ax,seg symbol
1859 \c         mov     es,ax
1860 \c         mov     bx,symbol
1862 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1864 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1865 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1866 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1867 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1868 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1870 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1871 \c         mov     es,ax
1872 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1874 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1875 pointer to the symbol \c{symbol}.
1877 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1878 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1879 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1880 could code either of
1882 \c         call    (seg procedure):procedure
1883 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1885 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1886 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1887 practice.)
1889 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1890 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1891 to \c{CALL} in these examples.
1893 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1894 must code
1896 \c         dw      symbol, seg symbol
1898 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1899 invent one using the macro processor.
1902 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1904 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1905 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1906 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD}, \c{YWORD} or \c{ZWORD}),
1907 but will give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT}
1908 can be used to inhibit optimization and force a particular operand to
1909 be emitted in the specified size. For example, with the optimizer on,
1910 and in \c{BITS 16} mode,
1912 \c         push dword 33
1914 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1916 \c         push strict dword 33
1918 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1919 21 00 00 00}.
1921 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1922 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1925 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1927 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1928 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1929 called \e{Critical Expressions}.
1931 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1932 code and data, so that the second pass, when generating all the
1933 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1934 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1935 symbol declared after the code in question. For example,
1937 \c         times (label-$) db 0
1938 \c label:  db      'Where am I?'
1940 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1941 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1942 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1943 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1944 code
1946 \c         times (label-$+1) db 0
1947 \c label:  db      'NOW where am I?'
1949 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1950 wrong!
1952 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1953 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1954 value is required to be computable in the first pass, and which must
1955 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1956 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1958 \H{locallab} \i{Local Labels}
1960 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1961 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1962 label, which means that it is associated with the previous non-local
1963 label. So, for example:
1965 \c label1  ; some code
1967 \c .loop
1968 \c         ; some more code
1970 \c         jne     .loop
1971 \c         ret
1973 \c label2  ; some code
1975 \c .loop
1976 \c         ; some more code
1978 \c         jne     .loop
1979 \c         ret
1981 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1982 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1983 are kept separate by virtue of each being associated with the
1984 previous non-local label.
1986 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1987 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1988 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1989 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1990 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1991 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1992 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1993 to, you could write
1995 \c label3  ; some more code
1996 \c         ; and some more
1998 \c         jmp label1.loop
2000 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
2001 define a label which can be referenced from anywhere but which
2002 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
2003 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
2004 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
2005 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
2006 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
2007 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
2008 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
2009 to the local label mechanism. So you could code
2011 \c label1:                         ; a non-local label
2012 \c .local:                         ; this is really label1.local
2013 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
2014 \c label2:                         ; another non-local label
2015 \c .local:                         ; this is really label2.local
2017 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
2019 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
2020 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
2021 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}),
2022 \c{..imagebase} is used to find out the offset from a base address
2023 of the current image in the \c{win64} output format (see \k{win64pic}).
2024 So just keep in mind that symbols beginning with a double period are
2025 special.
2028 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
2030 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
2031 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
2032 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
2033 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
2034 sign.
2036 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
2037 character into a single line.  Thus:
2039 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
2040 \c         THIS_VALUE
2042 will work like a single-line macro without the backslash-newline
2043 sequence.
2045 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
2047 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
2049 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
2050 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
2051 things like
2053 \c %define ctrl    0x1F &
2054 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
2056 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
2058 which will expand to
2060 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
2062 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
2063 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
2064 not at definition time. Thus the code
2066 \c %define a(x)    1+b(x)
2067 \c %define b(x)    2*x
2069 \c         mov     ax,a(8)
2071 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2072 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2074 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2075 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2076 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2077 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2078 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2079 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2080 \c{bar}.
2082 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2083 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2084 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2085 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2086 Hence, if you code
2088 \c %define a(x)    1+a(x)
2090 \c         mov     ax,a(3)
2092 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2093 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2094 for an example of its use.
2096 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2097 macros: if you write
2099 \c %define foo(x)   1+x
2100 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2102 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2103 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2104 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2105 you define
2107 \c %define foo bar
2109 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2110 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2111 \e{with} parameters, and vice versa.
2113 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2114 perfectly well define a macro with
2116 \c %define foo bar
2118 and then re-define it later in the same source file with
2120 \c %define foo baz
2122 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2123 according to the most recent definition. This is particularly useful
2124 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2126 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2127 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2130 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2132 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2133 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2134 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2135 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2136 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2138 Suppose you have the following code:
2140 \c %define  isTrue  1
2141 \c %define  isFalse isTrue
2142 \c %define  isTrue  0
2144 \c val1:    db      isFalse
2146 \c %define  isTrue  1
2148 \c val2:    db      isFalse
2150 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2151 This is because, when a single-line macro is defined using
2152 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2153 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2154 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2155 time it is 1.
2157 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2158 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2159 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2161 \c %xdefine isTrue  1
2162 \c %xdefine isFalse isTrue
2163 \c %xdefine isTrue  0
2165 \c val1:    db      isFalse
2167 \c %xdefine isTrue  1
2169 \c val2:    db      isFalse
2171 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2172 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2173 the time that \c{isFalse} was defined.
2176 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2178 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2179 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2180 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2181 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2183 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2185 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2186 select between them.  Similarly, the two statements:
2188 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2189 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2191 have, in fact, exactly the same effect.
2193 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2194 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2197 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2199 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2200 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2201 several similar macros that perform similar functions.
2203 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2204 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2206 As an example, consider the following:
2208 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2210 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2211 \c         .COM1addr       RESW    1
2212 \c         .COM2addr       RESW    1
2213 \c         ; ..and so on
2214 \c endstruc
2216 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2217 we can end up with:
2219 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2220 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2222 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2223 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2225 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2227 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2229 Now the above code can be written as:
2231 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2232 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2234 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2235 in turn, reduce typing errors).
2238 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2240 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2241 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2242 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2243 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2244 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2245 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2247 For example:
2249 \c %idefine Foo mov %?,%??
2251 \c         foo
2252 \c         FOO
2254 will expand to:
2256 \c         mov foo,Foo
2257 \c         mov FOO,Foo
2259 The sequence:
2261 \c %idefine keyword $%?
2263 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2264 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2266 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2269 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2271 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2272 example, the following sequence:
2274 \c %define foo bar
2275 \c %undef  foo
2277 \c         mov     eax, foo
2279 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2280 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2282 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2283 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2284 \k{opt-u}.
2287 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2289 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2290 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2291 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2292 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2294 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2295 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2296 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2297 \c{%assign} directive is processed.
2299 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2300 later, so you can do things like
2302 \c %assign i i+1
2304 to increment the numeric value of a macro.
2306 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2307 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2308 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2310 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2311 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2312 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2313 involving a register).
2316 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2318 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2319 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2320 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2321 before definition.
2323 For example:
2325 \c %defstr test TEST
2327 is equivalent to
2329 \c %define test 'TEST'
2331 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2332 \k{getenv}):
2334 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2337 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2339 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2340 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2341 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2343 For example:
2345 \c %deftok test 'TEST'
2347 is equivalent to
2349 \c %define test TEST
2352 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2354 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2355 supports a few simple string handling macro operators from which
2356 more complex operations can be constructed.
2358 All the string operators define or redefine a value (either a string
2359 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2360 value, it may change the style of quoting of the input string or
2361 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2363 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2365 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2366 a single-line macro.
2368 For example:
2370 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2372 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2373 Similarly:
2375 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2377 ... would assign the value \c{`"foo"\\\\'bar'`} to \c{beta}.
2379 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2382 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2384 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2385 For example:
2387 \c %strlen charcnt 'my string'
2389 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2390 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2391 was a literal string but it could also have been a single-line
2392 macro that expands to a string, as in the following example:
2394 \c %define sometext 'my string'
2395 \c %strlen charcnt sometext
2397 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2398 assigned the value of 9.
2401 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2403 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2404 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2405 than the description:
2407 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2408 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2409 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2410 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2411 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2412 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2414 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2415 single-line macro to be created and the second is the string. The
2416 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2417 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2418 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2419 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2420 values out of range result in an empty string.  A negative length
2421 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2422 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2425 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2427 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2428 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2429 this.
2431 \c %macro  prologue 1
2433 \c         push    ebp
2434 \c         mov     ebp,esp
2435 \c         sub     esp,%1
2437 \c %endmacro
2439 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2440 invoke the macro with a call such as
2442 \c myfunc:   prologue 12
2444 which would expand to the three lines of code
2446 \c myfunc: push    ebp
2447 \c         mov     ebp,esp
2448 \c         sub     esp,12
2450 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2451 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2452 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2453 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2454 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2455 \c{%3} and so on.
2457 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2458 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2460 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2461 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2462 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2463 things like
2465 \c %macro  silly 2
2467 \c     %2: db      %1
2469 \c %endmacro
2471 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2472 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2473 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2476 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2478 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2479 defining the same macro name several times with different numbers of
2480 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2481 parameters at all. So you could define
2483 \c %macro  prologue 0
2485 \c         push    ebp
2486 \c         mov     ebp,esp
2488 \c %endmacro
2490 to define an alternative form of the function prologue which
2491 allocates no local stack space.
2493 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2494 instruction; for example, you might want to define
2496 \c %macro  push 2
2498 \c         push    %1
2499 \c         push    %2
2501 \c %endmacro
2503 so that you could code
2505 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2506 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2508 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2509 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2510 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2511 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2512 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2513 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2516 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2518 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2519 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2520 calling the same macro multiple times will use a different label
2521 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2522 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2523 flag is set by doing this:
2525 \c %macro  retz 0
2527 \c         jnz     %%skip
2528 \c         ret
2529 \c     %%skip:
2531 \c %endmacro
2533 You can call this macro as many times as you want, and every time
2534 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2535 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2536 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2537 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2538 interfering with the local label mechanism, as described in
2539 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2540 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2541 they interfere with macro-local labels.
2544 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2546 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2547 command line into one parameter definition, possibly after
2548 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2549 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2550 you might want to be able to write
2552 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2554 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2555 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2556 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2557 the last defined one along with the separating commas. So if you
2558 code:
2560 \c %macro  writefile 2+
2562 \c         jmp     %%endstr
2563 \c   %%str:        db      %2
2564 \c   %%endstr:
2565 \c         mov     dx,%%str
2566 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2567 \c         mov     bx,%1
2568 \c         mov     ah,0x40
2569 \c         int     0x21
2571 \c %endmacro
2573 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2574 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2575 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2576 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2577 \c{db}.
2579 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2580 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2581 \c{%macro} line.
2583 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2584 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2585 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2586 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2587 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2588 into account when overloading macros, and will not allow you to
2589 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2590 example).
2592 Of course, the above macro could have been implemented as a
2593 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2594 look like
2596 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2598 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2599 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2600 definition.
2602 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2604 \S{mlmacrange} \i{Macro Parameters Range}
2606 NASM allows you to expand parameters via special construction \c{%\{x:y\}}
2607 where \c{x} is the first parameter index and \c{y} is the last. Any index can
2608 be either negative or positive but must never be zero.
2610 For example
2612 \c %macro mpar 1-*
2613 \c      db %{3:5}
2614 \c %endmacro
2616 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2618 expands to \c{3,4,5} range.
2620 Even more, the parameters can be reversed so that
2622 \c %macro mpar 1-*
2623 \c      db %{5:3}
2624 \c %endmacro
2626 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2628 expands to \c{5,4,3} range.
2630 But even this is not the last. The parameters can be addressed via negative
2631 indices so NASM will count them reversed. The ones who know Python may see
2632 the analogue here.
2634 \c %macro mpar 1-*
2635 \c      db %{-1:-3}
2636 \c %endmacro
2638 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2640 expands to \c{6,5,4} range.
2642 Note that NASM uses \i{comma} to separate parameters being expanded.
2644 By the way, here is a trick - you might use the index \c{%{-1:-1}}
2645 which gives you the \i{last} argument passed to a macro.
2647 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2649 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2650 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2651 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2653 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2655 \c         writefile 2,%1
2656 \c         mov     ax,0x4c01
2657 \c         int     0x21
2659 \c %endmacro
2661 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2662 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2663 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2664 called with no parameters, in which case it will use the default
2665 error message supplied in the macro definition.
