Merge branch 'master' into new-preproc
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob27178bdd163d0f2841ac77db3924a911171422cf
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#
3 \#   Copyright 1996-2012 The NASM Authors - All Rights Reserved
4 \#   See the file AUTHORS included with the NASM distribution for
5 \#   the specific copyright holders.
6 \#
7 \#   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8 \#   modification, are permitted provided that the following
9 \#   conditions are met:
11 \#   * Redistributions of source code must retain the above copyright
12 \#     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13 \#   * Redistributions in binary form must reproduce the above
14 \#     copyright notice, this list of conditions and the following
15 \#     disclaimer in the documentation and/or other materials provided
16 \#     with the distribution.
18 \#     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
19 \#     CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
20 \#     INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
21 \#     MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22 \#     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
23 \#     CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24 \#     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
25 \#     NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
26 \#     LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27 \#     HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
28 \#     CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
29 \#     OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
30 \#     EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
32 \# --------------------------------------------------------------------------
34 \# Source code to NASM documentation
36 \M{category}{Programming}
37 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
38 \M{year}{1996-2012}
39 \M{author}{The NASM Development Team}
40 \M{copyright_tail}{-- All Rights Reserved}
41 \M{license}{This document is redistributable under the license given in the file "LICENSE" distributed in the NASM archive.}
42 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
43 \M{infoname}{NASM}
44 \M{infofile}{nasm}
45 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
46 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
47 \M{logoyadj}{-72}
48 \IR{-D} \c{-D} option
49 \IR{-E} \c{-E} option
50 \IR{-F} \c{-F} option
51 \IR{-I} \c{-I} option
52 \IR{-M} \c{-M} option
53 \IR{-MD} \c{-MD} option
54 \IR{-MF} \c{-MF} option
55 \IR{-MG} \c{-MG} option
56 \IR{-MP} \c{-MP} option
57 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
58 \IR{-MT} \c{-MT} option
59 \IR{-O} \c{-O} option
60 \IR{-P} \c{-P} option
61 \IR{-U} \c{-U} option
62 \IR{-X} \c{-X} option
63 \IR{-a} \c{-a} option
64 \IR{-d} \c{-d} option
65 \IR{-e} \c{-e} option
66 \IR{-f} \c{-f} option
67 \IR{-g} \c{-g} option
68 \IR{-i} \c{-i} option
69 \IR{-l} \c{-l} option
70 \IR{-o} \c{-o} option
71 \IR{-p} \c{-p} option
72 \IR{-s} \c{-s} option
73 \IR{-u} \c{-u} option
74 \IR{-v} \c{-v} option
75 \IR{-W} \c{-W} option
76 \IR{-w} \c{-w} option
77 \IR{-y} \c{-y} option
78 \IR{-Z} \c{-Z} option
79 \IR{!=} \c{!=} operator
80 \IR{$, here} \c{$}, Here token
81 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
82 \IR{$$} \c{$$} token
83 \IR{%} \c{%} operator
84 \IR{%%} \c{%%} operator
85 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
86 \IA{%-1}{%+1}
87 \IR{%0} \c{%0} parameter count
88 \IR{&} \c{&} operator
89 \IR{&&} \c{&&} operator
90 \IR{*} \c{*} operator
91 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
92 \IR{/} \c{/} operator
93 \IR{//} \c{//} operator
94 \IR{<} \c{<} operator
95 \IR{<<} \c{<<} operator
96 \IR{<=} \c{<=} operator
97 \IR{<>} \c{<>} operator
98 \IR{=} \c{=} operator
99 \IR{==} \c{==} operator
100 \IR{>} \c{>} operator
101 \IR{>=} \c{>=} operator
102 \IR{>>} \c{>>} operator
103 \IR{?} \c{?} MASM syntax
104 \IR{^} \c{^} operator
105 \IR{^^} \c{^^} operator
106 \IR{|} \c{|} operator
107 \IR{||} \c{||} operator
108 \IR{~} \c{~} operator
109 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
110 \IA{%$$}{%$}
111 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
112 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
113 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
114 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
115 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
116 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
117 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
118 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
119 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
120 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
121 variables
122 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
123 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
124 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
125 \IR{autoconf} Autoconf
126 \IR{bin} bin
127 \IR{bitwise and} bitwise AND
128 \IR{bitwise or} bitwise OR
129 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
130 \IR{block ifs} block IFs
131 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
132 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
133 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
134 \IR{bsd} BSD
135 \IR{c calling convention} C calling convention
136 \IR{c symbol names} C symbol names
137 \IA{critical expressions}{critical expression}
138 \IA{command line}{command-line}
139 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
140 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
141 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
142 \IA{character constants}{character constant}
143 \IR{common object file format} Common Object File Format
144 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
145 in \c{elf}
146 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
147 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
148 \IR{declaring structure} declaring structures
149 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
150 \IR{devpac} DevPac
151 \IR{djgpp} DJGPP
152 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
153 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
154 \IR{dos} DOS
155 \IR{dos archive} DOS archive
156 \IR{dos source archive} DOS source archive
157 \IA{effective address}{effective addresses}
158 \IA{effective-address}{effective addresses}
159 \IR{elf} ELF
160 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
161 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
162 \IR{elf32} \c{elf32}
163 \IR{elf64} \c{elf64}
164 \IR{elfx32} \c{elfx32}
165 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
166 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
167 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
168 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
169 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
170 \IR{freebsd} FreeBSD
171 \IR{freelink} FreeLink
172 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
173 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
174 convention
175 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
176 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
177 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
178 \IR{got} GOT
179 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
180 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
181 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
182 \IR{intel number formats} Intel number formats
183 \IR{linux, elf} Linux, ELF
184 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
185 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
186 \IR{logical and} logical AND
187 \IR{logical or} logical OR
188 \IR{logical xor} logical XOR
189 \IR{mach object file format} Mach, object file format
190 \IR{mach-o} Mach-O
191 \IR{macho32} \c{macho32}
192 \IR{macho64} \c{macho64}
193 \IR{macos x} MacOS X
194 \IR{masm} MASM
195 \IA{memory reference}{memory references}
196 \IR{minix} Minix
197 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
198 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
199 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
200 \IR{mmx registers} MMX registers
201 \IA{modr/m}{modr/m byte}
202 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
203 \IR{ms-dos} MS-DOS
204 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
205 \IR{multipush} \c{multipush} macro
206 \IR{nan} NaN
207 \IR{nasm version} NASM version
208 \IR{netbsd} NetBSD
209 \IR{omf} OMF
210 \IR{openbsd} OpenBSD
211 \IR{operating system} operating system
212 \IR{os/2} OS/2
213 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
214 \IR{passes} passes, assembly
215 \IR{perl} Perl
216 \IR{pic} PIC
217 \IR{pharlap} PharLap
218 \IR{plt} PLT
219 \IR{plt} \c{PLT} relocations
220 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
221 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
222 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
223 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
224 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
225 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
226 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
227 Object File Format
228 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
229 \IA{repeating}{repeating code}
230 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
231 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
232 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
233 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
234 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
235 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
236 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
237 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
238 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
239 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
240 \IR{shift command} \c{shift} command
241 \IA{sib}{sib byte}
242 \IR{sib byte} SIB byte
243 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
244 \IA{sectalign}{sectalign}
245 \IR{solaris x86} Solaris x86
246 \IA{standard section names}{standardized section names}
247 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
248 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
249 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
250 \IR{tlink} \c{TLINK}
251 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
252 \IR{unicode} Unicode
253 \IR{unix} Unix
254 \IR{utf-8} UTF-8
255 \IR{utf-16} UTF-16
256 \IR{utf-32} UTF-32
257 \IA{sco unix}{unix, sco}
258 \IR{unix, sco} Unix, SCO
259 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
260 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
261 \IA{unix system v}{unix, system v}
262 \IR{unix, system v} Unix, System V
263 \IR{unixware} UnixWare
264 \IR{val} VAL
265 \IR{version number of nasm} version number of NASM
266 \IR{visual c++} Visual C++
267 \IR{www page} WWW page
268 \IR{win32} Win32
269 \IR{win32} Win64
270 \IR{windows} Windows
271 \IR{windows 95} Windows 95
272 \IR{windows nt} Windows NT
273 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
274 \# \IC{program entry point}{start point, program}
275 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
276 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
277 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
280 \C{intro} Introduction
282 \H{whatsnasm} What Is NASM?
284 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
285 for portability and modularity. It supports a range of object file
286 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
287 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
288 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
289 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
290 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
291 strong support for macros.
294 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
296 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
297 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
298 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
299 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
301 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
302 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
304 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
305 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
306 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
307 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
308 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
309 it (properly.)
311 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
312 doesn't seem to have much (or any) documentation.
314 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
315 DOS.
317 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
318 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
319 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
320 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
321 It's expensive too. And it's DOS-only.
323 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
324 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
325 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
326 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
327 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
328 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
329 Again.
332 \S{legal} \i{License} Conditions
334 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
335 distribution archive, for the license conditions under which you may
336 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
337 known as the simplified BSD license.
339 Copyright 1996-2011 the NASM Authors - All rights reserved.
341 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
342 modification, are permitted provided that the following conditions are
343 met:
345 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
346 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
348 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
349 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
350 documentation and/or other materials provided with the distribution.
351       
352 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
353 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
354 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
355 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
356 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
357 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
358 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
359 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
360 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
361 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
362 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
363 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
364 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
367 \H{contact} Contact Information
369 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
370 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
371 (see below for the link).
372 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
374 NASM has a \i{website} at
375 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
376 google for us!
378 \i{New releases}, \i{release candidates}, and \I{snapshots, daily
379 development}\i{daily development snapshots} of NASM are available from
380 the official web site.
382 Announcements are posted to
383 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
384 and to the web site
385 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
387 If you want information about the current development status, please
388 subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list; see link from the
389 website.
392 \H{install} Installation
394 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
396 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
397 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
398 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
399 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
401 The archive will contain a set of executable files: the NASM
402 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
403 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
404 RDOFF file format.
406 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
407 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
408 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
409 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
410 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
411 under other versions of Windows as well.)
413 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
414 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
415 so you can delete it if you need to save space; however, you may
416 want to keep the documentation or test programs.
418 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
419 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
420 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
421 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
422 the source archive.
424 Note that a number of files are generated from other files by Perl
425 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
426 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
427 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
428 documentation. It is possible future source distributions may not
429 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
430 platforms, including DOS and Windows, are available from
431 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
434 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
436 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
437 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
438 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
439 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
440 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
442 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
443 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
444 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
445 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
446 accordingly.