2667 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2668 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2669 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2670 optional ones. So if a macro definition began with the line
2672 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2674 then it could be called with between one and three parameters, and
2675 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2676 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2677 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2679 You can provide extra information to a macro by providing
2680 too many default parameters:
2682 \c %macro quux 1 something
2684 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2685 more information.
2686 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2687 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2688 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2689 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2690 when the macro is defined, not when it is expanded.
2692 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2693 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2694 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2695 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2696 parameters were really passed to the macro call.
2698 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2699 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2700 and more useful, by changing the first line of the definition to
2702 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2704 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2705 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2706 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2709 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2711 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2712 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2713 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2714 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2715 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2716 Examples are given in \k{rotate}.
2719 \S{percent00} \i\c{%00}: \I{label preceeding macro}Label Preceeding Macro
2721 \c{%00} will return the label preceeding the macro invocation, if any. The
2722 label must be on the same line as the macro invocation, may be a local label
2723 (see \k{locallab}), and need not end in a colon.
2726 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2728 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2729 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2730 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2731 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2732 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2733 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2735 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2736 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2737 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2738 argument list reappear on the right, and vice versa.
2740 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2741 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2742 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2743 parameters are rotated to the right.
2745 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2746 restore a set of registers might work as follows:
2748 \c %macro  multipush 1-*
2750 \c   %rep  %0
2751 \c         push    %1
2752 \c   %rotate 1
2753 \c   %endrep
2755 \c %endmacro
2757 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2758 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2759 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2760 one place to the left, so that the original second argument is now
2761 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2762 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2763 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2765 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2766 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2767 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2769 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2770 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2771 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2772 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2773 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2774 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2775 order from the one in which they were pushed.
2777 This can be done by the following definition:
2779 \c %macro  multipop 1-*
2781 \c   %rep %0
2782 \c   %rotate -1
2783 \c         pop     %1
2784 \c   %endrep
2786 \c %endmacro
2788 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2789 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2790 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2791 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2792 iterated through in reverse order.
2795 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2797 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2798 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2799 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2800 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2801 table, you could code something like
2803 \c %macro keytab_entry 2
2805 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2806 \c                 db      %2
2808 \c %endmacro
2810 \c keytab:
2811 \c           keytab_entry F1,128+1
2812 \c           keytab_entry F2,128+2
2813 \c           keytab_entry Return,13
2815 which would expand to
2817 \c keytab:
2818 \c keyposF1        equ     $-keytab
2819 \c                 db     128+1
2820 \c keyposF2        equ     $-keytab
2821 \c                 db      128+2
2822 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2823 \c                 db      13
2825 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2826 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2828 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2829 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2830 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2831 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2832 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2833 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2834 (literal text to be concatenated to the parameter).
2836 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2837 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2838 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2839 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2840 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2841 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2842 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2843 real names of macro-local labels means that the two usages
2844 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2845 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2847 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2848 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2849 purpose of concatenation.
2851 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2854 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2856 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2857 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2858 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2859 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2860 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2861 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2862 condition code.
2864 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2865 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2866 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2867 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2869 \c %macro  retc 1
2871 \c         j%-1    %%skip
2872 \c         ret
2873 \c   %%skip:
2875 \c %endmacro
2877 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2878 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2879 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2880 \c{JPE}.
2882 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2883 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2884 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2885 because no inverse condition code exists.
2888 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2890 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2891 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2892 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2893 see which instructions in the macro expansion are generating what
2894 code; however, for some macros this clutters the listing up
2895 unnecessarily.
2897 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2898 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2899 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2900 the number of parameters, like this:
2902 \c %macro foo 1.nolist
2904 Or like this:
2906 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2908 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2910 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2911 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2912 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2913 that argument specification.
2915 For example:
2917 \c %macro foo 1-3
2918 \c         ; Do something
2919 \c %endmacro
2920 \c %unmacro foo 1-3
2922 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2924 \c %macro bar 1-3
2925 \c         ; Do something
2926 \c %endmacro
2927 \c %unmacro bar 1
2929 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2930 specification does not match exactly.
2933 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2935 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2936 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2937 syntax of this feature looks like this:
2939 \c %if<condition>
2940 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2941 \c %elif<condition2>
2942 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2943 \c %else
2944 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2945 \c %endif
2947 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2949 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2950 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2952 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2953 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2954 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2955 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2957 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2958 single-line macro existence}
2960 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2961 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2962 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2963 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2965 For example, when debugging a program, you might want to write code
2966 such as
2968 \c           ; perform some function
2969 \c %ifdef DEBUG
2970 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2971 \c %endif
2972 \c           ; go and do something else
2974 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2975 version of the program which produced debugging messages, and remove
2976 the option to generate the final release version of the program.
2978 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2979 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2980 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2981 \i\c{%elifndef}.
2984 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2985 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2987 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2988 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2990 For example, you may be working with a large project and not have control
2991 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2992 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2993 does exist.
2995 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2996 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2998 \c %ifmacro MyMacro 1-3
3000 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
3002 \c %else
3004 \c      %macro MyMacro 1-3
3006 \c              ; insert code to define the macro
3008 \c      %endmacro
3010 \c %endif
3012 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
3013 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
3014 conflict.
3016 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
3017 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
3018 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
3021 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
3022 stack}
3024 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
3025 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
3026 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
3027 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
3028 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
3030 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
3031 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
3034 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
3035 arbitrary numeric expressions}
3037 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
3038 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
3039 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
3040 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
3041 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
3043 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
3044 a critical expression (see \k{crit}).
3046 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
3047 set of \i{relational operators} which are not normally available in
3048 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
3049 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
3050 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
3051 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
3052 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
3053 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
3054 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
3055 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
3056 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
3057 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
3058 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
3059 for true and 0 for false.
3061 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
3062 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
3064 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
3065 Identity\I{testing, exact text identity}
3067 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
3068 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
3069 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
3070 Differences in white space are not counted.
3072 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
3074 For example, the following macro pushes a register or number on the
3075 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
3077 \c %macro  pushparam 1
3079 \c   %ifidni %1,ip
3080 \c         call    %%label
3081 \c   %%label:
3082 \c   %else
3083 \c         push    %1
3084 \c   %endif
3086 \c %endmacro
3088 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
3089 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
3090 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
3091 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
3093 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
3094 Types\I{testing, token types}
3096 Some macros will want to perform different tasks depending on
3097 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
3098 example, a string output macro might want to be able to cope with
3099 being passed either a string constant or a pointer to an existing
3100 string.
3102 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
3103 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
3104 the first token in the parameter exists and is an identifier.
3105 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3106 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3108 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3109 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3111 \c %macro writefile 2-3+
3113 \c   %ifstr %2
3114 \c         jmp     %%endstr
3115 \c     %if %0 = 3
3116 \c       %%str:    db      %2,%3
3117 \c     %else
3118 \c       %%str:    db      %2
3119 \c     %endif
3120 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3121 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3122 \c   %else
3123 \c                 mov     dx,%2
3124 \c                 mov     cx,%3
3125 \c   %endif
3126 \c                 mov     bx,%1
3127 \c                 mov     ah,0x40
3128 \c                 int     0x21
3130 \c %endmacro
3132 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3133 the following two ways:
3135 \c         writefile [file], strpointer, length
3136 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3138 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3139 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3140 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3141 it itself and works out the address and length for itself.
3143 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3144 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3145 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3146 which case, all but the first two would be lumped together into
3147 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3149 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3150 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3151 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3152 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3154 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3156 Some macros will want to do different things depending on if it is
3157 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3158 versus a multi-token sequence.
3160 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3161 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3162 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3164 For example:
3166 \c %iftoken 1
3168 will assemble the subsequent code, but
3170 \c %iftoken -1
3172 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3173 \c{-}, and the number \c{1}.
3175 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3176 variants are also provided.
3178 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3180 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3181 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3182 any tokens at all, whitespace excepted.
3184 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3185 variants are also provided.
3187 \S{ifenv} \i\c{%ifenv}: Test If Environment Variable Exists
3189 The conditional assembly construct \c{%ifenv} assembles the
3190 subsequent code if and only if the environment variable referenced by
3191 the \c{%!<env>} directive exists.
3193 The usual \i\c{%elifenv}, \i\c\{%ifnenv}, and \i\c{%elifnenv}
3194 variants are also provided.
3196 Just as for \c{%!<env>} the argument should be written as a string if
3197 it contains characters that would not be legal in an identifier.  See
3198 \k{getenv}.
3200 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3202 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3203 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3204 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3205 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3207 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3208 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3209 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3210 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3212 \c %assign i 0
3213 \c %rep    64
3214 \c         inc     word [table+2*i]
3215 \c %assign i i+1
3216 \c %endrep
3218 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3219 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3220 \c{[table+126]}.
3222 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3223 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3224 terminate the loop, like this:
3226 \c fibonacci:
3227 \c %assign i 0
3228 \c %assign j 1
3229 \c %rep 100
3230 \c %if j > 65535
3231 \c     %exitrep
3232 \c %endif
3233 \c         dw j
3234 \c %assign k j+i
3235 \c %assign i j
3236 \c %assign j k
3237 \c %endrep
3239 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3241 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3242 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3243 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3244 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3245 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3246 be gradually used up and other applications to start crashing.
3248 Note a maximum repeat count is limited by 62 bit number, though it
3249 is hardly possible that you ever need anything bigger.
3252 \H{files} Source Files and Dependencies
3254 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3256 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3258 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3259 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3260 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3262 \c %include "macros.mac"
3264 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3265 file containing the \c{%include} directive.
3267 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3268 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3269 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3270 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3271 line using the \c{-i} option.
3273 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3274 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3275 the form
3277 \c %ifndef MACROS_MAC
3278 \c     %define MACROS_MAC
3279 \c     ; now define some macros
3280 \c %endif
3282 then including the file more than once will not cause errors,
3283 because the second time the file is included nothing will happen
3284 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3286 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3287 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3288 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3291 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3293 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3294 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3295 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3296 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3298 For example,
3300 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3302 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3303 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3306 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3308 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3309 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3310 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3312 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3313 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3314 \c{INCBIN} directive looks like:
3316 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3317 \c %pathsearch dep %1
3318 \c %depend dep
3319 \c         incbin dep,%2
3320 \c %endmacro
3322 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3323 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3324 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3327 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3329 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3330 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3331 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3332 described in \k{macropkg}.
3334 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3335 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3336 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3337 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3339 \c %use altreg
3340 \c %use 'altreg'
3342 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3343 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3344 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3346 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3348 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3349 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3350 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3351 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3352 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3353 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3354 able to nest these loops.
3356 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3357 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3358 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3359 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3360 define labels that are local to a particular context on the stack.
3363 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3364 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3366 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3367 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3368 which is the name of the context. For example:
3370 \c %push    foobar
3372 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3373 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3374 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3375 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3376 single macro definition.)
3378 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3379 context from the context stack and destroys it, along with any
3380 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3381 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3384 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3386 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3387 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3388 is used to define a label which is local to the context on the top
3389 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3390 above could be implemented by means of:
3392 \c %macro repeat 0
3394 \c     %push   repeat
3395 \c     %$begin:
3397 \c %endmacro
3399 \c %macro until 1
3401 \c         j%-1    %$begin
3402 \c     %pop
3404 \c %endmacro
3406 and invoked by means of, for example,
3408 \c         mov     cx,string
3409 \c         repeat
3410 \c         add     cx,3
3411 \c         scasb
3412 \c         until   e
3414 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3415 in \c{AL}.
3417 If you need to define, or access, labels local to the context
3418 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3419 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3422 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3424 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3425 a particular context, in just the same way:
3427 \c %define %$localmac 3
3429 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3430 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3431 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3434 \S{ctxfallthrough} \i{Context Fall-Through Lookup}
3436 Context fall-through lookup (automatic searching of outer contexts)
3437 is a feature that was added in NASM version 0.98.03. Unfortunately,
3438 this feature is unintuitive and can result in buggy code that would
3439 have otherwise been prevented by NASM's error reporting. As a result,
3440 this feature has been \e{deprecated}. NASM version 2.09 will issue a
3441 warning when usage of this \e{deprecated} feature is detected. Starting
3442 with NASM version 2.10, usage of this \e{deprecated} feature will simply
3443 result in an \e{expression syntax error}.