448 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
449 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
450 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
451 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
452 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
453 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
454 install the programs yourself.
456 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
457 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
458 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
459 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
462 \C{running} Running NASM
464 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
466 To assemble a file, you issue a command of the form
468 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
470 For example,
472 \c nasm -f elf myfile.asm
474 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
476 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
478 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
480 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
481 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
482 to give a listing file name, for example:
484 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
486 To get further usage instructions from NASM, try typing
488 \c nasm -h
490 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
491 are.
493 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
494 or \c{ELF}, type
496 \c file nasm
498 (in the directory in which you put the NASM binary when you
499 installed it). If it says something like
501 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
503 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
504 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
506 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
508 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
509 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
510 and are rare these days.)
512 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
513 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
514 messages.
517 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
519 NASM will normally choose the name of your output file for you;
520 precisely how it does this is dependent on the object file format.
521 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
522 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
523 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
524 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
525 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{elfx32}, \c{ieee}, \c{macho32} and
526 \c{macho64}) it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith}
527 and \c{srec}, it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec},
528 respectively, and for the \c{bin} format it will simply remove the
529 extension, so that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
531 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
532 has the same name as the input file, in which case it will give a
533 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
535 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
536 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
537 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
538 with the name you wish for the output file, either with or without
539 an intervening space. For example:
541 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
542 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
544 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
545 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
548 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
550 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
551 output file format for you itself. In the distribution versions of
552 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
553 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
554 choose what you want the default to be.
556 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
557 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
559 A complete list of the available output file formats can be given by
560 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
563 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
565 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
566 optional space) by a file name, NASM will generate a
567 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
568 code are listed on the left, and the actual source code, with
569 expansions of multi-line macros (except those which specifically
570 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
571 right. For example:
573 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
575 If a list file is selected, you may turn off listing for a
576 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
577 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
578 form" (without the brackets). This can be used to list only
579 sections of interest, avoiding excessively long listings.
582 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
584 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
585 This can be redirected to a file for further processing. For example:
587 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
590 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
592 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
593 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
594 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
595 dependency list without a prefix.
598 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
600 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
601 output to a file, rather than to stdout.  For example:
603 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
606 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
608 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
609 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
610 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
611 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
612 updated dependencies with every assembly session.  For example:
614 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
617 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
619 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
620 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
621 specified by the \c{-o} option.
624 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
626 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
627 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
628 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
629 quotable in Make.
632 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
634 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
635 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
636 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
637 file has been removed.
640 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
642 This option is used to select the format of the debug information
643 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
644 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
645 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
646 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
647 if \c{-F} is specified.
649 A complete list of the available debug file formats for an output
650 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
651 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
653 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
654 is not built into NASM by default. For information on how
655 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
658 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
660 This option can be used to generate debugging information in the specified
661 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
662 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
663 If no debug information is currently implemented in the selected output
664 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
667 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
669 This option can be used to select an error reporting format for any
670 error messages that might be produced by NASM.
672 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
673 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
674 the default and looks like this:
676 \c filename.asm:65: error: specific error message
678 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
679 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
680 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
681 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
682 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
684 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
685 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
687 \c filename.asm(65) : error: specific error message
689 where the only difference is that the line number is in parentheses
690 instead of being delimited by colons.
692 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
694 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
696 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
697 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
698 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
699 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
700 example) you want to load them into an editor.
702 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
703 which causes errors to be sent to the specified files rather than
704 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
705 the errors into a file by typing
707 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
709 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
710 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
711 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
713 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
715 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
716 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
717 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
718 program, you can type:
720 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
722 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
725 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
727 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
728 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
729 search for the given file not only in the current directory, but also
730 in any directories specified on the command line by the use of the
731 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
732 library}, for example, by typing
734 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
736 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
737 optional).
739 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
740 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
741 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
742 prepended exactly as written to the name of the include file.
743 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
744 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
746 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
747 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
748 to search for the file \c{foobar.i}...)
750 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
751 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
752 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
753 \k{nasmenv}).
755 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
756 be specified as \c{-I}.
759 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
761 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
762 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
763 option. So running
765 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
767 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
768 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
770 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
771 option can also be specified as \c{-P}.
774 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
776 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
777 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
778 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
779 could code
781 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
783 as an alternative to placing the directive
785 \c %define FOO 100
787 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
788 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
789 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
790 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
791 \c{-dDEBUG}.
793 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
794 be specified as \c{-D}.
797 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
799 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
800 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
801 option specified earlier on the command lines.
803 For example, the following command line:
805 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
807 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
808 program. This is useful to override options specified at a different
809 point in a Makefile.
811 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
812 be specified as \c{-U}.
815 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
817 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
818 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
819 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
820 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
821 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
822 if the \c{-o} option is also used).
824 This option cannot be applied to programs which require the
825 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
826 which depend on the values of symbols: so code such as
828 \c %assign tablesize ($-tablestart)
830 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
832 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
833 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
834 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
836 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
838 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
839 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
840 completely and assume the compiler has already done it, to save time
841 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
842 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
843 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
846 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
848 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
849 levels of optimization.  The syntax is:
851 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
852         if a short form is not specified, except conditional jumps.
853         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
855 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
856         which will fit in a signed byte are optimized,
857         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
858         to the long form unless otherwise specified.
860 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
861         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
862         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
863         has been used (see \k{strict}).  For compatibility with earlier
864         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
865         one. This number has no effect on the actual number of passes.
867 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses, and is the default
868 since NASM 2.09.
870 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
871 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
874 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
876 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
877 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
879 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
881 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
882 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
883 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
884 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
885 Note that you lose the ability to override the default address type for
886 the instruction.
888 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
889 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
890 \c{include}, \c{local})
892 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
894 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
895 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
896 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
897 conditions are reported like errors, but come up with the word
898 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
899 generating an output file and returning a success status to the
900 operating system.
902 Some conditions are even less severe than that: they are only
903 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
904 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
905 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
906 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
907 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
908 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
910 The \i{suppressible warning} classes are:
912 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
913 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
914 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
915 you might want to disable it.
917 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
918 warning class is disabled by default.
920 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
921 parameters than optional parameters. This warning class
922 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
924 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
925 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
926 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
927 see \k{syntax} for more information.
929 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
930 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
932 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
933 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
934 This warning class is disabled by default.
936 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
937 Enabled by default.
939 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
940 Disabled by default.
942 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
943 Disabled by default.
945 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
946 Enabled by default.
948 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
949 Enabled by default.
951 \b \i\c{lock} warns about \c{LOCK} prefixes on unlockable instructions.
952 Enabled by default.
954 \b \i\c{hle} warns about invalid use of the HLE \c{XACQUIRE} or \c{XRELEASE}
955 prefixes.
956 Enabled by default.
958 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
959 default.
961 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
962 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
964 In addition, you can set warning classes across sections.
965 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
966 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
967 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
968 (without the brackets) exists.
970 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
971 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
972 \c{-w-warning}, respectively.
975 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
977 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
978 and the date on which it was compiled.
980 You will need the version number if you report a bug.
982 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
984 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
985 debug info formats for the given output format. The default format
986 is indicated by an asterisk. For example:
988 \c nasm -f elf -y
990 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
991 \c   ('*' denotes default):
992 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
993 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
996 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
998 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
999 (respectively) the given argument to all \c{global} or
1000 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
1001 underscore to all global and external variables, as C sometimes
1002 (but not always) likes it.
1005 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
1007 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1008 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1009 processed before the real command line. You can use this to define
1010 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1011 options in the \c{NASMENV} variable.
1013 The value of the variable is split up at white space, so that the
1014 value \c{-s -ic:\\nasmlib\\} will be treated as two separate options.
1015 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1016 what you might want, because it will be split at the space and the
1017 NASM command-line processing will get confused by the two
1018 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1020 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1021 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1022 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1023 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1024 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib\\} is equivalent to setting it to \c{-s
1025 -ic:\\nasmlib\\}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1027 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1028 changed with version 0.98.31.
1031 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1033 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1034 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1035 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1036 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1037 skipping this section.
1040 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1042 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1043 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1044 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1045 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1046 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1047 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1048 will distinguish between labels differing only in case.
1051 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1053 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1054 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1055 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1056 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1057 if you declare, for example,
1059 \c foo     equ     1
1060 \c bar     dw      2
1062 then the two lines of code
1064 \c         mov     ax,foo
1065 \c         mov     ax,bar
1067 generate completely different opcodes, despite having
1068 identical-looking syntaxes.
1070 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1071 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1072 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1073 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1074 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1075 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1076 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1077 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1079 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1080 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1081 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1082 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1083 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1084 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1086 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1087 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1088 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1089 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1090 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1091 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1092 \e{everything} is a label.
1094 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1095 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1096 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1097 portion outside square brackets and another portion inside. The
1098 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1099 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1102 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1104 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1105 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1106 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1107 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1108 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1109 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1110 \c{mov word [var],2}.
1112 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1113 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1114 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1115 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1116 the strings being manipulated.
1119 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1121 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1122 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1123 choose to put in your segment registers, and will never
1124 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1127 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1129 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1130 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1131 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1132 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1133 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1134 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1135 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1136 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1137 track of which external variable definitions are far and which are
1138 near.
1141 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1143 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1144 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1145 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1146 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1148 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1149 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1150 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1151 on a misunderstanding by the authors.
1154 \S{qsother} Other Differences
1156 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1157 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1159 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1160 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1161 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1162 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1163 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1164 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1165 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1167 In addition to all of this, macros and directives work completely
1168 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1169 details.
1172 \C{lang} The NASM Language
1174 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1176 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1177 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1178 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1180 \c label:    instruction operands        ; comment
1182 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1183 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1184 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1185 presence and nature of the instruction field.
1187 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1188 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1189 backslash-ended line.
1191 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1192 have white space before them, or instructions may have no space
1193 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1194 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1195 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1196 valid source line which does nothing but define a label. Running
1197 NASM with the command-line option
1198 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1199 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1201 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1202 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1203 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1204 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1205 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1206 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1207 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1208 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1209 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1210 an identifier is 4095 characters.
1212 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1213 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1214 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1215 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1216 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1217 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1218 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1219 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1220 override}segment register as an instruction prefix: coding
1221 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1222 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1223 syntactic features of the language, but for instructions such as
1224 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1225 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1226 \c{es lodsb}.
1228 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1229 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1230 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1232 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1233 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1235 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1236 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1237 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1238 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1239 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1240 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1242 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1243 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1244 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1245 \# Details of
1246 \# all forms of each supported instruction are given in
1247 \# \k{iref}.
1248 For example, you can code:
1250 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1251 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1253 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1254 \c         fadd    to st1          ; so does this
1256 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1257 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1258 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1261 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1263 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1264 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1265 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1266 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1267 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1268 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1269 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1270 prefix.
1273 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1275 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1276 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1277 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1278 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1280 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1281 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1282 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1283 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1284 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1285 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1286 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1287 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1288 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1289 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1290 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1291 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1292 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1294 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1297 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1299 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1300 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1301 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1302 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1303 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1304 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1305 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1306 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1307 expression}: see \k{crit}.
1309 For example:
1311 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1312 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1313 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1314 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1316 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1318 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1319 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1320 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1321 directly into a game executable file. It can be called in one of
1322 these three ways:
1324 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1325 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1326 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1327 \c                                    ; actually include at most 512
1329 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1330 macro version searches for the file in the include file search path
1331 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1332 overridden if desired.
1335 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1337 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1338 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1339 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1340 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1341 example,
1343 \c message         db      'hello, world'
1344 \c msglen          equ     $-message
1346 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1347 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1348 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1349 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1350 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1351 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1354 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1356 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1357 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1358 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1359 code
1361 \c zerobuf:        times 64 db 0
1363 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1364 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1365 \e{expression}, so you can do things like
1367 \c buffer: db      'hello, world'
1368 \c         times 64-$+buffer db ' '
1370 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1371 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1372 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1374 \c         times 100 movsb
1376 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1377 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1378 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1380 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1382 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1383 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1384 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1385 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1386 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1389 \H{effaddr} Effective Addresses
1391 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1392 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1393 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1394 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1395 example:
1397 \c wordvar dw      123
1398 \c         mov     ax,[wordvar]
1399 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1400 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1402 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1403 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1405 More complicated effective addresses, such as those involving more
1406 than one register, work in exactly the same way:
1408 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1409 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1411 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1412 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1413 all right:
1415 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1416 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1418 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1419 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1420 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1421 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1422 generate the latter on the grounds that the former requires four
1423 bytes to store a zero offset.
1425 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1426 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1427 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1428 default segment registers.
1430 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1431 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1432 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1433 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1434 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1435 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1436 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1437 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1438 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1439 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1440 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1442 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1443 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1444 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1445 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1446 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1447 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1448 the offset to be lost.
1450 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1451 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1452 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1453 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1454 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1455 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1457 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1458 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1459 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1460 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1463 \H{const} \i{Constants}
1465 NASM understands four different types of constant: numeric,
1466 character, string and floating-point.
1469 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1471 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1472 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1473 suffix \c{H} or \c{X}, \c{D} or \c{T}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} or
1474 \c{Y} for \i{hexadecimal}, \i{decimal}, \i{octal} and \i{binary}
1475 respectively, or you can prefix \c{0x}, for hexadecimal in the style
1476 of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal in the style of Borland
1477 Pascal or Motorola Assemblers. Note, though, that the \I{$,
1478 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1479 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1480 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1481 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0d} or
1482 \c{0t} for decimal, \c{0o} or \c{0q} for octal, and \c{0b} or \c{0y}
1483 for binary.  Please note that unlike C, a \c{0} prefix by itself does
1484 \e{not} imply an octal constant!
1486 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1487 up long strings.
1489 Some examples (all producing exactly the same code):
1491 \c         mov     ax,200          ; decimal
1492 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1493 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1494 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1495 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1496 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1497 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1498 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1499 \c         mov     ax,310q         ; octal
1500 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1501 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1502 \c         mov     ax,0q310        ; octal yet again
1503 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1504 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1505 \c         mov     ax,1100_1000y   ; same binary constant once more
1506 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1507 \c         mov     ax,0y1100_1000  ; same binary constant yet again
1509 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1511 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1512 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1513 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1514 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1515 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1516 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1517 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1520 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1522 \c       \'          single quote (')
1523 \c       \"          double quote (")
1524 \c       \`          backquote (`)
1525 \c       \\\          backslash (\)
1526 \c       \?          question mark (?)
1527 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1528 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1529 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1530 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1531 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1532 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1533 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1534 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1535 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1536 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1537 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1538 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1540 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1541 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1542 sequence.
1544 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1545 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1547 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1548 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1549 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1552 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1554 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1555 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1557 A character constant with more than one byte will be arranged
1558 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1560 \c           mov eax,'abcd'
1562 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1563 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1564 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1565 the sense of character constants understood by the Pentium's
1566 \i\c{CPUID} instruction.
1569 \S{strconst} \i{String Constants}
1571 String constants are character strings used in the context of some
1572 pseudo-instructions, namely the
1573 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1574 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1575 certain preprocessor directives.
1577 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1578 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1579 for the conditions. So the following are equivalent:
1581 \c       db    'hello'               ; string constant
1582 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1584 And the following are also equivalent:
1586 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1587 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1588 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1590 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1591 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1592 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1593 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1594 or four-character constants are treated as strings when they are
1595 operands to \c{DW}, and so forth.
1597 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1599 The special operators \i\c{__utf16__}, \i\c{__utf16le__},
1600 \i\c{__utf16be__}, \i\c{__utf32__}, \i\c{__utf32le__} and
1601 \i\c{__utf32be__} allows definition of Unicode strings.  They take a
1602 string in UTF-8 format and converts it to UTF-16 or UTF-32,
1603 respectively.  Unless the \c{be} forms are specified, the output is
1604 littleendian.
1606 For example:
1608 \c %define u(x) __utf16__(x)
1609 \c %define w(x) __utf32__(x)
1611 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1612 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1614 The UTF operators can be applied either to strings passed to the
1615 \c{DB} family instructions, or to character constants in an expression
1616 context.
1618 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1620 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1621 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1622 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1623 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1624 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1625 \i\c{__float128h__}.
1627 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1628 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1629 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1630 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1631 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.
1633 NASM also support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x},
1634 hexadecimal digits, period, optionally more hexadeximal digits, then
1635 optionally a \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent
1636 in decimal notation.  As an extension, NASM additionally supports the
1637 \c{0h} and \c{$} prefixes for hexadecimal, as well binary and octal
1638 floating-point, using the \c{0b} or \c{0y} and \c{0o} or \c{0q}
1639 prefixes, respectively.
1641 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1642 floating-point constants as well.
1644 Some examples:
1646 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1647 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1648 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1649 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1650 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1651 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1652 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1653 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1654 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1655 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1656 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1658 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1659 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1660 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1661 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1662 called a "\i{minifloat}."
1664 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1665 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1666 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1667 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1668 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1669 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1670 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1671 floating-point number, respectively.
1673 For example:
1675 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1677 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1678 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1680 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1682 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1683 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1684 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1685 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1686 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1687 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1688 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1689 of floating-point routines, which would significantly increase the
1690 size of the assembler for very little benefit.
1692 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1693 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1694 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1695 respectively.  These are normally used as macros:
1697 \c %define Inf __Infinity__
1698 \c %define NaN __QNaN__
1700 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1702 The \c{%use fp} standard macro package contains a set of convenience
1703 macros.  See \k{pkg_fp}.
1705 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1707 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1708 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1709 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1711 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1712 digits.
1714 For example:
1716 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1717 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1718 \c       dt +0p33
1719 \c       dt 33p
1722 \H{expr} \i{Expressions}
1724 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1725 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1726 appropriate size.
1728 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1729 calculations to involve the current assembly position: the
1730 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1731 position at the beginning of the line containing the expression; so
1732 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1733 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1734 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1736 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1737 increasing order of \i{precedence}.
1740 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1742 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1743 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1744 arithmetic operator supported by NASM.
1747 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1749 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1752 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1754 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1757 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1759 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1760 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1761 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1762 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1763 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1766 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1767 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1769 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1770 subtraction.
1773 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1774 \i{Multiplication} and \i{Division}
1776 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1777 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1778 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1779 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1780 \i{signed modulo} operators respectively.
1782 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1783 operation of the signed modulo operator.
1785 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1786 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1787 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1790 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1791 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1793 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1794 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1795 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1796 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1797 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1798 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1801 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1803 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1804 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1805 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1806 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1808 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1809 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1810 the symbol makes sense. So the code
1812 \c         mov     ax,seg symbol
1813 \c         mov     es,ax
1814 \c         mov     bx,symbol
1816 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1818 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1819 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1820 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1821 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1822 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1824 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1825 \c         mov     es,ax
1826 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1828 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1829 pointer to the symbol \c{symbol}.
1831 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1832 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1833 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1834 could code either of
1836 \c         call    (seg procedure):procedure
1837 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1839 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1840 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1841 practice.)
1843 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1844 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1845 to \c{CALL} in these examples.
1847 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1848 must code
1850 \c         dw      symbol, seg symbol
1852 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1853 invent one using the macro processor.
1856 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1858 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1859 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1860 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1861 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1862 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1863 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1864 in \c{BITS 16} mode,
1866 \c         push dword 33
1868 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1870 \c         push strict dword 33
1872 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1873 21 00 00 00}.
1875 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1876 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1879 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1881 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1882 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1883 called \e{Critical Expressions}.
1885 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1886 code and data, so that the second pass, when generating all the
1887 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1888 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1889 symbol declared after the code in question. For example,
1891 \c         times (label-$) db 0
1892 \c label:  db      'Where am I?'
1894 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1895 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1896 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1897 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1898 code
1900 \c         times (label-$+1) db 0
1901 \c label:  db      'NOW where am I?'
1903 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1904 wrong!
1906 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1907 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1908 value is required to be computable in the first pass, and which must
1909 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1910 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1912 \H{locallab} \i{Local Labels}
1914 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1915 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1916 label, which means that it is associated with the previous non-local
1917 label. So, for example:
1919 \c label1  ; some code
1921 \c .loop
1922 \c         ; some more code
1924 \c         jne     .loop
1925 \c         ret
1927 \c label2  ; some code
1929 \c .loop
1930 \c         ; some more code
1932 \c         jne     .loop
1933 \c         ret
1935 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1936 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1937 are kept separate by virtue of each being associated with the
1938 previous non-local label.