3445 An example usage of this \e{deprecated} feature follows:
3447 \c %macro ctxthru 0
3448 \c %push ctx1
3449 \c     %assign %$external 1
3450 \c         %push ctx2
3451 \c             %assign %$internal 1
3452 \c             mov eax, %$external
3453 \c             mov eax, %$internal
3454 \c         %pop
3455 \c %pop
3456 \c %endmacro
3458 As demonstrated, \c{%$external} is being defined in the \c{ctx1}
3459 context and referenced within the \c{ctx2} context. With context
3460 fall-through lookup, referencing an undefined context-local macro
3461 like this implicitly searches through all outer contexts until a match
3462 is made or isn't found in any context. As a result, \c{%$external}
3463 referenced within the \c{ctx2} context would implicitly use \c{%$external}
3464 as defined in \c{ctx1}. Most people would expect NASM to issue an error in
3465 this situation because \c{%$external} was never defined within \c{ctx2} and also
3466 isn't qualified with the proper context depth, \c{%$$external}.
3468 Here is a revision of the above example with proper context depth:
3470 \c %macro ctxthru 0
3471 \c %push ctx1
3472 \c     %assign %$external 1
3473 \c         %push ctx2
3474 \c             %assign %$internal 1
3475 \c             mov eax, %$$external
3476 \c             mov eax, %$internal
3477 \c         %pop
3478 \c %pop
3479 \c %endmacro
3481 As demonstrated, \c{%$external} is still being defined in the \c{ctx1}
3482 context and referenced within the \c{ctx2} context. However, the
3483 reference to \c{%$external} within \c{ctx2} has been fully qualified with
3484 the proper context depth, \c{%$$external}, and thus is no longer ambiguous,
3485 unintuitive or erroneous.
3488 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3490 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3491 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3492 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3493 have the side effect of destroying all context-local labels and
3494 macros associated with the context that was just popped.
3496 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3497 with a different name, without touching the associated macros and
3498 labels. So you could replace the destructive code
3500 \c %pop
3501 \c %push   newname
3503 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3506 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3508 This example makes use of almost all the context-stack features,
3509 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3510 implement a block IF statement as a set of macros.
3512 \c %macro if 1
3514 \c     %push if
3515 \c     j%-1  %$ifnot
3517 \c %endmacro
3519 \c %macro else 0
3521 \c   %ifctx if
3522 \c         %repl   else
3523 \c         jmp     %$ifend
3524 \c         %$ifnot:
3525 \c   %else
3526 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3527 \c   %endif
3529 \c %endmacro
3531 \c %macro endif 0
3533 \c   %ifctx if
3534 \c         %$ifnot:
3535 \c         %pop
3536 \c   %elifctx      else
3537 \c         %$ifend:
3538 \c         %pop
3539 \c   %else
3540 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3541 \c   %endif
3543 \c %endmacro
3545 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3546 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3547 that the macros are issued in the right order (for example, not
3548 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3549 not.
3551 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3552 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3553 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3554 to do different things depending on whether the context on top of
3555 the stack is \c{if} or \c{else}.
3557 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3558 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3559 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3560 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3561 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3563 A sample usage of these macros might look like:
3565 \c         cmp     ax,bx
3567 \c         if ae
3568 \c                cmp     bx,cx
3570 \c                if ae
3571 \c                        mov     ax,cx
3572 \c                else
3573 \c                        mov     ax,bx
3574 \c                endif
3576 \c         else
3577 \c                cmp     ax,cx
3579 \c                if ae
3580 \c                        mov     ax,cx
3581 \c                endif
3583 \c         endif
3585 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3586 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3587 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3588 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3591 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3593 The following preprocessor directives provide a way to use
3594 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3596 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3598 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3600 \b\c{%local}  (see \k{local})
3603 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3605 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3606 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3607 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3609 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3610 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3611 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3612 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3614 \c some_function:
3616 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3617 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3618 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3620 \c         mov     ax,[i]
3621 \c         mov     bx,[j_ptr]
3622 \c         add     ax,[bx]
3623 \c         ret
3625 \c     %pop                       ; restore original context
3627 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3628 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3629 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3630 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3633 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3635 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3636 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3637 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3638 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3639 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3641 \c %stacksize flat
3643 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3644 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3645 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3647 \c %stacksize flat64
3649 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3650 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3651 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3653 \c %stacksize large
3655 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3656 assumes that a far form of call was used to get to this address
3657 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3659 \c %stacksize small
3661 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3662 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3663 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3664 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3665 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3666 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3667 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3668 (see \k{local}).
3671 \S{local} \i\c{%local} Directive
3673 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3674 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3675 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3676 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3677 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3678 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3679 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3680 instruction.
3681 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3682 An example of its use is the following:
3684 \c silly_swap:
3686 \c     %push mycontext             ; save the current context
3687 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3688 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3689 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3691 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3692 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3693 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3694 \c         mov     ax,bx
3695 \c         mov     dx,cx
3696 \c         mov     bx,[old_ax]
3697 \c         mov     cx,[old_dx]
3698 \c         leave                   ; restore old bp
3699 \c         ret                     ;
3701 \c     %pop                        ; restore original context
3703 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3704 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3705 current context before the \c{%local} directive may be used.
3706 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3707 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3708 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3709 as shown in the example.
3712 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3714 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3715 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3716 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3717 right macros by means of code like this:
3719 \c %ifdef F1
3720 \c     ; do some setup
3721 \c %elifdef F2
3722 \c     ; do some different setup
3723 \c %else
3724 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3725 \c %endif
3727 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3728 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3729 having to wait until the program crashes on being run and then not
3730 knowing what went wrong.
3732 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3734 \c %ifdef F1
3735 \c     ; do some setup
3736 \c %elifdef F2
3737 \c     ; do some different setup
3738 \c %else
3739 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3740 \c     %define F1
3741 \c %endif
3743 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3744 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3745 depend on symbol values.
3747 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3748 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3749 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3750 messages.
3752 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3753 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3754 are expanded in it, which can be used to display more information to
3755 the user.  For example:
3757 \c %if foo > 64
3758 \c     %assign foo_over foo-64
3759 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3760 \c %endif
3763 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3765 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3766 information from external sources. Currently they include:
3768 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3769 preprocessor (see \k{line}).
3771 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3772 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3774 \S{line} \i\c{%line} Directive
3776 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3777 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3778 this other file would be an original source file, with the current
3779 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3780 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3781 number of the original source file, instead of the file that is being
3782 read by NASM.
3784 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3785 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3786 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3788 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3790 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3791 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3792 which specifies a line increment value; each line of the input file
3793 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3794 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3795 specifies the file name of the original source file.
3797 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3798 all file name and line numbers relative to the values specified
3799 therein.
3802 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3804 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3805 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3806 to store the contents of an environment variable into a string, which
3807 could be used at some other point in your code.
3809 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3810 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3811 could do that as follows:
3813 \c %defstr FOO          %!FOO
3815 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3817 If the name of the environment variable contains non-identifier
3818 characters, you can use string quotes to surround the name of the
3819 variable, for example:
3821 \c %defstr C_colon      %!'C:'
3824 \H{comment} Comment Blocks: \i\c{%comment}
3826 The \c{%comment} and \c{%endcomment} directives are used to specify
3827 a block of commented (i.e. unprocessed) code/text. Everything between
3828 \c{%comment} and \c{%endcomment} will be ignored by the preprocessor.
3830 \c %comment
3831 \c     ; some code, text or data to be ignored
3832 \c %endcomment
3835 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3837 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3838 when it starts to process any source file. If you really need a
3839 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3840 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3841 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3843 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3844 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3845 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3846 described here.
3849 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3851 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3852 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3853 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3854 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3855 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3856 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3857 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3859 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3860 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3863 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3865 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3866 representing the full version number of the version of nasm being used.
3867 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3868 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3869 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3870 would be equivalent to:
3872 \c         dd      0x00622001
3876 \c         db      1,32,98,0
3878 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3879 line is used just to give an indication of the order that the separate
3880 values will be present in memory.
3883 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3885 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3886 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3888 \c         db      __NASM_VER__
3890 would expand to
3892 \c         db      "0.98.32"
3895 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3897 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3898 name and line number containing the current instruction. The macro
3899 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3900 current input file (which may change through the course of assembly
3901 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3902 numeric constant giving the current line number in the input file.
3904 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3905 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3906 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3907 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3908 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3909 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3910 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3911 here'. You could then write a macro
3913 \c %macro  notdeadyet 0
3915 \c         push    eax
3916 \c         mov     eax,__LINE__
3917 \c         call    stillhere
3918 \c         pop     eax
3920 \c %endmacro
3922 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3923 find the crash point.
3926 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3928 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3929 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3930 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3931 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3932 mode-dependent macros.
3934 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3936 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3937 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3938 list.
3940 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3941 \c  %define NEWLINE 13, 10
3942 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3943 \c  %define NEWLINE 10
3944 \c %endif
3947 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3949 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3950 assembly session.
3952 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3953 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3954 respectively.)
3956 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3957 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3958 \c{HHMMSS} respectively.
3960 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3961 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3962 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3963 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3965 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3966 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3967 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3968 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3969 undefined.
3971 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3972 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3973 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3974 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3975 local time as if it was UTC.
3977 All instances of time and date macros in the same assembly session
3978 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3979 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3980 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3981 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3982 clock:
3984 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3985 \c       __TIME__             "00:00:42"
3986 \c       __DATE_NUM__         20100101
3987 \c       __TIME_NUM__         000042
3988 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3989 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3990 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3991 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3992 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3995 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3996 Include Test
3998 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3999 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
4000 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
4001 testing if a particular package is invoked or not.
4003 For example, if the \c{altreg} package is included (see
4004 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
4007 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
4009 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
4010 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
4011 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
4012 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
4014 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
4015 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
4016 change in future versions of NASM.}
4019 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
4021 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
4022 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
4023 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
4024 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
4026 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
4027 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
4028 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
4029 the value of the base offset, and the name of the data type with the
4030 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
4031 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
4032 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
4033 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
4034 the definition.
4036 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
4037 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
4039 \c struc   mytype
4041 \c   mt_long:      resd    1
4042 \c   mt_word:      resw    1
4043 \c   mt_byte:      resb    1
4044 \c   mt_str:       resb    32
4046 \c endstruc
4048 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
4049 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
4050 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
4051 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
4053 The reason why the structure type name is defined at zero by default
4054 is a side effect of allowing structures to work with the local label
4055 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
4056 more than one structure, you can define the above structure like this:
4058 \c struc mytype
4060 \c   .long:        resd    1
4061 \c   .word:        resw    1
4062 \c   .byte:        resb    1
4063 \c   .str:         resb    32
4065 \c endstruc
4067 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
4068 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
4070 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
4071 support any form of period notation to refer to the elements of a
4072 structure once you have one (except the above local-label notation),
4073 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
4074 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
4075 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
4076 ax,[mystruc+mytype.word]}.
4078 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
4079 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
4081 \c push ebp
4082 \c mov ebp, esp
4083 \c sub esp, 40
4085 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
4087 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
4089 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
4090 a base offset:
4092 \c struc mytype, -40
4094 And access an element this way:
4096 \c mov [ebp + mytype.word], ax
4099 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
4100 \i{Instances of Structures}
4102 Having defined a structure type, the next thing you typically want
4103 to do is to declare instances of that structure in your data
4104 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
4105 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
4106 you code something like this:
4108 \c mystruc:
4109 \c     istruc mytype
4111 \c         at mt_long, dd      123456
4112 \c         at mt_word, dw      1024
4113 \c         at mt_byte, db      'x'
4114 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
4116 \c     iend
4118 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
4119 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
4120 specified structure field, and then to declare the specified data.
4121 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
4122 they were specified in the structure definition.