1940 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1941 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1942 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1943 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1944 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1945 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1946 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1947 to, you could write
1949 \c label3  ; some more code
1950 \c         ; and some more
1952 \c         jmp label1.loop
1954 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1955 define a label which can be referenced from anywhere but which
1956 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1957 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1958 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1959 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1960 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1961 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1962 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1963 to the local label mechanism. So you could code
1965 \c label1:                         ; a non-local label
1966 \c .local:                         ; this is really label1.local
1967 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1968 \c label2:                         ; another non-local label
1969 \c .local:                         ; this is really label2.local
1971 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1973 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1974 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1975 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}),
1976 \c{..imagebase} is used to find out the offset from a base address
1977 of the current image in the \c{win64} output format (see \k{win64pic}).
1978 So just keep in mind that symbols beginning with a double period are
1979 special.
1982 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1984 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1985 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1986 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1987 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1988 sign.
1990 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1991 character into a single line.  Thus:
1993 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1994 \c         THIS_VALUE
1996 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1997 sequence.
1999 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
2001 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
2003 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
2004 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
2005 things like
2007 \c %define ctrl    0x1F &
2008 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
2010 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
2012 which will expand to
2014 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
2016 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
2017 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
2018 not at definition time. Thus the code
2020 \c %define a(x)    1+b(x)
2021 \c %define b(x)    2*x
2023 \c         mov     ax,a(8)
2025 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2026 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2028 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2029 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2030 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2031 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2032 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2033 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2034 \c{bar}.
2036 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2037 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2038 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2039 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2040 Hence, if you code
2042 \c %define a(x)    1+a(x)
2044 \c         mov     ax,a(3)
2046 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2047 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2048 for an example of its use.
2050 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2051 macros: if you write
2053 \c %define foo(x)   1+x
2054 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2056 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2057 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2058 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2059 you define
2061 \c %define foo bar
2063 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2064 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2065 \e{with} parameters, and vice versa.
2067 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2068 perfectly well define a macro with
2070 \c %define foo bar
2072 and then re-define it later in the same source file with
2074 \c %define foo baz
2076 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2077 according to the most recent definition. This is particularly useful
2078 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2080 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2081 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2084 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2086 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2087 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2088 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2089 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2090 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2092 Suppose you have the following code:
2094 \c %define  isTrue  1
2095 \c %define  isFalse isTrue
2096 \c %define  isTrue  0
2098 \c val1:    db      isFalse
2100 \c %define  isTrue  1
2102 \c val2:    db      isFalse
2104 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2105 This is because, when a single-line macro is defined using
2106 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2107 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2108 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2109 time it is 1.
2111 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2112 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2113 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2115 \c %xdefine isTrue  1
2116 \c %xdefine isFalse isTrue
2117 \c %xdefine isTrue  0
2119 \c val1:    db      isFalse
2121 \c %xdefine isTrue  1
2123 \c val2:    db      isFalse
2125 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2126 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2127 the time that \c{isFalse} was defined.
2130 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2132 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2133 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2134 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2135 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2137 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2139 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2140 select between them.  Similarly, the two statements:
2142 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2143 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2145 have, in fact, exactly the same effect.
2147 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2148 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2151 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2153 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2154 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2155 several similar macros that perform similar functions.
2157 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2158 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2160 As an example, consider the following:
2162 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2164 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2165 \c         .COM1addr       RESW    1
2166 \c         .COM2addr       RESW    1
2167 \c         ; ..and so on
2168 \c endstruc
2170 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2171 we can end up with:
2173 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2174 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2176 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2177 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2179 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2181 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2183 Now the above code can be written as:
2185 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2186 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2188 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2189 in turn, reduce typing errors).
2192 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2194 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2195 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2196 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2197 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2198 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2199 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2201 For example:
2203 \c %idefine Foo mov %?,%??
2205 \c         foo
2206 \c         FOO
2208 will expand to:
2210 \c         mov foo,Foo
2211 \c         mov FOO,Foo
2213 The sequence:
2215 \c %idefine keyword $%?
2217 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2218 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2220 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2223 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2225 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2226 example, the following sequence:
2228 \c %define foo bar
2229 \c %undef  foo
2231 \c         mov     eax, foo
2233 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2234 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2236 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2237 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2238 \k{opt-u}.
2241 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2243 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2244 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2245 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2246 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2248 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2249 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2250 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2251 \c{%assign} directive is processed.
2253 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2254 later, so you can do things like
2256 \c %assign i i+1
2258 to increment the numeric value of a macro.
2260 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2261 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2262 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2264 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2265 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2266 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2267 involving a register).
2270 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2272 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2273 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2274 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2275 before definition.
2277 For example:
2279 \c %defstr test TEST
2281 is equivalent to
2283 \c %define test 'TEST'
2285 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2286 \k{getenv}):
2288 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2291 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2293 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2294 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2295 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2297 For example:
2299 \c %deftok test 'TEST'
2301 is equivalent to
2303 \c %define test TEST
2306 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2308 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2309 supports a few simple string handling macro operators from which
2310 more complex operations can be constructed.
2312 All the string operators define or redefine a value (either a string
2313 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2314 value, it may change the style of quoting of the input string or
2315 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2317 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2319 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2320 a single-line macro.
2322 For example:
2324 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2326 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2327 Similarly:
2329 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2331 ... would assign the value \c{`"foo"\\\\'bar'`} to \c{beta}.
2333 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2336 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2338 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2339 For example:
2341 \c %strlen charcnt 'my string'
2343 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2344 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2345 was a literal string but it could also have been a single-line
2346 macro that expands to a string, as in the following example:
2348 \c %define sometext 'my string'
2349 \c %strlen charcnt sometext
2351 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2352 assigned the value of 9.
2355 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2357 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2358 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2359 than the description:
2361 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2362 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2363 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2364 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2365 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2366 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2368 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2369 single-line macro to be created and the second is the string. The
2370 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2371 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2372 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2373 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2374 values out of range result in an empty string.  A negative length
2375 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2376 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2379 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2381 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2382 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2383 this.
2385 \c %macro  prologue 1
2387 \c         push    ebp
2388 \c         mov     ebp,esp
2389 \c         sub     esp,%1
2391 \c %endmacro
2393 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2394 invoke the macro with a call such as
2396 \c myfunc:   prologue 12
2398 which would expand to the three lines of code
2400 \c myfunc: push    ebp
2401 \c         mov     ebp,esp
2402 \c         sub     esp,12
2404 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2405 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2406 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2407 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2408 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2409 \c{%3} and so on.
2411 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2412 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2414 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2415 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2416 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2417 things like
2419 \c %macro  silly 2
2421 \c     %2: db      %1
2423 \c %endmacro
2425 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2426 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2427 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2430 \S{mlrmacro} \i{Recursive Multi-Line Macros}: \I\c{%irmacro}\i\c{%rmacro}
2432 A multi-line macro cannot be referenced within itself, in order to
2433 prevent accidental infinite recursion and allow instruction overloading.
2435 Recursive multi-line macros allow for self-referencing, with the
2436 caveat that the user is aware of the existence, use and purpose of
2437 recursive multi-line macros. There is also a generous, but sane, upper
2438 limit to the number of recursions, in order to prevent run-away memory
2439 consumption in case of accidental infinite recursion.
2441 As with non-recursive multi-line macros, recursive multi-line macros are
2442 \i{case-sensitive}, unless you define them using the alternative
2443 directive \c{%irmacro}.
2446 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2448 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2449 defining the same macro name several times with different numbers of
2450 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2451 parameters at all. So you could define
2453 \c %macro  prologue 0
2455 \c         push    ebp
2456 \c         mov     ebp,esp
2458 \c %endmacro
2460 to define an alternative form of the function prologue which
2461 allocates no local stack space.
2463 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2464 instruction; for example, you might want to define
2466 \c %macro  push 2
2468 \c         push    %1
2469 \c         push    %2
2471 \c %endmacro
2473 so that you could code
2475 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2476 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2478 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2479 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2480 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2481 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2482 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2483 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2486 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2488 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2489 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2490 calling the same macro multiple times will use a different label
2491 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2492 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2493 flag is set by doing this:
2495 \c %macro  retz 0
2497 \c         jnz     %%skip
2498 \c         ret
2499 \c     %%skip:
2501 \c %endmacro
2503 You can call this macro as many times as you want, and every time
2504 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2505 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2506 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2507 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2508 interfering with the local label mechanism, as described in
2509 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2510 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2511 they interfere with macro-local labels.
2514 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2516 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2517 command line into one parameter definition, possibly after
2518 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2519 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2520 you might want to be able to write
2522 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2524 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2525 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2526 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2527 the last defined one along with the separating commas. So if you
2528 code:
2530 \c %macro  writefile 2+
2532 \c         jmp     %%endstr
2533 \c   %%str:        db      %2
2534 \c   %%endstr:
2535 \c         mov     dx,%%str
2536 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2537 \c         mov     bx,%1
2538 \c         mov     ah,0x40
2539 \c         int     0x21
2541 \c %endmacro
2543 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2544 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2545 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2546 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2547 \c{db}.
2549 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2550 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2551 \c{%macro} line.
2553 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2554 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2555 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2556 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2557 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2558 into account when overloading macros, and will not allow you to
2559 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2560 example).
2562 Of course, the above macro could have been implemented as a
2563 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2564 look like
2566 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2568 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2569 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2570 definition.
2572 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2574 \S{mlmacrange} \i{Macro Parameters Range}
2576 NASM allows you to expand parameters via special construction \c{%\{x:y\}}
2577 where \c{x} is the first parameter index and \c{y} is the last. Any index can
2578 be either negative or positive but must never be zero.
2580 For example
2582 \c %macro mpar 1-*
2583 \c      db %{3:5}
2584 \c %endmacro
2586 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2588 expands to \c{3,4,5} range.
2590 Even more, the parameters can be reversed so that
2592 \c %macro mpar 1-*
2593 \c      db %{5:3}
2594 \c %endmacro
2596 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2598 expands to \c{5,4,3} range.
2600 But even this is not the last. The parameters can be addressed via negative
2601 indices so NASM will count them reversed. The ones who know Python may see
2602 the analogue here.
2604 \c %macro mpar 1-*
2605 \c      db %{-1:-3}
2606 \c %endmacro
2608 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2610 expands to \c{6,5,4} range.
2612 Note that NASM uses \i{comma} to separate parameters being expanded.
2614 By the way, here is a trick - you might use the index \c{%{-1:-1}}
2615 which gives you the \i{last} argument passed to a macro.
2617 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2619 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2620 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2621 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2623 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2625 \c         writefile 2,%1
2626 \c         mov     ax,0x4c01
2627 \c         int     0x21
2629 \c %endmacro
2631 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2632 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2633 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2634 called with no parameters, in which case it will use the default
2635 error message supplied in the macro definition.