4124 If the data to go in a structure field requires more than one source
4125 line to specify, the remaining source lines can easily come after
4126 the \c{AT} line. For example:
4128 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
4129 \c                     db      190,100,0
4131 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
4132 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
4133 line:
4135 \c         at mt_str
4136 \c                 db      'hello, world'
4137 \c                 db      13,10,0
4140 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
4142 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
4143 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
4144 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
4145 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
4147 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
4148 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
4149 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
4150 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
4151 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
4153 Both macros require their first argument to be a power of two; they
4154 both compute the number of additional bytes required to bring the
4155 length of the current section up to a multiple of that power of two,
4156 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
4157 perform the alignment.
4159 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
4160 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
4161 second argument is specified, the two macros are equivalent.
4162 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
4163 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
4164 except for special purposes.
4166 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
4167 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
4168 power of two, or if their second argument generates more than one
4169 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
4170 thing.
4172 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4173 be used within structure definitions:
4175 \c struc mytype2
4177 \c   mt_byte:
4178 \c         resb 1
4179 \c         alignb 2
4180 \c   mt_word:
4181 \c         resw 1
4182 \c         alignb 4
4183 \c   mt_long:
4184 \c         resd 1
4185 \c   mt_str:
4186 \c         resb 32
4188 \c endstruc
4190 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4191 relative to the base of the structure.
4193 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4194 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4195 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4196 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4197 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4198 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4199 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4201 Both \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} do call \c{SECTALIGN} macro implicitly.
4202 See \k{sectalign} for details.
4204 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4207 \S{sectalign} \i\c{SECTALIGN}: Section Alignment
4209 The \c{SECTALIGN} macros provides a way to modify alignment attribute
4210 of output file section. Unlike the \c{align=} attribute (which is allowed
4211 at section definition only) the \c{SECTALIGN} macro may be used at any time.
4213 For example the directive
4215 \c SECTALIGN 16
4217 sets the section alignment requirements to 16 bytes. Once increased it can
4218 not be decreased, the magnitude may grow only.
4220 Note that \c{ALIGN} (see \k{align}) calls the \c{SECTALIGN} macro implicitly
4221 so the active section alignment requirements may be updated. This is by default
4222 behaviour, if for some reason you want the \c{ALIGN} do not call \c{SECTALIGN}
4223 at all use the directive
4225 \c SECTALIGN OFF
4227 It is still possible to turn in on again by
4229 \c SECTALIGN ON
4232 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4234 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4235 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4236 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4237 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4239 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4240 quoted or not.
4243 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4245 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4246 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4247 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4248 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4249 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4250 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4252 Example use:
4254 \c %use altreg
4256 \c proc:
4257 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4258 \c       ret
4260 See also \k{reg64}.
4263 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4265 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4266 macro which is more powerful than the default (and
4267 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4268 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4269 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4270 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4271 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4272 sequence.
4274 The specific instructions generated can be controlled with the
4275 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4276 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4277 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1
4278 (or set it to \c{nojmp}). The following modes are possible:
4280 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4281 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4282 default.
4284 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4285 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4286 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4288 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4289 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4290 threshold is 16.
4292 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4293 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4294 threshold is 16.
4296 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4297 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4298 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4299 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4301 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4302 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4303 are used internally by this macro package.
4306 \H{pkg_fp} \i\c\{fp}: Floating-point macros
4308 This packages contains the following floating-point convenience macros:
4310 \c %define Inf             __Infinity__
4311 \c %define NaN             __QNaN__
4312 \c %define QNaN            __QNaN__
4313 \c %define SNaN            __SNaN__
4314 \c 
4315 \c %define float8(x)       __float8__(x)
4316 \c %define float16(x)      __float16__(x)
4317 \c %define float32(x)      __float32__(x)
4318 \c %define float64(x)      __float64__(x)
4319 \c %define float80m(x)     __float80m__(x)
4320 \c %define float80e(x)     __float80e__(x)
4321 \c %define float128l(x)    __float128l__(x)
4322 \c %define float128h(x)    __float128h__(x)
4325 \H{pkg_ifunc} \i\c{ifunc}: \i{Integer functions}
4327 This package contains a set of macros which implement integer
4328 functions.  These are actually implemented as special operators, but
4329 are most conveniently accessed via this macro package.
4331 The macros provided are:
4333 \S{ilog2} \i{Integer logarithms}
4335 These functions calculate the integer logarithm base 2 of their
4336 argument, considered as an unsigned integer.  The only differences
4337 between the functions is their behavior if the argument provided is
4338 not a power of two.
4340 The function \i\c{ilog2e()} (alias \i\c{ilog2()}) generate an error if
4341 the argument is not a power of two.
4343 The function \i\c{ilog2w()} generate a warning if the argument is not
4344 a power of two.
4346 The function \i\c{ilog2f()} rounds the argument down to the nearest
4347 power of two; if the argument is zero it returns zero.
4349 The function \i\c{ilog2c()} rounds the argument up to the nearest
4350 power of two.
4353 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4355 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4356 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4357 directives. These are described in this chapter.
4359 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4360 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4361 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4362 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4363 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4364 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4366 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4367 directives are not.
4369 In addition to the universal directives described in this chapter,
4370 each object file format can optionally supply extra directives in
4371 order to control particular features of that file format. These
4372 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4373 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4376 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4378 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4379 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4380 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4381 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4383 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4384 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4385 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4386 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4387 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4388 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4389 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4390 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4392 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4393 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4394 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4395 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4396 device drivers and boot loader software.
4398 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4399 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4400 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4401 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4403 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4404 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4405 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4406 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4407 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4408 need an 0x67.
4410 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4411 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4412 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4414 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4415 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4416 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4417 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4418 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4419 necessary.
4421 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4422 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4423 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4424 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4425 REX prefix is used.
4427 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4428 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4429 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4431 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4433 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4435 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4436 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4439 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4441 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4442 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4443 specify most features directly.  However, this is occasionally
4444 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4445 to use.
4447 Currently, \c{DEFAULT} can set \c{REL} & \c{ABS} and \c{BND} & \c{NOBND}.
4449 \S{REL & ABS} \i\c{REL} & \i\c{ABS}: RIP-relative addressing
4451 This sets whether registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative
4452 or not. By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4453 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4454 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4455 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4457 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4458 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4459 other special functions in 64-bit mode, and generating
4460 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4462 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4464 \S{BND & NOBND} \i\c{BND} & \i\c{NOBND}: \c{BND} prefix
4466 If \c{DEFAULT BND} is set, all bnd-prefix available instructions following
4467 this directive are prefixed with bnd. To override it, \c{NOBND} prefix can
4468 be used.
4470 \c  DEFAULT BND
4471 \c      call foo            ; BND will be prefixed
4472 \c      nobnd call foo      ; BND will NOT be prefixed
4474 \c{DEFAULT NOBND} can disable \c{DEFAULT BND} and then \c{BND} prefix will be
4475 added only when explicitly specified in code.
4477 \c{DEFAULT BND} is expected to be the normal configuration for writing
4478 MPX-enabled code.
4480 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4481 Sections}
4483 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4484 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4485 which section of the output file the code you write will be
4486 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4487 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4488 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4489 define a new section, if you try to switch to a section that does
4490 not (yet) exist.
4492 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4493 \k{multisec}), all support
4494 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4495 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4496 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4497 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4498 name that has one.
4501 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4503 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4504 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4505 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4506 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4507 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4508 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4509 it. So the user-level directive
4511 \c         SECTION .text
4513 expands to the two lines
4515 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4516 \c         [SECTION .text]
4518 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4519 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4520 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4522 \c %macro  writefile 2+
4524 \c         [section .data]
4526 \c   %%str:        db      %2
4527 \c   %%endstr:
4529 \c         __SECT__
4531 \c         mov     dx,%%str
4532 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4533 \c         mov     bx,%1
4534 \c         mov     ah,0x40
4535 \c         int     0x21
4537 \c %endmacro
4539 This form of the macro, once passed a string to output, first
4540 switches temporarily to the data section of the file, using the
4541 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4542 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4543 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4544 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4545 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4546 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4547 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4548 code in any of several separate code sections.
4551 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4553 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4554 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4555 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4556 given absolute address. The only instructions you can use in this
4557 mode are the \c{RESB} family.
4559 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4561 \c absolute 0x1A
4563 \c     kbuf_chr    resw    1
4564 \c     kbuf_free   resw    1
4565 \c     kbuf        resw    16
4567 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4568 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4569 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4571 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4572 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4574 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4575 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4577 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4578 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4579 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4580 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4582 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4584 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4586 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4587 \c setup:
4588 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4590 \c absolute setup
4592 \c runtimevar1     resw    1
4593 \c runtimevar2     resd    20
4595 \c tsr_end:
4597 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4598 after the setup has finished running, the space it took up can be
4599 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4600 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4601 needs to be made resident.
4604 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4606 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4607 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4608 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4609 defined in some other module and needs to be referred to by this
4610 one. Not every object-file format can support external variables:
4611 the \c{bin} format cannot.
4613 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4614 argument is the name of a symbol:
4616 \c extern  _printf
4617 \c extern  _sscanf,_fscanf
4619 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4620 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4621 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4622 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4623 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4624 by means of the directive
4626 \c extern  _variable:wrt dgroup
4628 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4629 only in that it can take only one argument at a time: the support
4630 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4632 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4633 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4634 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4637 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4639 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4640 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4641 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4642 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4643 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4645 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4646 the definition of the symbol.
4648 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4649 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4650 \c{GLOBAL} directive. For example:
4652 \c global _main
4653 \c _main:
4654 \c         ; some code
4656 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4657 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4658 example, lets you specify whether global data items are functions or
4659 data:
4661 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4663 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4664 user-level form only in that it can take only one argument at a
4665 time.
4668 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4670 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4671 A common variable is much like a global variable declared in the
4672 uninitialized data section, so that
4674 \c common  intvar  4
4676 is similar in function to
4678 \c global  intvar
4679 \c section .bss
4681 \c intvar  resd    1
4683 The difference is that if more than one module defines the same
4684 common variable, then at link time those variables will be
4685 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4686 at the same piece of memory.
4688 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4689 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4690 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4691 specify the alignment requirements of a common variable:
4693 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4694 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4696 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4697 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4698 only one argument at a time.
4701 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4703 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4704 are available on the specified CPU.
4706 Options are:
4708 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4710 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4712 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4714 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4716 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4718 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4720 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4722 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4724 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4726 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4728 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4730 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4732 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4734 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4736 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4738 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4740 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4742 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4743 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4744 instructions are available.
4747 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4749 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4750 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4751 this behaviour:
4753 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4755 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4757 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4759 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4761 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4763 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4765 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4767 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4768 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4769 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4771 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4772 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4775 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4777 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4778 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4779 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4780 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4781 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4782 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4784 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4785 output file based on the input file name and the chosen output
4786 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4787 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4788 name, and substituting an extension defined by the output format.
4789 The extensions are given with each format below.
4792 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4794 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4795 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4796 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4797 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4798 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4799 development.
4801 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4802 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4804 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4805 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4806 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4807 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4809 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4810 leaves your file name as it is once the original extension has been
4811 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4812 into a binary file called \c{binprog}.
4815 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4817 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4818 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4819 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4820 the program begins at when it is loaded into memory.
4822 For example, the following code will generate the longword
4823 \c{0x00000104}:
4825 \c         org     0x100
4826 \c         dd      label
4827 \c label:
4829 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4830 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4831 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4832 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4833 offset which is added to all internal address references within the
4834 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4835 does. See \k{proborg} for further comments.
4838 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4839 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4841 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4842 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4843 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4844 end of the section-definition line. For example,
4846 \c section .data   align=16
4848 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4849 aligned on a 16-byte boundary.
4851 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4852 section start address must be forced to zero. The alignment value
4853 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4854 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4857 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4859 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4860 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4862 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4863 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4864 of course).
4866 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4867 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4868 \i\c{start=}.
4870 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4871 for the calculation of all memory references within that section
4872 with \i\c{vstart=}.
4874 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4875 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4876 start address.
4878 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4879 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4880 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4882 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4883 is directed by default into the \c{.text} section.
4885 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4886 by default.
4888 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4889 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4890 has been specified.
4892 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4893 alignment has been specified.
4895 \b Sections may not overlap.
4897 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4898 which may be used in your code.
4900 \S{map}\i{Map Files}
4902 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4903 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4904 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4905 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4906 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4907 brackets must be used.
4910 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4912 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4913 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4914 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4915 similar utilities.
4917 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4918 the \c{ith} file format.
4920 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4923 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4925 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4926 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4927 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4928 similar utilities.
4930 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4931 the \c{srec} file format.
4933 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4936 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4938 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4939 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4940 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4941 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4943 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4945 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4946 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4947 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4948 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4949 file format.
4951 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4952 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4953 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4955 If your source file contains code before specifying an explicit
4956 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4957 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4959 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4960 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4961 address of the segment. So, for example:
4963 \c segment data
4965 \c dvar:   dw      1234
4967 \c segment code
4969 \c function:
4970 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4971 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4972 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4973 \c         ret
4975 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4976 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4977 like
4979 \c extern  foo
4981 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4982 \c       mov   ds,ax
4983 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4984 \c       mov   es,ax
4985 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4986 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4989 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4990 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4992 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4993 directive to allow you to specify various properties of the segment
4994 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4995 end of the segment-definition line. For example,
4997 \c segment code private align=16
4999 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
5000 segment, and requires that the portion of it described in this code
5001 module must be aligned on a 16-byte boundary.
5003 The available qualifiers are:
5005 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
5006 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
5007 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
5008 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
5009 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
5010 than stuck end-to-end.
5012 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
5013 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
5014 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
5015 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
5016 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
5017 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
5018 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
5019 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
5020 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
5022 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
5023 indicates to the linker that segments of the same class should be
5024 placed near each other in the output file. The class name can be any
5025 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
5027 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
5028 as an argument, and provides overlay information to an
5029 overlay-capable linker.
5031 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
5032 the effect of recording the choice in the object file and also
5033 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
5034 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
5036 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
5037 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
5038 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
5039 defines the group if it is not already defined.
5041 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
5042 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
5043 are currently known to make sensible use of this feature;
5044 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
5045 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
5046 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
5048 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
5049 class, no overlay, and \c{USE16}.
5052 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
5054 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
5055 single segment register can be used to refer to all the segments in
5056 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
5057 you can code
5059 \c segment data
5061 \c         ; some data
5063 \c segment bss
5065 \c         ; some uninitialized data
5067 \c group dgroup data bss
5069 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
5070 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
5071 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
5072 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
5073 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
5074 segment register.
5076 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
5077 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
5078 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
5079 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
5080 base rather than the segment base.
5082 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
5083 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
5084 segment which is part of more than one group will default to being
5085 relative to the first group that was defined to contain the segment.
5087 A group does not have to contain any segments; you can still make
5088 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
5089 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
5090 \c{FLAT} with no segments in it.
5093 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
5095 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
5096 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
5097 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
5098 segment, group and symbol names that are written to the object file
5099 to be forced to upper case just before being written. Within a
5100 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
5101 be written entirely in upper case if desired.
5103 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
5106 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
5107 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
5109 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
5110 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
5111 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
5112 as well as using the \c{IMPORT} directive.
5114 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
5115 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
5116 wish to import and the name of the library you wish to import it
5117 from. For example:
5119 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
5121 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
5122 known in the library you are importing it from, in case this is not
5123 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
5124 once you have imported it. For example:
5126 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
5129 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
5130 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
5132 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
5133 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
5134 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
5135 using the \c{EXPORT} directive.
5137 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
5138 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
5139 optional second parameter (separated by white space from the first)
5140 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
5141 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
5142 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
5143 off.
5145 Further parameters can be given to define attributes of the exported
5146 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
5147 space. If further parameters are given, the external name must also
5148 be specified, even if it is the same as the internal name. The
5149 available attributes are:
5151 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
5152 resident by the system loader. This is an optimisation for
5153 frequently used symbols imported by name.
5155 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
5156 does not make use of any initialized data.
5158 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
5159 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
5160 between 32-bit and 16-bit segments.
5162 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
5163 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
5164 the desired number.
5166 For example:
5168 \c     export  myfunc
5169 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
5170 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
5171 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
5174 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
5175 Point}
5177 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
5178 define the program entry point, where execution will begin when the
5179 program is run. If the object file that defines the entry point is
5180 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
5181 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
5182 begin.
5185 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
5186 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
5188 If you declare an external symbol with the directive
5190 \c     extern  foo
5192 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
5193 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
5194 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
5195 \c{foo} you will usually need to do something like
5197 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
5198 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
5199 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
5201 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
5202 is going to be accessible from a given segment or group, say
5203 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
5204 simply code
5206 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
5208 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
5209 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
5210 alternative form
5212 \c     extern  foo:wrt dgroup
5214 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
5215 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
5216 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
5217 \c{foo wrt dgroup}.
5219 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
5220 to make externals appear to be relative to any group or segment in
5221 your program. It can also be applied to common variables: see
5222 \k{objcommon}.
5225 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
5226 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
5228 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
5229 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
5230 specify which your variables should be by the use of the syntax
5232 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
5233 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
5235 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
5236 OMF specification says that they are declared as a number of
5237 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
5238 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
5239 five-byte elements or one ten-byte element.
5241 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
5242 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
5243 the variable size, to match when resolving common variables declared
5244 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
5245 the element size on your far common variables. This is done by the
5246 following syntax:
5248 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
5249 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
5251 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
5252 keyword is not required when an element size is specified, since
5253 only far commons may have element sizes at all. So the above
5254 declarations could equivalently be
5256 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
5257 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
5259 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
5260 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
5261 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
5263 \c common  foo     10:wrt dgroup
5264 \c common  bar     16:far 2:wrt data
5265 \c common  baz     24:wrt data:6
5268 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5270 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5271 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5272 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5273 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5275 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5277 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5278 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5279 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5280 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5281 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5282 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5283 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5284 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5287 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5288 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5290 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5291 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5292 and properties of sections you declare. Section types and properties
5293 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5294 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5295 these qualifiers.
5297 The available qualifiers are:
5299 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5300 code section. This marks the section as readable and executable, but
5301 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5302 section is code.
5304 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5305 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5306 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5307 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5309 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5310 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5311 constants in it.
5313 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5314 which is not included in the executable file by the linker, but may
5315 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5316 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5317 linker to interpret the contents of the section as command-line
5318 options.
5320 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5321 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5322 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5323 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5324 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5325 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5326 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5327 for data (and BSS) sections.
5328 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5329 alignment), though the value does not matter.
5331 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5332 qualifiers are:
5334 \c section .text    code  align=16
5335 \c section .data    data  align=4
5336 \c section .rdata   rdata align=8
5337 \c section .bss     bss   align=4
5339 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5341 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5343 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5344 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5345 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5346 designated read-only table and have alleged entry point verified
5347 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5348 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5349 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5350 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5351 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5352 will not be performed for application in question. Table omission is by
5353 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5354 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5355 \c{/safeseh} command line option.
5357 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5358 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5359 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5361 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5363 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5365 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5366 line to source code:
5368 \c $@feat.00 equ 1
5370 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5371 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5372 developer would choose to assign another value in source file, it would
5373 still be perfectly possible.
5375 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5376 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5377 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5378 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5379 table." Its typical use would be:
5381 \c section .text
5382 \c extern  _MessageBoxA@16
5383 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5384 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5385 \c %endif
5386 \c handler:
5387 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5388 \c         push    DWORD caption
5389 \c         push    DWORD text
5390 \c         push    DWORD 0
5391 \c         call    _MessageBoxA@16
5392 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5393 \c                         ; for exception handler
5394 \c         ret
5395 \c global  _main
5396 \c _main:
5397 \c         push    DWORD handler
5398 \c         push    DWORD [fs:0]
5399 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5400 \c         xor     eax,eax
5401 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5402 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5403 \c         add     esp,4
5404 \c         ret
5405 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5406 \c caption:db      'SEGV',0
5408 \c section .drectve info
5409 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5411 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5412 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5413 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5414 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5415 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5416 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5417 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5418 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5419 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5420 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5421 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5422 no notification is provided and user is left with no clue on what
5423 caused application failure.
5425 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5426 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5427 data for "safe exception handler table" causes no backward
5428 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5429 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5432 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5434 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5435 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5436 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5437 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5438 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5440 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5442 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5443 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5444 references. Consider a switch dispatch table:
5446 \c         jmp     qword [dsptch+rax*8]
5447 \c         ...
5448 \c dsptch: dq      case0
5449 \c         dq      case1
5450 \c         ...
5452 Even a novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5453 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5455 \c 'ADDR32' relocation to '.text' invalid without /LARGEADDRESSAWARE:NO
5457 So [s]he will have to split jmp instruction as following:
5459 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5460 \c         jmp     qword [rbx+rax*8]
5462 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5463 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5464 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5465 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5466 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5467 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5468 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5469 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5470 But no worry, it's trivial to fix:
5472 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5473 \c         add     rbx,[rbx+rax*8]
5474 \c         jmp     rbx
5475 \c         ...
5476 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5477 \c         dq      case1-dsptch
5478 \c         ...
5480 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5481 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5482 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5483 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5484 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5485 these image-relative references:
5487 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5488 \c         mov     eax,[rbx+rax*4]
5489 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5490 \c         add     rbx,rax
5491 \c         jmp     rbx
5492 \c         ...
5493 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5494 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5496 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5497 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5498 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5499 become apparent in next paragraph.
5501 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5502 operand only:
5504 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5505 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5506 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5507 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5509 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5511 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5512 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5513 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5514 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5515 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5516 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5517 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5518 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5519 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5520 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5521 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5522 top of the stack.
5524 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5525 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5526 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5527 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5528 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5529 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5530 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5531 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5532 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5533 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5534 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5535 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5536 copying caller's return address to the top of stack and this would
5537 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5538 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5539 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5540 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5541 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5542 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5543 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5544 no, no trace of failure is left.
5546 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5547 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5548 is checked for presence of reference to custom language-specific
5549 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5550 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5551 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5552 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5553 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5554 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5555 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5556 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5557 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5558 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5559 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5560 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5561 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5562 terminating the application.
5564 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5565 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5566 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5567 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5568 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5569 leaf function:
5571 \c default rel
5572 \c section .text
5573 \c extern  MessageBoxA
5574 \c handler:
5575 \c         sub     rsp,40
5576 \c         mov     rcx,0
5577 \c         lea     rdx,[text]
5578 \c         lea     r8,[caption]
5579 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5580 \c         call    MessageBoxA
5581 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5582 \c                         ; for exception handler
5583 \c         add     rsp,40
5584 \c         ret
5585 \c global  main
5586 \c main:
5587 \c         xor     rax,rax
5588 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5589 \c         ret
5590 \c main_end:
5591 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5592 \c caption:db      'SEGV',0
5594 \c section .pdata  rdata align=4
5595 \c         dd      main wrt ..imagebase
5596 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5597 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5598 \c section .xdata  rdata align=8
5599 \c xmain:  db      9,0,0,0
5600 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5601 \c section .drectve info
5602 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5604 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5605 start and end addresses of function" along with reference to associated
5606 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5607 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5608 designated exception handler. References are \e{required} to be
5609 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5610 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5611 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5612 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5613 references, not only above listed required ones, placed into these two
5614 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5615 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5616 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5617 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5619 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5620 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5621 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5622 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5623 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5624 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5625 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5626 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5627 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5628 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5629 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5630 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5631 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5632 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5633 unwinding procedure. Consider following example:
5635 \c function:
5636 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5637 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5638 \c         push    rbx
5639 \c         push    rbp
5640 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5641 \c         sub     r11,rcx
5642 \c         and     r11,-64
5643 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5644 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5645 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5646 \c magic_point:
5647 \c         ...