2637 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2638 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2639 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2640 optional ones. So if a macro definition began with the line
2642 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2644 then it could be called with between one and three parameters, and
2645 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2646 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2647 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2649 You can provide extra information to a macro by providing
2650 too many default parameters:
2652 \c %macro quux 1 something
2654 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2655 more information.
2656 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2657 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2658 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2659 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2660 when the macro is defined, not when it is expanded.
2662 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2663 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2664 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2665 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2666 parameters were really passed to the macro call.
2668 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2669 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2670 and more useful, by changing the first line of the definition to
2672 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2674 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2675 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2676 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2679 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2681 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2682 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2683 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2684 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2685 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2686 Examples are given in \k{rotate}.
2689 \S{percent00} \i\c{%00}: \I{label preceeding macro}Label Preceeding Macro
2691 \c{%00} will return the label preceeding the macro invocation, if any. The
2692 label must be on the same line as the macro invocation, may be a local label
2693 (see \k{locallab}), and need not end in a colon.
2696 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2698 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2699 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2700 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2701 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2702 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2703 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2705 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2706 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2707 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2708 argument list reappear on the right, and vice versa.
2710 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2711 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2712 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2713 parameters are rotated to the right.
2715 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2716 restore a set of registers might work as follows:
2718 \c %macro  multipush 1-*
2720 \c   %rep  %0
2721 \c         push    %1
2722 \c   %rotate 1
2723 \c   %endrep
2725 \c %endmacro
2727 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2728 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2729 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2730 one place to the left, so that the original second argument is now
2731 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2732 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2733 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2735 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2736 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2737 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2739 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2740 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2741 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2742 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2743 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2744 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2745 order from the one in which they were pushed.
2747 This can be done by the following definition:
2749 \c %macro  multipop 1-*
2751 \c   %rep %0
2752 \c   %rotate -1
2753 \c         pop     %1
2754 \c   %endrep
2756 \c %endmacro
2758 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2759 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2760 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2761 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2762 iterated through in reverse order.
2765 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2767 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2768 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2769 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2770 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2771 table, you could code something like
2773 \c %macro keytab_entry 2
2775 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2776 \c                 db      %2
2778 \c %endmacro
2780 \c keytab:
2781 \c           keytab_entry F1,128+1
2782 \c           keytab_entry F2,128+2
2783 \c           keytab_entry Return,13
2785 which would expand to
2787 \c keytab:
2788 \c keyposF1        equ     $-keytab
2789 \c                 db     128+1
2790 \c keyposF2        equ     $-keytab
2791 \c                 db      128+2
2792 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2793 \c                 db      13
2795 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2796 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2798 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2799 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2800 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2801 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2802 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2803 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2804 (literal text to be concatenated to the parameter).
2806 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2807 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2808 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2809 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2810 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2811 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2812 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2813 real names of macro-local labels means that the two usages
2814 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2815 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2817 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2818 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2819 purpose of concatenation.
2821 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2824 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2826 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2827 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2828 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2829 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2830 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2831 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2832 condition code.
2834 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2835 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2836 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2837 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2839 \c %macro  retc 1
2841 \c         j%-1    %%skip
2842 \c         ret
2843 \c   %%skip:
2845 \c %endmacro
2847 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2848 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2849 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2850 \c{JPE}.
2852 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2853 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2854 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2855 because no inverse condition code exists.
2858 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2860 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2861 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2862 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2863 see which instructions in the macro expansion are generating what
2864 code; however, for some macros this clutters the listing up
2865 unnecessarily.
2867 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2868 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2869 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2870 the number of parameters, like this:
2872 \c %macro foo 1.nolist
2874 Or like this:
2876 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2878 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2880 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2881 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2882 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2883 that argument specification.
2885 For example:
2887 \c %macro foo 1-3
2888 \c         ; Do something
2889 \c %endmacro
2890 \c %unmacro foo 1-3
2892 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2894 \c %macro bar 1-3
2895 \c         ; Do something
2896 \c %endmacro
2897 \c %unmacro bar 1
2899 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2900 specification does not match exactly.
2903 \S{exitmacro} Exiting Multi-Line Macros: \i\c{%exitmacro}
2905 Multi-line macro expansions can be arbitrarily terminated with
2906 the \c{%exitmacro} directive.
2908 For example:
2910 \c %macro foo 1-3
2911 \c         ; Do something
2912 \c     %if<condition>
2913 \c         %exitmacro
2914 \c     %endif
2915 \c         ; Do something
2916 \c %endmacro
2919 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2921 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2922 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2923 syntax of this feature looks like this:
2925 \c %if<condition>
2926 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2927 \c %elif<condition2>
2928 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2929 \c %else
2930 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2931 \c %endif
2933 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2935 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2936 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2938 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2939 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2940 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2941 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2943 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2944 single-line macro existence}
2946 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2947 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2948 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2949 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2951 For example, when debugging a program, you might want to write code
2952 such as
2954 \c           ; perform some function
2955 \c %ifdef DEBUG
2956 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2957 \c %endif
2958 \c           ; go and do something else
2960 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2961 version of the program which produced debugging messages, and remove
2962 the option to generate the final release version of the program.
2964 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2965 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2966 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2967 \i\c{%elifndef}.
2970 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2971 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2973 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2974 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2976 For example, you may be working with a large project and not have control
2977 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2978 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2979 does exist.
2981 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2982 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2984 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2986 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2988 \c %else
2990 \c      %macro MyMacro 1-3
2992 \c              ; insert code to define the macro
2994 \c      %endmacro
2996 \c %endif
2998 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2999 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
3000 conflict.
3002 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
3003 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
3004 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
3007 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
3008 stack}
3010 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
3011 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
3012 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
3013 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
3014 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
3016 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
3017 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
3020 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
3021 arbitrary numeric expressions}
3023 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
3024 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
3025 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
3026 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
3027 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
3029 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
3030 a critical expression (see \k{crit}).
3032 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
3033 set of \i{relational operators} which are not normally available in
3034 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
3035 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
3036 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
3037 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
3038 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
3039 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
3040 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
3041 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
3042 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
3043 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
3044 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
3045 for true and 0 for false.
3047 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
3048 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
3050 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
3051 Identity\I{testing, exact text identity}
3053 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
3054 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
3055 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
3056 Differences in white space are not counted.
3058 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
3060 For example, the following macro pushes a register or number on the
3061 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
3063 \c %macro  pushparam 1
3065 \c   %ifidni %1,ip
3066 \c         call    %%label
3067 \c   %%label:
3068 \c   %else
3069 \c         push    %1
3070 \c   %endif
3072 \c %endmacro
3074 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
3075 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
3076 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
3077 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
3079 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
3080 Types\I{testing, token types}
3082 Some macros will want to perform different tasks depending on
3083 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
3084 example, a string output macro might want to be able to cope with
3085 being passed either a string constant or a pointer to an existing
3086 string.
3088 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
3089 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
3090 the first token in the parameter exists and is an identifier.
3091 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3092 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3094 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3095 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3097 \c %macro writefile 2-3+
3099 \c   %ifstr %2
3100 \c         jmp     %%endstr
3101 \c     %if %0 = 3
3102 \c       %%str:    db      %2,%3
3103 \c     %else
3104 \c       %%str:    db      %2
3105 \c     %endif
3106 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3107 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3108 \c   %else
3109 \c                 mov     dx,%2
3110 \c                 mov     cx,%3
3111 \c   %endif
3112 \c                 mov     bx,%1
3113 \c                 mov     ah,0x40
3114 \c                 int     0x21
3116 \c %endmacro
3118 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3119 the following two ways:
3121 \c         writefile [file], strpointer, length
3122 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3124 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3125 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3126 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3127 it itself and works out the address and length for itself.
3129 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3130 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3131 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3132 which case, all but the first two would be lumped together into
3133 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3135 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3136 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3137 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3138 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3140 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3142 Some macros will want to do different things depending on if it is
3143 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3144 versus a multi-token sequence.
3146 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3147 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3148 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3150 For example:
3152 \c %iftoken 1
3154 will assemble the subsequent code, but
3156 \c %iftoken -1
3158 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3159 \c{-}, and the number \c{1}.
3161 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3162 variants are also provided.
3164 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3166 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3167 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3168 any tokens at all, whitespace excepted.
3170 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3171 variants are also provided.
3173 \S{ifenv} \i\c{%ifenv}: Test If Environment Variable Exists
3175 The conditional assembly construct \c{%ifenv} assembles the
3176 subsequent code if and only if the environment variable referenced by
3177 the \c{%!<env>} directive exists.
3179 The usual \i\c{%elifenv}, \i\c\{%ifnenv}, and \i\c{%elifnenv}
3180 variants are also provided.
3182 Just as for \c{%!<env>} the argument should be written as a string if
3183 it contains characters that would not be legal in an identifier.  See
3184 \k{getenv}.
3186 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3188 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3189 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3190 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3191 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3193 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3194 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3195 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3196 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3198 \c %assign i 0
3199 \c %rep    64
3200 \c         inc     word [table+2*i]
3201 \c %assign i i+1
3202 \c %endrep
3204 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3205 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3206 \c{[table+126]}.
3208 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3209 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3210 terminate the loop, like this:
3212 \c fibonacci:
3213 \c %assign i 0
3214 \c %assign j 1
3215 \c %rep 100
3216 \c %if j > 65535
3217 \c     %exitrep
3218 \c %endif
3219 \c         dw j
3220 \c %assign k j+i
3221 \c %assign i j
3222 \c %assign j k
3223 \c %endrep
3225 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3227 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3228 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3229 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3230 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3231 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3232 be gradually used up and other applications to start crashing.
3234 Note a maximum repeat count is limited by 62 bit number, though it
3235 is hardly possible that you ever need anything bigger.
3238 \H{while} \i{Conditional Loops}: \i\c{%while}
3240 The directives \c{%while} and \i\c{%endwhile} combine preprocessor
3241 loops with conditional assembly, allowing the enclosed chunk of
3242 code to be replicated as long as certain conditions are met:
3244 \c %while<condition>
3245 \c     ; some code which only repeats while <condition> is met
3246 \c %endwhile
3248 \S{exitwhile} Exiting Conditional Loops: \i\c{%exitwhile}
3250 Conditional loops can be arbitrarily terminated with the
3251 \i\c{%exitwhile} directive.
3253 For example:
3255 \c %while<condition>
3256 \c    %if<some other condition>
3257 \c       %exitwhile
3258 \c    %endif
3259 \c    ; some code which only repeats while <condition> is met
3260 \c %endwhile
3263 \H{files} Source Files and Dependencies
3265 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3267 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3269 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3270 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3271 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3273 \c %include "macros.mac"
3275 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3276 file containing the \c{%include} directive.