5648 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5649 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5650 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5651 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5652 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5653 \c         ret
5655 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5656 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5657 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5658 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5659 custom language-specific exception handler would look like this:
5661 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5662 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5663 \c {   ULONG64 *rsp;
5664 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5665 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5666 \c     else
5667 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5668 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5669 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5670 \c         context->R15 = rsp[-1];
5671 \c     }
5672 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5674 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5675 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5676 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5677 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5678 \c     return ExceptionContinueSearch;
5679 \c }
5681 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5682 structure does not have to contain any information about stack frame
5683 and its layout.
5685 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5687 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5688 linking with the \i{DJGPP} linker.
5690 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5692 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5693 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5694 the \c{info} section type are not supported.
5696 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5698 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5699 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5700 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5702 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5704 \H{elffmt} \i\c{elf32}, \i\c{elf64}, \i\c{elfx32}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5705 Format} Object Files
5707 The \c{elf32}, \c{elf64} and \c{elfx32} output formats generate
5708 \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as
5709 used by Linux as well as \i{Unix System V}, including \i{Solaris x86},
5710 \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf} provides a default output
5711 file-name extension of \c{.o}.  \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5713 The \c{elfx32} format is used for the \i{x32} ABI, which is a 32-bit
5714 ABI with the CPU in 64-bit mode.
5716 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5718 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5719 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5720  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5721  most systems which support ELF.
5723 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5724 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5726 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5727 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5728 and properties of sections you declare. Section types and properties
5729 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5730 names}, but may still be
5731 overridden by these qualifiers.
5733 The available qualifiers are:
5735 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5736 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5737 which is not, such as an informational or comment section.
5739 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5740 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5741 which should not.
5743 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5744 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5745 not.
5747 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5748 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5749 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5750 contents given, such as a BSS section.
5752 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5753 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5754 requirements of the section.
5756 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5757 thread local variables.
5759 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5760 qualifiers are:
5762 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5763 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5765 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5766 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5767 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5768 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5769 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5770 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5771 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5772 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5773 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5774 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5775 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5777 (Any section name other than those in the above table
5778  is treated by default like \c{other} in the above table.
5779  Please note that section names are case sensitive.)
5782 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5783 Symbols and \i\c{WRT}
5785 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5786 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5787 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5788 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5789 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5791 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5792 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5793 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5794 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5795 types.
5797 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5798 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5799 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5800 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5802 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5803 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5804 beginning of the current section to the global offset table.
5805 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5806 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5807 result to get the real address of the GOT.
5809 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5810 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5811 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5812 would give the real address of the location you wanted.
5814 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5815 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5816 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5817 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5818 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5819 address of the symbol.
5821 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5822 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5823 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5824 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5825 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5826 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5827 entries absolutely.
5829 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5830 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5831 relative to the start of the section and then adding on the offset
5832 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5833 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5834 peculiarity of the dynamic linker.
5836 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5837 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5839 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5840 Symbols and \i\c{WRT}
5842 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5843 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5844 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5845 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5846 of the symbol with code such as:
5848 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5849 \c        mov  [gs:eax],ebx
5852 \b In ELF64 or ELFx32 mode, referring to an external or global symbol using
5853 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5854 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5855 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5856 of the symbol with code such as:
5858 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5859 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5862 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5863 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5865 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5866 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5867 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5868 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5869 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5870 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5871 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5872 to specify these features.
5874 You can specify whether a global variable is a function or a data
5875 object by suffixing the name with a colon and the word
5876 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5877 \c{data}.) For example:
5879 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5881 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5882 \c{hashtable} as a data object.
5884 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5885 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5886 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5887 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5889 \c global   hashlookup:function hidden
5891 You can also specify the size of the data associated with the
5892 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5893 forward references) after the type specifier. Like this:
5895 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5897 \c hashtable:
5898 \c         db this,that,theother  ; some data here
5899 \c .end:
5901 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5902 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5904 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5905 writing shared library code. For more information, see
5906 \k{picglobal}.
5909 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5910 \I{COMMON, elf extensions to}
5912 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5913 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5914 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5915 power of two) after the name and size of the common variable,
5916 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5917 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5919 \c common  dwordarray 128:4
5921 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5922 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5925 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5926 \I{ELF, 16-bit code and}
5928 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5929 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5930 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5931 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5932 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5933 these relocations is generated.
5935 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5936 \I{ELF, Debug formats and}
5938 ELF provides debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5939 Line number information is generated for all executable sections, but please
5940 note that only the ".text" section is executable by default.
5942 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5944 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5945 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5946 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5947 the magic number in the first four bytes of the file is
5948 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5949 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5950 implementation does not.
5952 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5954 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5955 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5956 extensions to any standard directives. It supports only the three
5957 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5960 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5961 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5963 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5964 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5965 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5966 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5967 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5968 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5969 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5971 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5973 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5974 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5975 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5976 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5977 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5979 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5980 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5981 this.
5984 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5986 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5987 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5988 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5989 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5990 itself \c{a.out}.
5992 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5993 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5995 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5996 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5997 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5998 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5999 only special symbol supported is \c{..start}.
6002 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
6003 Format}
6005 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
6006 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
6007 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
6008 format the internal structure of the assembler.
6010 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
6011 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
6012 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
6013 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
6015 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
6016 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
6017 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
6018 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
6019 execute an RDF executable under Linux.
6021 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
6022 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
6025 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
6027 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
6028 library to be linked to the module, either at load time or run time.
6029 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
6030 which is the name of the module:
6032 \c     library  mylib.rdl
6035 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
6037 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
6038 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
6039 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
6040 of current module:
6042 \c     module  mymodname
6044 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
6045 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
6046 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
6048 \c     module  $kernel.core
6051 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
6052 rdf extensions to}
6054 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
6055 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
6056 telling the linker do not strip it from target executable or library
6057 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
6058 is a procedure (function) or data object.
6060 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
6061 symbol exported:
6063 \c     global  sys_open:export
6065 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
6066 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
6068 \c     global  sys_open:export proc
6070 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
6071 or \i\c{object} to the directive:
6073 \c     global  kernel_ticks:export data
6076 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
6077 rdf extensions to}
6079 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
6080 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
6081 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
6082 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
6083 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
6084 (function) or data object. For example:
6086 \c     library $libc
6087 \c     extern  _open:import
6088 \c     extern  _printf:import proc
6089 \c     extern  _errno:import data
6091 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
6092 a hint as to where to find requested symbols.
6095 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
6097 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
6098 configuration. If you are building your own NASM executable from the
6099 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
6100 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
6102 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
6103 it outputs a text file which contains a complete list of all the
6104 transactions between the main body of NASM and the output-format
6105 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
6106 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
6107 of the various requests the main program makes of the output driver,
6108 and in what order they happen.
6110 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
6112 \c nasm -f dbg filename.asm
6114 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
6115 However, this will not work well on files which were designed for a
6116 different object format, because each object format defines its own
6117 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
6118 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
6119 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
6120 native object format selected:
6122 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
6123 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
6125 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
6126 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
6127 directives are converted into primitive form correctly. Then the
6128 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
6129 the final diagnostic output.
6131 This workaround will still typically not work for programs intended
6132 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
6133 directives have side effects of defining the segment and group names
6134 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
6135 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
6136 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
6137 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
6139 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
6140 them all to its output file.
6143 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
6145 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
6146 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
6147 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
6148 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
6149 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
6152 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
6154 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
6155 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
6156 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
6157 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
6158 support the \c{.COM} format.
6160 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
6161 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
6162 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
6163 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
6164 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
6165 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
6166 Yann Guidon for contributing the code for this.
6168 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
6169 future releases.
6172 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
6174 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
6175 by linking \c{.OBJ} files together.
6177 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
6178 linker; if you have none of these, there is a free linker called
6179 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
6180 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
6181 An LZH archiver can be found at
6182 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
6183 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
6184 sources) called \i{FREELINK}, available from
6185 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
6186 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
6187 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
6188 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
6189 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
6191 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
6192 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
6193 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
6194 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
6195 point, the linker will not know what value to give the entry-point
6196 field in the output file header; if more than one defines a start
6197 point, the linker will not know \e{which} value to use.
6199 An example of a NASM source file which can be assembled to a
6200 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
6201 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
6202 the segment registers, and declaring a start point. This file is
6203 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
6204 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
6206 \c segment code
6208 \c ..start:
6209 \c         mov     ax,data
6210 \c         mov     ds,ax
6211 \c         mov     ax,stack
6212 \c         mov     ss,ax
6213 \c         mov     sp,stacktop
6215 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
6216 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
6217 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
6218 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
6219 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
6220 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
6221 execute on.
6223 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
6224 beginning of this code, which means that will be the entry point
6225 into the resulting executable file.
6227 \c         mov     dx,hello
6228 \c         mov     ah,9
6229 \c         int     0x21
6231 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
6232 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
6233 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
6234 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
6236 \c         mov     ax,0x4c00
6237 \c         int     0x21
6239 This terminates the program using another DOS system call.
6241 \c segment data
6243 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
6245 The data segment contains the string we want to display.
6247 \c segment stack stack
6248 \c         resb 64
6249 \c stacktop:
6251 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
6252 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
6253 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
6254 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
6255 necessary to the correct running of the program, but linkers are
6256 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
6257 type \c{STACK}.
6259 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
6260 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
6261 world' and then exit.
6264 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
6266 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
6267 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
6268 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
6269 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
6270 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6271 \c{.EXE} files.
6273 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6274 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6275 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6277 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6278 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6279 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6280 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6281 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6282 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6283 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6284 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6285 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6287 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6288 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6289 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6290 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6291 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6292 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6293 explicitly issue one of your own.
6295 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6296 since this would require a relocation in the header, and things
6297 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6298 base by copying it out of \c{CS} instead.
6300 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6301 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6302 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6303 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6304 \c{EXE_stack 64}.
6306 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6307 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6308 \c{binexe.asm}.
6311 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6313 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6314 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6315 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6316 output format.
6319 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6321 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6322 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6323 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6324 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6325 like
6327 \c         org 100h
6329 \c section .text
6331 \c start:
6332 \c         ; put your code here
6334 \c section .data
6336 \c         ; put data items here
6338 \c section .bss
6340 \c         ; put uninitialized data here
6342 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6343 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6344 you want to and the code will still end up at the front of the file
6345 where it belongs.
6347 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6348 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6349 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6350 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6351 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6352 run.
6354 To assemble the above program, you should use a command line like
6356 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6358 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6359 explicit output file name were specified, so you have to override it
6360 and give the desired file name.
6363 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6365 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6366 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6367 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6368 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6369 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6370 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6371 file.
6373 If you do this, you need to take care of several things:
6375 \b The first object file containing code should start its code
6376 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6377 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6378 segment, so that the linker or converter program does not have to
6379 adjust address references within the file when generating the
6380 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6381 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6382 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6383 in MASM-compatible assemblers.
6385 \b You don't need to define a stack segment.
6387 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6388 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6389 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6390 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6393 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6395 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6396 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6397 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6398 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6399 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6400 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6401 your code segment.
6403 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6404 the various routines inside the driver which do the work. This
6405 structure should be defined at the start of the code segment, even
6406 though it is not actually code.
6408 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6409 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6410 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6411 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6414 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6416 This section covers the basics of writing assembly routines that
6417 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6418 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6419 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6422 \S{16cunder} External Symbol Names
6424 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6425 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6426 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6427 appears in the C program. So, for example, the function a C
6428 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6429 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6430 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6431 not have to worry about name clashes with C symbols.
6433 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6434 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6436 \c %macro  cglobal 1
6438 \c   global  _%1
6439 \c   %define %1 _%1
6441 \c %endmacro
6443 \c %macro  cextern 1
6445 \c   extern  _%1
6446 \c   %define %1 _%1
6448 \c %endmacro
6450 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6451 \c{%rep} construct could solve this.)
6453 If you then declare an external like this:
6455 \c cextern printf
6457 then the macro will expand it as
6459 \c extern  _printf
6460 \c %define printf _printf
6462 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6463 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6465 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6466 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6467 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6469 Also see \k{opt-pfix}.
6471 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6473 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6474 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6475 writing for. This means you have to keep track of the following
6476 things:
6478 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6479 functions are near. This means that function pointers, when stored
6480 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6481 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6482 never changes its value, and always gives the segment part of the
6483 full function address), and that functions are called using ordinary
6484 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6485 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6486 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6487 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6489 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6490 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6491 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6492 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6493 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6494 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6495 \c{CALL FAR} to call external routines.