3278 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3279 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3280 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3281 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3282 line using the \c{-i} option.
3284 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3285 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3286 the form
3288 \c %ifndef MACROS_MAC
3289 \c     %define MACROS_MAC
3290 \c     ; now define some macros
3291 \c %endif
3293 then including the file more than once will not cause errors,
3294 because the second time the file is included nothing will happen
3295 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3297 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3298 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3299 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3302 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3304 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3305 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3306 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3307 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3309 For example,
3311 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3313 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3314 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3317 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3319 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3320 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3321 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3323 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3324 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3325 \c{INCBIN} directive looks like:
3327 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3328 \c %pathsearch dep %1
3329 \c %depend dep
3330 \c         incbin dep,%2
3331 \c %endmacro
3333 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3334 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3335 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3338 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3340 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3341 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3342 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3343 described in \k{macropkg}.
3345 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3346 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3347 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3348 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3350 \c %use altreg
3351 \c %use 'altreg'
3353 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3354 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3355 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3357 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3359 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3360 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3361 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3362 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3363 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3364 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3365 able to nest these loops.
3367 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3368 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3369 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3370 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3371 define labels that are local to a particular context on the stack.
3374 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3375 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3377 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3378 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3379 which is the name of the context. For example:
3381 \c %push    foobar
3383 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3384 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3385 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3386 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3387 single macro definition.)
3389 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3390 context from the context stack and destroys it, along with any
3391 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3392 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3395 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3397 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3398 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3399 is used to define a label which is local to the context on the top
3400 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3401 above could be implemented by means of:
3403 \c %macro repeat 0
3405 \c     %push   repeat
3406 \c     %$begin:
3408 \c %endmacro
3410 \c %macro until 1
3412 \c         j%-1    %$begin
3413 \c     %pop
3415 \c %endmacro
3417 and invoked by means of, for example,
3419 \c         mov     cx,string
3420 \c         repeat
3421 \c         add     cx,3
3422 \c         scasb
3423 \c         until   e
3425 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3426 in \c{AL}.
3428 If you need to define, or access, labels local to the context
3429 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3430 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3433 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3435 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3436 a particular context, in just the same way:
3438 \c %define %$localmac 3
3440 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3441 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3442 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3445 \S{ctxfallthrough} \i{Context Fall-Through Lookup}
3447 Context fall-through lookup (automatic searching of outer contexts)
3448 is a feature that was added in NASM version 0.98.03. Unfortunately,
3449 this feature is unintuitive and can result in buggy code that would
3450 have otherwise been prevented by NASM's error reporting. As a result,
3451 this feature has been \e{deprecated}. NASM version 2.09 will issue a
3452 warning when usage of this \e{deprecated} feature is detected. Starting
3453 with NASM version 2.10, usage of this \e{deprecated} feature will simply
3454 result in an \e{expression syntax error}.
3456 An example usage of this \e{deprecated} feature follows:
3458 \c %macro ctxthru 0
3459 \c %push ctx1
3460 \c     %assign %$external 1
3461 \c         %push ctx2
3462 \c             %assign %$internal 1
3463 \c             mov eax, %$external
3464 \c             mov eax, %$internal
3465 \c         %pop
3466 \c %pop
3467 \c %endmacro
3469 As demonstrated, \c{%$external} is being defined in the \c{ctx1}
3470 context and referenced within the \c{ctx2} context. With context
3471 fall-through lookup, referencing an undefined context-local macro
3472 like this implicitly searches through all outer contexts until a match
3473 is made or isn't found in any context. As a result, \c{%$external}
3474 referenced within the \c{ctx2} context would implicitly use \c{%$external}
3475 as defined in \c{ctx1}. Most people would expect NASM to issue an error in
3476 this situation because \c{%$external} was never defined within \c{ctx2} and also
3477 isn't qualified with the proper context depth, \c{%$$external}.
3479 Here is a revision of the above example with proper context depth:
3481 \c %macro ctxthru 0
3482 \c %push ctx1
3483 \c     %assign %$external 1
3484 \c         %push ctx2
3485 \c             %assign %$internal 1
3486 \c             mov eax, %$$external
3487 \c             mov eax, %$internal
3488 \c         %pop
3489 \c %pop
3490 \c %endmacro
3492 As demonstrated, \c{%$external} is still being defined in the \c{ctx1}
3493 context and referenced within the \c{ctx2} context. However, the
3494 reference to \c{%$external} within \c{ctx2} has been fully qualified with
3495 the proper context depth, \c{%$$external}, and thus is no longer ambiguous,
3496 unintuitive or erroneous.
3499 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3501 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3502 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3503 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3504 have the side effect of destroying all context-local labels and
3505 macros associated with the context that was just popped.
3507 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3508 with a different name, without touching the associated macros and
3509 labels. So you could replace the destructive code
3511 \c %pop
3512 \c %push   newname
3514 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3517 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3519 This example makes use of almost all the context-stack features,
3520 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3521 implement a block IF statement as a set of macros.
3523 \c %macro if 1
3525 \c     %push if
3526 \c     j%-1  %$ifnot
3528 \c %endmacro
3530 \c %macro else 0
3532 \c   %ifctx if
3533 \c         %repl   else
3534 \c         jmp     %$ifend
3535 \c         %$ifnot:
3536 \c   %else
3537 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3538 \c   %endif
3540 \c %endmacro
3542 \c %macro endif 0
3544 \c   %ifctx if
3545 \c         %$ifnot:
3546 \c         %pop
3547 \c   %elifctx      else
3548 \c         %$ifend:
3549 \c         %pop
3550 \c   %else
3551 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3552 \c   %endif
3554 \c %endmacro
3556 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3557 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3558 that the macros are issued in the right order (for example, not
3559 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3560 not.
3562 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3563 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3564 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3565 to do different things depending on whether the context on top of
3566 the stack is \c{if} or \c{else}.
3568 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3569 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3570 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3571 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3572 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3574 A sample usage of these macros might look like:
3576 \c         cmp     ax,bx
3578 \c         if ae
3579 \c                cmp     bx,cx
3581 \c                if ae
3582 \c                        mov     ax,cx
3583 \c                else
3584 \c                        mov     ax,bx
3585 \c                endif
3587 \c         else
3588 \c                cmp     ax,cx
3590 \c                if ae
3591 \c                        mov     ax,cx
3592 \c                endif
3594 \c         endif
3596 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3597 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3598 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3599 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3602 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3604 The following preprocessor directives provide a way to use
3605 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3607 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3609 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3611 \b\c{%local}  (see \k{local})
3614 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3616 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3617 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3618 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3620 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3621 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3622 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3623 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3625 \c some_function:
3627 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3628 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3629 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3631 \c         mov     ax,[i]
3632 \c         mov     bx,[j_ptr]
3633 \c         add     ax,[bx]
3634 \c         ret
3636 \c     %pop                       ; restore original context
3638 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3639 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3640 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3641 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3644 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3646 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3647 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3648 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3649 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3650 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3652 \c %stacksize flat
3654 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3655 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3656 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3658 \c %stacksize flat64
3660 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3661 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3662 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3664 \c %stacksize large
3666 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3667 assumes that a far form of call was used to get to this address
3668 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3670 \c %stacksize small
3672 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3673 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3674 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3675 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3676 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3677 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3678 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3679 (see \k{local}).
3682 \S{local} \i\c{%local} Directive
3684 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3685 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3686 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3687 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3688 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3689 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3690 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3691 instruction.
3692 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3693 An example of its use is the following:
3695 \c silly_swap:
3697 \c     %push mycontext             ; save the current context
3698 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3699 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3700 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3702 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3703 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3704 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3705 \c         mov     ax,bx
3706 \c         mov     dx,cx
3707 \c         mov     bx,[old_ax]
3708 \c         mov     cx,[old_dx]
3709 \c         leave                   ; restore old bp
3710 \c         ret                     ;
3712 \c     %pop                        ; restore original context
3714 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3715 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3716 current context before the \c{%local} directive may be used.
3717 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3718 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3719 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3720 as shown in the example.
3723 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3725 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3726 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3727 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3728 right macros by means of code like this:
3730 \c %ifdef F1
3731 \c     ; do some setup
3732 \c %elifdef F2
3733 \c     ; do some different setup
3734 \c %else
3735 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3736 \c %endif
3738 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3739 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3740 having to wait until the program crashes on being run and then not
3741 knowing what went wrong.
3743 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3745 \c %ifdef F1
3746 \c     ; do some setup
3747 \c %elifdef F2
3748 \c     ; do some different setup
3749 \c %else
3750 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3751 \c     %define F1
3752 \c %endif
3754 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3755 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3756 depend on symbol values.
3758 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3759 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3760 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3761 messages.
3763 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3764 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3765 are expanded in it, which can be used to display more information to
3766 the user.  For example:
3768 \c %if foo > 64
3769 \c     %assign foo_over foo-64
3770 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3771 \c %endif
3774 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3776 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3777 information from external sources. Currently they include:
3779 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3780 preprocessor (see \k{line}).
3782 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3783 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3785 \S{line} \i\c{%line} Directive
3787 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3788 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3789 this other file would be an original source file, with the current
3790 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3791 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3792 number of the original source file, instead of the file that is being
3793 read by NASM.
3795 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3796 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3797 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3799 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3801 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3802 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3803 which specifies a line increment value; each line of the input file
3804 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3805 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3806 specifies the file name of the original source file.
3808 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3809 all file name and line numbers relative to the values specified
3810 therein.
3813 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3815 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3816 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3817 to store the contents of an environment variable into a string, which
3818 could be used at some other point in your code.
3820 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3821 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3822 could do that as follows:
3824 \c %defstr FOO          %!FOO
3826 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3828 If the name of the environment variable contains non-identifier
3829 characters, you can use string quotes to surround the name of the
3830 variable, for example:
3832 \c %defstr C_colon      %!'C:'
3835 \S{final} \i\c{%final} Directive
3837 The \c{%final} directive is used to delay preprocessing of a line
3838 until all other "normal" preprocessing is complete.  Multiple
3839 \c{%final} directives are processed in the opposite order of their
3840 declaration, last one first and first one last.
3843 \H{comment} Comment Blocks: \i\c{%comment}
3845 The \c{%comment} and \c{%endcomment} directives are used to specify
3846 a block of commented (i.e. unprocessed) code/text. Everything between
3847 \c{%comment} and \c{%endcomment} will be ignored by the preprocessor.
3849 \c %comment
3850 \c     ; some code, text or data to be ignored
3851 \c %endcomment
3854 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3856 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3857 when it starts to process any source file. If you really need a
3858 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3859 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3860 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3862 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3863 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3864 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3865 described here.
3868 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3870 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3871 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3872 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3873 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3874 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3875 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3876 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3878 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3879 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3882 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3884 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3885 representing the full version number of the version of nasm being used.
3886 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3887 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3888 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3889 would be equivalent to:
3891 \c         dd      0x00622001
3895 \c         db      1,32,98,0
3897 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3898 line is used just to give an indication of the order that the separate
3899 values will be present in memory.
3902 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3904 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3905 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3907 \c         db      __NASM_VER__
3909 would expand to
3911 \c         db      "0.98.32"
3914 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3916 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3917 name and line number containing the current instruction. The macro
3918 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3919 current input file (which may change through the course of assembly
3920 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3921 numeric constant giving the current line number in the input file.
3923 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3924 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3925 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3926 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3927 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3928 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3929 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3930 here'. You could then write a macro
3932 \c %macro  notdeadyet 0
3934 \c         push    eax
3935 \c         mov     eax,__LINE__
3936 \c         call    stillhere
3937 \c         pop     eax
3939 \c %endmacro
3941 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3942 find the crash point.
3945 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3947 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3948 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3949 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3950 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3951 mode-dependent macros.
3953 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3955 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3956 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3957 list.
3959 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3960 \c  %define NEWLINE 13, 10
3961 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3962 \c  %define NEWLINE 10
3963 \c %endif
3966 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3968 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3969 assembly session.
3971 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3972 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3973 respectively.)
3975 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3976 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3977 \c{HHMMSS} respectively.
3979 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3980 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3981 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3982 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3984 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3985 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3986 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3987 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3988 undefined.
3990 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3991 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3992 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3993 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3994 local time as if it was UTC.
3996 All instances of time and date macros in the same assembly session
3997 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3998 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3999 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
4000 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
4001 clock:
4003 \c       __DATE__             "2010-01-01"
4004 \c       __TIME__             "00:00:42"
4005 \c       __DATE_NUM__         20100101
4006 \c       __TIME_NUM__         000042
4007 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
4008 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
4009 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
4010 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
4011 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
4014 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
4015 Include Test
4017 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
4018 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
4019 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
4020 testing if a particular package is invoked or not.
4022 For example, if the \c{altreg} package is included (see
4023 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
4026 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
4028 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
4029 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
4030 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
4031 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
4033 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
4034 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
4035 change in future versions of NASM.}
4038 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
4040 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
4041 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
4042 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
4043 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
4045 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
4046 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
4047 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
4048 the value of the base offset, and the name of the data type with the
4049 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
4050 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
4051 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
4052 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
4053 the definition.
4055 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
4056 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
4058 \c struc   mytype
4060 \c   mt_long:      resd    1
4061 \c   mt_word:      resw    1
4062 \c   mt_byte:      resb    1
4063 \c   mt_str:       resb    32
4065 \c endstruc
4067 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
4068 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
4069 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
4070 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
4072 The reason why the structure type name is defined at zero by default
4073 is a side effect of allowing structures to work with the local label
4074 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
4075 more than one structure, you can define the above structure like this:
4077 \c struc mytype
4079 \c   .long:        resd    1
4080 \c   .word:        resw    1
4081 \c   .byte:        resb    1
4082 \c   .str:         resb    32
4084 \c endstruc
4086 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
4087 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
4089 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
4090 support any form of period notation to refer to the elements of a
4091 structure once you have one (except the above local-label notation),
4092 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
4093 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
4094 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
4095 ax,[mystruc+mytype.word]}.
4097 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
4098 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
4100 \c push ebp
4101 \c mov ebp, esp
4102 \c sub esp, 40
4104 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
4106 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
4108 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
4109 a base offset:
4111 \c struc mytype, -40
4113 And access an element this way:
4115 \c mov [ebp + mytype.word], ax
4118 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
4119 \i{Instances of Structures}
4121 Having defined a structure type, the next thing you typically want
4122 to do is to declare instances of that structure in your data
4123 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
4124 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
4125 you code something like this:
4127 \c mystruc:
4128 \c     istruc mytype
4130 \c         at mt_long, dd      123456
4131 \c         at mt_word, dw      1024
4132 \c         at mt_byte, db      'x'
4133 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
4135 \c     iend
4137 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
4138 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
4139 specified structure field, and then to declare the specified data.
4140 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
4141 they were specified in the structure definition.
4143 If the data to go in a structure field requires more than one source
4144 line to specify, the remaining source lines can easily come after
4145 the \c{AT} line. For example:
4147 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
4148 \c                     db      190,100,0
4150 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
4151 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
4152 line:
4154 \c         at mt_str
4155 \c                 db      'hello, world'
4156 \c                 db      13,10,0
4159 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
4161 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
4162 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
4163 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
4164 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
4166 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
4167 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
4168 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
4169 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
4170 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
4172 Both macros require their first argument to be a power of two; they
4173 both compute the number of additional bytes required to bring the
4174 length of the current section up to a multiple of that power of two,
4175 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
4176 perform the alignment.
4178 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
4179 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
4180 second argument is specified, the two macros are equivalent.
4181 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
4182 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
4183 except for special purposes.
4185 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
4186 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
4187 power of two, or if their second argument generates more than one
4188 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
4189 thing.
4191 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4192 be used within structure definitions:
4194 \c struc mytype2
4196 \c   mt_byte:
4197 \c         resb 1
4198 \c         alignb 2
4199 \c   mt_word:
4200 \c         resw 1
4201 \c         alignb 4
4202 \c   mt_long:
4203 \c         resd 1
4204 \c   mt_str:
4205 \c         resb 32
4207 \c endstruc
4209 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4210 relative to the base of the structure.
4212 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4213 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4214 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4215 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4216 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4217 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4218 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4220 Both \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} do call \c{SECTALIGN} macro implicitly.
4221 See \k{sectalign} for details.
4223 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4226 \S{sectalign} \i\c{SECTALIGN}: Section Alignment
4228 The \c{SECTALIGN} macros provides a way to modify alignment attribute
4229 of output file section. Unlike the \c{align=} attribute (which is allowed
4230 at section definition only) the \c{SECTALIGN} macro may be used at any time.
4232 For example the directive
4234 \c SECTALIGN 16
4236 sets the section alignment requirements to 16 bytes. Once increased it can
4237 not be decreased, the magnitude may grow only.
4239 Note that \c{ALIGN} (see \k{align}) calls the \c{SECTALIGN} macro implicitly
4240 so the active section alignment requirements may be updated. This is by default
4241 behaviour, if for some reason you want the \c{ALIGN} do not call \c{SECTALIGN}
4242 at all use the directive
4244 \c SECTALIGN OFF
4246 It is still possible to turn in on again by
4248 \c SECTALIGN ON
4251 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4253 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4254 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4255 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4256 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4258 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4259 quoted or not.
4262 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4264 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4265 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4266 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4267 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4268 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4269 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4271 Example use:
4273 \c %use altreg
4275 \c proc:
4276 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4277 \c       ret
4279 See also \k{reg64}.
4282 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4284 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4285 macro which is more powerful than the default (and
4286 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4287 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4288 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4289 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4290 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4291 sequence.
4293 The specific instructions generated can be controlled with the
4294 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4295 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4296 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1
4297 (or set it to \c{nojmp}). The following modes are possible:
4299 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4300 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4301 default.
4303 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4304 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4305 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4307 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4308 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4309 threshold is 16.
4311 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4312 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4313 threshold is 16.
4315 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4316 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4317 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4318 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4320 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4321 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4322 are used internally by this macro package.
4325 \H{pkg_fp} \i\c\{fp}: Floating-point macros
4327 This packages contains the following floating-point convenience macros:
4329 \c %define Inf             __Infinity__
4330 \c %define NaN             __QNaN__
4331 \c %define QNaN            __QNaN__
4332 \c %define SNaN            __SNaN__
4333 \c 
4334 \c %define float8(x)       __float8__(x)
4335 \c %define float16(x)      __float16__(x)
4336 \c %define float32(x)      __float32__(x)
4337 \c %define float64(x)      __float64__(x)
4338 \c %define float80m(x)     __float80m__(x)
4339 \c %define float80e(x)     __float80e__(x)
4340 \c %define float128l(x)    __float128l__(x)
4341 \c %define float128h(x)    __float128h__(x)
4344 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4346 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4347 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4348 directives. These are described in this chapter.
4350 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4351 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4352 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4353 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4354 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4355 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4357 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4358 directives are not.
4360 In addition to the universal directives described in this chapter,
4361 each object file format can optionally supply extra directives in
4362 order to control particular features of that file format. These
4363 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4364 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4367 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4369 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4370 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4371 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4372 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4374 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4375 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4376 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4377 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4378 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4379 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4380 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4381 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4383 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4384 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4385 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4386 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4387 device drivers and boot loader software.
4389 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4390 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4391 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4392 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4394 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4395 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4396 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4397 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4398 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4399 need an 0x67.
4401 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4402 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4403 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4405 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4406 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4407 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4408 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4409 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4410 necessary.
4412 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4413 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4414 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4415 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4416 REX prefix is used.
4418 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4419 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4420 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4422 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4424 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4426 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4427 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4430 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4432 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4433 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4434 specify most features directly.  However, this is occationally
4435 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4436 to use.
4438 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4439 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4440 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4441 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4442 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4443 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4445 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4446 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4447 other special functions in 64-bit mode, and generating
4448 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4450 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4452 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4453 Sections}
4455 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4456 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4457 which section of the output file the code you write will be
4458 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4459 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4460 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4461 define a new section, if you try to switch to a section that does
4462 not (yet) exist.
4464 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4465 \k{multisec}, all support
4466 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4467 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4468 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4469 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4470 name that has one.
4473 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4475 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4476 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4477 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4478 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4479 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4480 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4481 it. So the user-level directive
4483 \c         SECTION .text
4485 expands to the two lines
4487 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4488 \c         [SECTION .text]
4490 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4491 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4492 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4494 \c %macro  writefile 2+
4496 \c         [section .data]
4498 \c   %%str:        db      %2
4499 \c   %%endstr:
4501 \c         __SECT__
4503 \c         mov     dx,%%str
4504 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4505 \c         mov     bx,%1
4506 \c         mov     ah,0x40
4507 \c         int     0x21
4509 \c %endmacro
4511 This form of the macro, once passed a string to output, first
4512 switches temporarily to the data section of the file, using the
4513 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4514 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4515 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4516 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4517 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4518 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4519 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4520 code in any of several separate code sections.