6497 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6498 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6499 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6500 segment part of the full data item address).
6502 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6503 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6504 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6505 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6506 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6507 pointers you are passed.
6509 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6510 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6511 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6512 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6513 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6515 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6516 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6517 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6518 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6519 and global data items can both be accessed easily without changing
6520 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6521 segments. However, some memory models (though not the standard
6522 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6523 same value to be removed. Be careful about functions' local
6524 variables in this latter case.
6526 In models with a single code segment, the segment is called
6527 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6528 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6529 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6530 called \i\c{_DATA}.
6533 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6535 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6536 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6537 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6538 doing the calling and the function which gets called.
6540 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6541 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6542 argument specified to the function is pushed last).
6544 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6545 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6546 memory model.
6548 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6549 actually necessary, in functions which do not need to access their
6550 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6551 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6552 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6553 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6554 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6555 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6557 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6558 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6559 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6560 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6561 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6562 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6563 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6564 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6565 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6566 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6567 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6568 parameters in reverse order means that the function knows where to
6569 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6570 remaining ones.
6572 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6573 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6574 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6576 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6577 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6578 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6579 compiler) returned in \c{ST0}.
6581 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6582 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6583 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6584 memory model.
6586 \b When the caller regains control from the callee, the function
6587 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6588 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6589 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6590 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6591 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6592 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6593 removing.
6595 It is instructive to compare this calling convention with that for
6596 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6597 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6598 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6599 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6600 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6601 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6602 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6603 which means that a compiler can give better guarantees about
6604 sequence points without performance suffering.
6606 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6607 The following example is for small model:
6609 \c global  _myfunc
6611 \c _myfunc:
6612 \c         push    bp
6613 \c         mov     bp,sp
6614 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6615 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6617 \c         ; some more code
6619 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6620 \c         pop     bp
6621 \c         ret
6623 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6624 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6625 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6626 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6627 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6628 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6630 At the other end of the process, to call a C function from your
6631 assembly code, you would do something like this:
6633 \c extern  _printf
6635 \c       ; and then, further down...
6637 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6638 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6639 \c       call    _printf
6640 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6642 \c       ; then those data items...
6644 \c segment _DATA
6646 \c myint         dw    1234
6647 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6649 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6650 code
6652 \c     int myint = 1234;
6653 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6655 In large model, the function-call code might look more like this. In
6656 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6657 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6658 it first.
6660 \c       push    word [myint]
6661 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6662 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6663 \c       call    far _printf
6664 \c       add    sp,byte 6
6666 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6667 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6668 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6669 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6670 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6671 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6672 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6673 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6674 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6675 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6676 word of parameters.
6679 \S{16cdata} Accessing Data Items
6681 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6682 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6683 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6684 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6685 accessed from assembler as
6687 \c extern _i
6689 \c         mov ax,[_i]
6691 And to declare your own integer variable which C programs can access
6692 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6693 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6695 \c global  _j
6697 \c _j      dw      0
6699 To access a C array, you need to know the size of the components of
6700 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6701 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6702 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6703 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6704 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6705 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6706 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6708 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6709 the base of the structure to the field you are interested in. You
6710 can either do this by converting the C structure definition into a
6711 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6712 one offset and using just that.
6714 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6715 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6716 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6717 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6718 Typically, you might find that a structure like
6720 \c struct {
6721 \c     char c;
6722 \c     int i;
6723 \c } foo;
6725 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6726 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6727 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6728 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6729 out how your own compiler does it.
6732 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6734 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6735 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6736 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6737 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6738 the work involved in keeping track of the calling convention.
6740 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6741 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6743 An example of an assembly function using the macro set is given
6744 here:
6746 \c proc    _nearproc
6748 \c %$i     arg
6749 \c %$j     arg
6750 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6751 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6752 \c         add     ax,[bx]
6754 \c endproc
6756 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6757 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6758 integer. It returns \c{i + *j}.
6760 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6761 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6762 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6763 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6764 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6765 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6766 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6768 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6769 compact-model code) by default. You can have it generate far
6770 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6771 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6772 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6773 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6774 dependency on whether data pointers are far or not.
6776 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6777 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6778 many function parameters will be of type \c{int}.
6780 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6782 \c %define FARCODE
6784 \c proc    _farproc
6786 \c %$i     arg
6787 \c %$j     arg     4
6788 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6789 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6790 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6791 \c         add     ax,[bx]
6793 \c endproc
6795 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6796 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6797 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6800 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6802 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6803 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6805 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6806 not required for Pascal.
6808 \b The memory model is always large: functions are far, data
6809 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6810 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6811 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6812 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6813 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6814 data declared in a Pascal program goes into the default data
6815 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6816 when control is passed to your assembly code. The only things that
6817 do not live in the default data segment are local variables (they
6818 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6819 data \e{pointers}, however, are far.
6821 \b The function calling convention is different - described below.
6823 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6825 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6826 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6827 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6830 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6832 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6833 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6834 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6835 used to denote the function doing the calling and the function which
6836 gets called.
6838 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6839 after another, in normal order (left to right, so that the first
6840 argument specified to the function is pushed first).
6842 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6843 control to the callee.
6845 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6846 actually necessary, in functions which do not need to access their
6847 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6848 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6849 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6850 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6851 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6852 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6854 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6855 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6856 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6857 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6858 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6859 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6860 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6862 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6863 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6864 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6866 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6867 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6868 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6869 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6870 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6871 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6872 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6873 places the returned string value at that location. The pointer is
6874 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6875 \c{RETF} instruction.
6877 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6878 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6879 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6880 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6881 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6882 to be removed from the stack as a side effect of the return
6883 instruction.
6885 \b When the caller regains control from the callee, the function
6886 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6887 do nothing further.
6889 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6890 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6892 \c global  myfunc
6894 \c myfunc: push    bp
6895 \c         mov     bp,sp
6896 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6897 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6898 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6900 \c         ; some more code
6902 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6903 \c         pop     bp
6904 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6906 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6907 assembly code, you would do something like this:
6909 \c extern  SomeFunc
6911 \c        ; and then, further down...
6913 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6914 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6915 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6916 \c        call   far SomeFunc
6918 This is equivalent to the Pascal code
6920 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6921 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6924 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6925 Name Restrictions
6927 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6928 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6929 reading and understanding the various information contained in a
6930 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6931 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6932 restrictions:
6934 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6935 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6937 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6938 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6940 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6941 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6943 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6944 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6947 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6949 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6950 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6951 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6952 definition ensures that functions are far (it implies
6953 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6954 generated with an operand.
6956 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6957 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6958 reverse order. For example:
6960 \c %define PASCAL
6962 \c proc    _pascalproc
6964 \c %$j     arg 4
6965 \c %$i     arg
6966 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6967 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6968 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6969 \c         add     ax,[bx]
6971 \c endproc
6973 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6974 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6975 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6976 and the contents of the pointer. The only difference between this
6977 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6978 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6979 reverse order.
6982 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6984 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6985 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6986 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6987 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6988 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6989 shared libraries.
6991 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6992 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6993 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6994 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6995 address space no matter what segment you work relative to, and that
6996 you should ignore all segment registers completely. When writing
6997 flat-model application code, you never need to use a segment
6998 override or modify any segment register, and the code-section
6999 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
7000 space as the data-section addresses you access your variables by and
7001 the stack-section addresses you access local variables and procedure
7002 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
7003 offset part.
7006 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
7008 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
7009 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
7010 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
7013 \S{32cunder} External Symbol Names
7015 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
7016 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
7017 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
7018 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
7019 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
7020 underscore on their assembly-language names.
7022 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
7023 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
7024 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
7025 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
7026 though, the leading underscore should not be used.
7028 See also \k{opt-pfix}.
7030 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
7032 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
7033 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
7034 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
7035 the function doing the calling and the function which gets called.
7037 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
7038 after another, in reverse order (right to left, so that the first
7039 argument specified to the function is pushed last).
7041 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
7042 control to the callee.
7044 \b The callee receives control, and typically (although this is not
7045 actually necessary, in functions which do not need to access their
7046 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
7047 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
7048 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
7049 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
7050 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
7051 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
7053 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
7054 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
7055 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
7056 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
7057 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
7058 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
7059 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
7060 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
7061 pushing of the parameters in reverse order means that the function
7062 knows where to find its first parameter, which tells it the number
7063 and type of the remaining ones.
7065 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
7066 allocate space on the stack for local variables, which will then be
7067 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
7069 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
7070 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
7071 of the value. Floating-point results are typically returned in
7072 \c{ST0}.
7074 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
7075 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
7076 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
7078 \b When the caller regains control from the callee, the function
7079 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
7080 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
7081 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
7082 called with the wrong number of parameters due to a prototype
7083 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
7084 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
7085 removing.
7087 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
7088 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
7089 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
7090 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
7091 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
7092 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
7093 still pushed in right-to-left order.
7095 Thus, you would define a function in C style in the following way:
7097 \c global  _myfunc
7099 \c _myfunc:
7100 \c         push    ebp
7101 \c         mov     ebp,esp
7102 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
7103 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
7105 \c         ; some more code
7107 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
7108 \c         ret
7110 At the other end of the process, to call a C function from your
7111 assembly code, you would do something like this:
7113 \c extern  _printf
7115 \c         ; and then, further down...
7117 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
7118 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
7119 \c         call    _printf
7120 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
7122 \c         ; then those data items...
7124 \c segment _DATA
7126 \c myint       dd   1234
7127 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
7129 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
7131 \c     int myint = 1234;
7132 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
7135 \S{32cdata} Accessing Data Items
7137 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
7138 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
7139 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
7140 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
7141 accessed from assembler as
7143 \c           extern _i
7144 \c           mov eax,[_i]
7146 And to declare your own integer variable which C programs can access
7147 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
7148 the \c{_DATA} segment, if necessary):
7150 \c           global _j
7151 \c _j        dd 0
7153 To access a C array, you need to know the size of the components of
7154 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
7155 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
7156 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
7157 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
7158 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
7159 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
7160 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
7161 are also 4 bytes long.
7163 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
7164 the base of the structure to the field you are interested in. You
7165 can either do this by converting the C structure definition into a
7166 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
7167 one offset and using just that.
7169 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
7170 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
7171 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
7172 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
7173 Typically, you might find that a structure like
7175 \c struct {
7176 \c     char c;
7177 \c     int i;
7178 \c } foo;
7180 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
7181 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
7182 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
7183 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
7184 out how your own compiler does it.
7187 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
7189 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
7190 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
7191 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
7192 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
7193 the work involved in keeping track of the calling convention.
7195 An example of an assembly function using the macro set is given
7196 here:
7198 \c proc    _proc32
7200 \c %$i     arg
7201 \c %$j     arg
7202 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
7203 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
7204 \c         add     eax,[ebx]
7206 \c endproc
7208 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
7209 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
7210 integer. It returns \c{i + *j}.
7212 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
7213 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
7214 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
7215 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
7216 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
7217 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
7218 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
7220 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
7221 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
7222 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
7225 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
7226 Libraries}
7228 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
7229 because it contains support for \i{position-independent code}
7230 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
7231 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
7232 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
7234 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
7235 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
7236 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
7237 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
7239 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
7240 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
7241 of the running process. The contents of the library's code section
7242 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
7244 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
7245 this:
7247 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
7249 Instead, the linker provides an area of memory called the
7250 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
7251 constant distance from your library's code, so if you can find out
7252 where your library is loaded (which is typically done using a
7253 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
7254 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
7255 linker-generated entries in the GOT.
7257 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
7258 restrictions: since the data section is writable, it has to be
7259 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
7260 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
7261 you can put ordinary types of relocation in the data section without
7262 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
7265 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
7267 Each code module in your shared library should define the GOT as an
7268 external symbol:
7270 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7271 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7273 At the beginning of any function in your shared library which plans
7274 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7275 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7276 in this form:
7278 \c func:   push    ebp
7279 \c         mov     ebp,esp
7280 \c         push    ebx
7281 \c         call    .get_GOT
7282 \c .get_GOT:
7283 \c         pop     ebx
7284 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7286 \c         ; the function body comes here
7288 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7289 \c         mov     esp,ebp
7290 \c         pop     ebp
7291 \c         ret
7293 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7294 second leading underscore.)
7296 The first two lines of this function are simply the standard C
7297 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7298 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7299 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7300 libraries use this register to store the address of the GOT.
7302 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7303 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7304 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7305 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7306 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7307 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7308 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7309 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7310 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7311 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7312 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7313 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7314 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7315 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7316 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7317 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7319 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7320 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7321 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7323 \c %macro  get_GOT 0
7325 \c         call    %%getgot
7326 \c   %%getgot:
7327 \c         pop     ebx
7328 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7330 \c %endmacro
7332 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7334 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7335 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7336 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7337 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7338 way this works is like this:
7340 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7342 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7343 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7344 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7345 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7347 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7348 them, they are shared between code modules in the library, but do
7349 not get exported from the library to the program that loaded it.
7350 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7351 can access them in the same way as local variables, using the above
7352 \c{..gotoff} mechanism.
7354 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7355 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7356 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7359 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7361 If your library needs to get at an external variable (external to
7362 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7363 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7364 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7365 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7366 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7367 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7368 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7369 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7370 you would code
7372 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7374 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7375 linker, when it builds the shared library, collects together every
7376 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7377 has every necessary entry present.
7379 Common variables must also be accessed in this way.
7382 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7384 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7385 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7386 you have to give the size of the data item. This is because the
7387 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7388 entries for any exported functions, and also moves exported data
7389 items away from the library's data section in which they were
7390 declared.
7392 So to export a function to users of the library, you must use
7394 \c global  func:function           ; declare it as a function
7396 \c func:   push    ebp
7398 \c         ; etc.
7400 And to export a data item such as an array, you would have to code
7402 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7404 \c array:  resd    128
7405 \c .end:
7407 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7408 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7409 end up living in the data section of the main program, rather than
7410 in your library's data section, where you declared it. So you will
7411 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7412 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7413 effectively, it has become).
7415 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7416 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7417 sort of code:
7419 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7421 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7422 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7423 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7424 pointing at your data section instead of at the exported global
7425 which resides elsewhere.
7427 Instead of the above code, then, you must write
7429 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7431 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7432 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7433 at that address, rather than just relocating by section base.
7435 Either method will work for functions: referring to one of your
7436 functions by means of
7438 \c funcptr:        dd      my_function
7440 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7442 \c funcptr:        dd      my_function wrt ..sym
7444 will give the address of the procedure linkage table for the
7445 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7446 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7449 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7451 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7452 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7453 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7454 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7455 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7456 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7457 in the main program can be transparently passed off to their real
7458 destinations.
7460 To call an external routine, you must use another special PIC
7461 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7462 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7463 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7464 ..plt}.
7467 \S{link} Generating the Library File
7469 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7470 you then generate your shared library with a command such as
7472 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7473 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7475 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7476 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7477 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7478 library file name, with a version number, into the library:
7480 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7482 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7483 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7486 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7488 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7489 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7490 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7491 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7492 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7493 one, or jumps between different-size segments.
7496 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7498 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7499 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7500 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7501 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7502 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7503 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7504 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7505 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7507 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7508 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7509 segment, so just coding, for example,
7511 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7513 will not work, since the offset part of the address will be
7514 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7515 one.
7517 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7518 generate the required instruction by coding it manually, using
7519 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7520 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7522 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7524 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7525 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7526 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7527 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7528 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7529 segment to a 32-bit one.
7531 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7532 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7534 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7536 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7537 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7538 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7541 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7542 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7544 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7545 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7546 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7547 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7548 32-bit segment, or vice versa.
7550 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7551 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7552 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7553 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7555 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7556 the address, since any effective address containing a 32-bit
7557 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7559 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7560 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7562 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7563 instruction and a register) if you already know the precise offset
7564 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7565 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7566 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7568 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7569 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7571 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7573 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7574 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7575 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7577 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7579 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7580 which controls the size of the data stored at the address, with the
7581 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7582 address itself. The two can quite easily be different:
7584 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7586 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7587 offset.
7589 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7590 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7592 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7594 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7595 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7596 offset), and calls that address.
7599 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7601 The other way you might want to access data might be using the
7602 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7603 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7604 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7605 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7607 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7608 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7609 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7610 desired address into \c{ESI} and then code
7612 \c         a32     lodsb
7614 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7615 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7616 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7617 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7619 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7620 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7621 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7622 instructions with implicit addressing:
7623 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7624 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7625 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7626 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7627 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7628 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7629 Also, the
7630 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7631 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7632 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7633 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7634 size from the code segment.
7636 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7637 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7638 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7639 give the value of the segment register being manipulated. To force
7640 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7641 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7643 \c         o16 push    ss
7644 \c         o16 push    ds
7646 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7647 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7648 one.
7650 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7651 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7654 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7656 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7657 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7658 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7659 write position-independent code for shared libraries.
7661 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7662 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7663 registers, which still add their bases.
7665 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7666 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7667 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7668 probably desirable to make that the default, using the directive
7669 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7671 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7672 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7673 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7674 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7675 Please see the ABI documentation for your platform.
7677 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7678 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7679 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7680 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7682 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7683 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7684 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7685 set to zero.
7687 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7689 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7690 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respectively:
7692 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7693 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7694 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7695 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7697 This is consistent with the AMD documentation and most other
7698 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7699 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7700 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7701 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7702 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7703 can be used for this purpose.
7705 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7707 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7708 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7709 immediates to 32 bits.
7711 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7713 \c      MOV reg64,imm64
7715 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7716 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7717 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7718 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7719 immediate as \c{DWORD}:
7721 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7722 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7723 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7724 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7726 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7728 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7729 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7730 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7731 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7732 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7733 displacement size as \c{QWORD}:
7735 \c      default abs
7737 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7738 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7739 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7741 \c      default rel
7743 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7744 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7745 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7746 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7748 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7749 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7751 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7753 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7755 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7757 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7758 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7760 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7761 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7762 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7763 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7764 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7766 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7768 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7769 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7770 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7771 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7773 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7775 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7777 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7779 \c      void foo(long a, double b, int c)
7781 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7783 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7785 The Win64 ABI is described at:
7787 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7789 What follows is a simplified summary.
7791 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7792 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7793 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7794 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7795 use by the function without saving.
7797 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7799 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7800 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7801 return is \c{XMM0} only.
7803 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7805 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7807 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7809 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7811 \C{trouble} Troubleshooting
7813 This chapter describes some of the common problems that users have
7814 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7815 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7816 that isn't listed here.
7819 \H{problems} Common Problems
7821 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7823 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7824 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7825 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7826 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7827 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7828 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7829 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7830 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7831 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7834 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7836 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7837 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7838 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7839 longer.
7841 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7842 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7843 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7844 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7845 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7846 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7847 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7848 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7849 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7850 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7851 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7852 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7855 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7857 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7858 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7859 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7860 sector, people who are used to MASM tend to code
7862 \c         ORG 0
7864 \c         ; some boot sector code
7866 \c         ORG 510
7867 \c         DW 0xAA55
7869 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7870 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7871 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7873 \c         ORG 0
7875 \c         ; some boot sector code
7877 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7878 \c         DW 0xAA55
7880 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7881 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7882 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7883 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7884 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7885 find out what's wrong with it.
7888 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7890 The other common problem with the above code is people who write the
7891 \c{TIMES} line as
7893 \c         TIMES 510-$ DB 0
7895 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7896 the difference between them is also a pure number and can happily be
7897 fed to \c{TIMES}.
7899 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7900 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7901 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7902 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7903 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7904 information back to the expression evaluator. So from the
7905 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7906 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7907 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7908 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7910 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7911 line in the form
7913 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7915 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7916 and so their difference is a pure number. This will solve the
7917 problem and generate sensible code.
7920 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7922 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7923 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7924 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7925 \i\c{bugtracker} at
7926 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7927 (click on "Bug Tracker"), or if that fails then through one of the
7928 contacts in \k{contact}.
7930 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7931 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7932 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7933 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7934 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7935 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7936 there.
7938 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7939 information:
7941 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7942 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7944 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7945 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7946 you were using the standard distribution binaries out of the
7947 archive. If you were using a locally built executable, try to
7948 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7949 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7952 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7953 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7954 \c{NASMENV} environment variable if any.
7956 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7957 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7958 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7959 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7960 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7961 compiler, what version, and what command line or options you used.
7962 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7963 with the command-line version of the compiler.)
7965 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7966 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7967 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7968 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7969 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7970 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7971 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7972 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7973 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7974 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7975 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7976 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7977 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7979 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7980 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7981 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7982 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7983 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7984 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7985 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7986 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7987 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7988 should be 77 instead'.
7990 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7991 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7992 generates the same file, or whether the problem is related to
7993 portability issues between our development platforms and yours. We
7994 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7995 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7996 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7997 for us.
7999 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
8000 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
8001 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
8002 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
8003 differently from us.
8006 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
8008                   The Netwide Disassembler, NDISASM
8010 \H{ndisintro} Introduction
8013 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
8014 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
8015 complete with a full instruction table, and not make as much use of
8016 it as possible, so here's a disassembler which shares the
8017 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
8019 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
8020 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
8021 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
8022 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
8023 disassembles.
8026 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
8028 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
8029 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
8030 are on a Unix system.
8033 \H{ndisrun} Running NDISASM
8035 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
8037 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
8039 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
8040 provided of course that you remember to specify which it is to work
8041 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
8042 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
8044 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
8045 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
8046 summary of command line options.
8049 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
8051 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
8052 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
8053 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
8054 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
8055 this.
8057 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
8058 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
8059 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
8060 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
8061 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
8063 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
8065 \c        ndisasm -o100h filename.com
8067 will do the trick.
8070 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
8072 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
8073 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
8074 will faithfully plough through the data section, producing machine
8075 instructions wherever it can (although most of them will look
8076 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
8077 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
8078 Then it will reach the code section.
8080 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
8081 instruction from part of the data section, and its file position is
8082 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
8083 entirely possible that another spurious instruction will get
8084 generated, starting with the final byte of the data section, and
8085 then the correct first instruction in the code section will not be
8086 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
8087 ideal.
8089 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
8090 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
8091 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
8092 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
8093 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
8094 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
8095 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
8096 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
8097 the instructions in your code section.
8099 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
8100 in terms of the program origin, not the file position. So if you
8101 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
8104 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
8106 rather than
8108 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
8110 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
8111 to, just by repeating the \c{-s} option.
8114 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
8115 \I\c{auto-sync}
8117 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
8118 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
8119 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
8120 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
8121 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
8122 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
8123 needed.
8125 On the other hand, why should you have to specify the sync point
8126 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
8127 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
8128 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
8130 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
8131 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
8132 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
8133 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
8134 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
8135 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
8136 processed, there isn't much it can do about it...)
8138 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
8139 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
8140 the register contains) or involves a segment address (in which case
8141 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
8142 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
8144 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
8145 points in all the right places, and save you from having to place
8146 any sync points manually. However, it should be stressed that
8147 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
8148 you may still have to place some manually.
8150 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
8151 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
8152 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
8153 options.
8155 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
8156 fluke, something in your data section should disassemble to a
8157 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
8158 sync point in a totally random place, for example in the middle of
8159 one of the instructions in your code section. So you may end up with
8160 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
8161 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
8162 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
8163 suppress disassembly of the data area.
8166 \S{ndisother} Other Options
8168 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
8169 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
8170 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
8171 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
8173 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
8174 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
8175 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
8176 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
8177 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
8178 anyway.
8181 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
8183 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
8184 possible, should be sent to
8185 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
8186 developer's site at
8187 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
8188 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
8189 new features as well.
8191 \A{inslist} \i{Instruction List}
8193 \H{inslistintro} Introduction
8195 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
8196 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
8197 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
8198  when appropriate, one or more usage flags.
8200 \& inslist.src
8202 \A{changelog} \i{NASM Version History}
8204 \& changes.src