4523 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4525 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4526 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4527 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4528 given absolute address. The only instructions you can use in this
4529 mode are the \c{RESB} family.
4531 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4533 \c absolute 0x1A
4535 \c     kbuf_chr    resw    1
4536 \c     kbuf_free   resw    1
4537 \c     kbuf        resw    16
4539 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4540 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4541 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4543 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4544 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4546 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4547 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4549 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4550 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4551 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4552 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4554 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4556 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4558 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4559 \c setup:
4560 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4562 \c absolute setup
4564 \c runtimevar1     resw    1
4565 \c runtimevar2     resd    20
4567 \c tsr_end:
4569 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4570 after the setup has finished running, the space it took up can be
4571 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4572 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4573 needs to be made resident.
4576 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4578 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4579 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4580 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4581 defined in some other module and needs to be referred to by this
4582 one. Not every object-file format can support external variables:
4583 the \c{bin} format cannot.
4585 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4586 argument is the name of a symbol:
4588 \c extern  _printf
4589 \c extern  _sscanf,_fscanf
4591 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4592 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4593 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4594 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4595 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4596 by means of the directive
4598 \c extern  _variable:wrt dgroup
4600 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4601 only in that it can take only one argument at a time: the support
4602 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4604 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4605 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4606 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4609 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4611 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4612 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4613 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4614 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4615 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4617 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4618 the definition of the symbol.
4620 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4621 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4622 \c{GLOBAL} directive. For example:
4624 \c global _main
4625 \c _main:
4626 \c         ; some code
4628 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4629 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4630 example, lets you specify whether global data items are functions or
4631 data:
4633 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4635 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4636 user-level form only in that it can take only one argument at a
4637 time.
4640 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4642 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4643 A common variable is much like a global variable declared in the
4644 uninitialized data section, so that
4646 \c common  intvar  4
4648 is similar in function to
4650 \c global  intvar
4651 \c section .bss
4653 \c intvar  resd    1
4655 The difference is that if more than one module defines the same
4656 common variable, then at link time those variables will be
4657 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4658 at the same piece of memory.
4660 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4661 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4662 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4663 specify the alignment requirements of a common variable:
4665 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4666 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4668 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4669 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4670 only one argument at a time.
4673 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4675 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4676 are available on the specified CPU.
4678 Options are:
4680 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4682 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4684 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4686 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4688 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4690 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4692 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4694 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4696 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4698 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4700 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4702 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4704 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4706 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4708 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4710 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4712 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4714 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4715 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4716 instructions are available.
4719 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4721 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4722 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4723 this behaviour:
4725 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4727 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4729 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4731 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4733 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4735 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4737 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4739 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4740 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4741 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4743 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4744 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4747 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4749 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4750 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4751 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4752 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4753 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4754 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4756 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4757 output file based on the input file name and the chosen output
4758 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4759 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4760 name, and substituting an extension defined by the output format.
4761 The extensions are given with each format below.
4764 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4766 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4767 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4768 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4769 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4770 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4771 development.
4773 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4774 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4776 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4777 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4778 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4779 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4781 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4782 leaves your file name as it is once the original extension has been
4783 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4784 into a binary file called \c{binprog}.
4787 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4789 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4790 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4791 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4792 the program begins at when it is loaded into memory.
4794 For example, the following code will generate the longword
4795 \c{0x00000104}:
4797 \c         org     0x100
4798 \c         dd      label
4799 \c label:
4801 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4802 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4803 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4804 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4805 offset which is added to all internal address references within the
4806 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4807 does. See \k{proborg} for further comments.
4810 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4811 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4813 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4814 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4815 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4816 end of the section-definition line. For example,
4818 \c section .data   align=16
4820 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4821 aligned on a 16-byte boundary.
4823 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4824 section start address must be forced to zero. The alignment value
4825 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4826 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4829 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4831 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4832 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4834 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4835 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4836 of course).
4838 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4839 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4840 \i\c{start=}.
4842 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4843 for the calculation of all memory references within that section
4844 with \i\c{vstart=}.
4846 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4847 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4848 start address.
4850 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4851 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4852 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4854 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4855 is directed by default into the \c{.text} section.
4857 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4858 by default.
4860 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4861 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4862 has been specified.
4864 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4865 alignment has been specified.
4867 \b Sections may not overlap.
4869 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4870 which may be used in your code.
4872 \S{map}\i{Map Files}
4874 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4875 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4876 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4877 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4878 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4879 brackets must be used.
4882 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4884 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4885 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4886 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4887 similar utilities.
4889 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4890 the \c{ith} file format.
4892 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4895 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4897 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4898 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4899 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4900 similar utilities.
4902 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4903 the \c{srec} file format.
4905 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4908 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4910 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4911 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4912 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4913 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4915 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4917 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4918 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4919 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4920 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4921 file format.
4923 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4924 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4925 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4927 If your source file contains code before specifying an explicit
4928 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4929 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4931 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4932 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4933 address of the segment. So, for example:
4935 \c segment data
4937 \c dvar:   dw      1234
4939 \c segment code
4941 \c function:
4942 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4943 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4944 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4945 \c         ret
4947 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4948 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4949 like
4951 \c extern  foo
4953 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4954 \c       mov   ds,ax
4955 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4956 \c       mov   es,ax
4957 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4958 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4961 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4962 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4964 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4965 directive to allow you to specify various properties of the segment
4966 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4967 end of the segment-definition line. For example,
4969 \c segment code private align=16
4971 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4972 segment, and requires that the portion of it described in this code
4973 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4975 The available qualifiers are:
4977 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4978 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4979 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4980 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4981 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4982 than stuck end-to-end.
4984 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4985 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4986 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4987 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4988 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4989 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4990 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4991 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4992 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4994 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4995 indicates to the linker that segments of the same class should be
4996 placed near each other in the output file. The class name can be any
4997 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4999 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
5000 as an argument, and provides overlay information to an
5001 overlay-capable linker.
5003 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
5004 the effect of recording the choice in the object file and also
5005 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
5006 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
5008 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
5009 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
5010 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
5011 defines the group if it is not already defined.
5013 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
5014 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
5015 are currently known to make sensible use of this feature;
5016 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
5017 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
5018 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
5020 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
5021 class, no overlay, and \c{USE16}.
5024 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
5026 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
5027 single segment register can be used to refer to all the segments in
5028 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
5029 you can code
5031 \c segment data
5033 \c         ; some data
5035 \c segment bss
5037 \c         ; some uninitialized data
5039 \c group dgroup data bss
5041 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
5042 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
5043 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
5044 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
5045 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
5046 segment register.
5048 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
5049 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
5050 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
5051 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
5052 base rather than the segment base.
5054 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
5055 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
5056 segment which is part of more than one group will default to being
5057 relative to the first group that was defined to contain the segment.
5059 A group does not have to contain any segments; you can still make
5060 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
5061 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
5062 \c{FLAT} with no segments in it.
5065 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
5067 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
5068 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
5069 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
5070 segment, group and symbol names that are written to the object file
5071 to be forced to upper case just before being written. Within a
5072 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
5073 be written entirely in upper case if desired.
5075 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
5078 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
5079 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
5081 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
5082 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
5083 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
5084 as well as using the \c{IMPORT} directive.
5086 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
5087 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
5088 wish to import and the name of the library you wish to import it
5089 from. For example:
5091 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
5093 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
5094 known in the library you are importing it from, in case this is not
5095 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
5096 once you have imported it. For example:
5098 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
5101 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
5102 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
5104 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
5105 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
5106 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
5107 using the \c{EXPORT} directive.
5109 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
5110 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
5111 optional second parameter (separated by white space from the first)
5112 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
5113 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
5114 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
5115 off.
5117 Further parameters can be given to define attributes of the exported
5118 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
5119 space. If further parameters are given, the external name must also
5120 be specified, even if it is the same as the internal name. The
5121 available attributes are:
5123 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
5124 resident by the system loader. This is an optimisation for
5125 frequently used symbols imported by name.
5127 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
5128 does not make use of any initialized data.
5130 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
5131 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
5132 between 32-bit and 16-bit segments.
5134 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
5135 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
5136 the desired number.
5138 For example:
5140 \c     export  myfunc
5141 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
5142 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
5143 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
5146 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
5147 Point}
5149 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
5150 define the program entry point, where execution will begin when the
5151 program is run. If the object file that defines the entry point is
5152 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
5153 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
5154 begin.
5157 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
5158 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
5160 If you declare an external symbol with the directive
5162 \c     extern  foo
5164 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
5165 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
5166 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
5167 \c{foo} you will usually need to do something like
5169 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
5170 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
5171 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
5173 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
5174 is going to be accessible from a given segment or group, say
5175 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
5176 simply code
5178 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
5180 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
5181 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
5182 alternative form
5184 \c     extern  foo:wrt dgroup
5186 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
5187 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
5188 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
5189 \c{foo wrt dgroup}.
5191 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
5192 to make externals appear to be relative to any group or segment in
5193 your program. It can also be applied to common variables: see
5194 \k{objcommon}.
5197 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
5198 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
5200 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
5201 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
5202 specify which your variables should be by the use of the syntax
5204 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
5205 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
5207 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
5208 OMF specification says that they are declared as a number of
5209 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
5210 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
5211 five-byte elements or one ten-byte element.
5213 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
5214 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
5215 the variable size, to match when resolving common variables declared
5216 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
5217 the element size on your far common variables. This is done by the
5218 following syntax:
5220 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
5221 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
5223 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
5224 keyword is not required when an element size is specified, since
5225 only far commons may have element sizes at all. So the above
5226 declarations could equivalently be
5228 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
5229 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
5231 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
5232 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
5233 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
5235 \c common  foo     10:wrt dgroup
5236 \c common  bar     16:far 2:wrt data
5237 \c common  baz     24:wrt data:6
5240 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5242 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5243 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5244 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5245 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5247 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5249 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5250 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5251 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5252 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5253 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5254 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5255 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5256 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5259 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5260 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5262 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5263 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5264 and properties of sections you declare. Section types and properties
5265 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5266 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5267 these qualifiers.
5269 The available qualifiers are:
5271 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5272 code section. This marks the section as readable and executable, but
5273 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5274 section is code.
5276 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5277 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5278 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5279 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5281 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5282 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5283 constants in it.
5285 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5286 which is not included in the executable file by the linker, but may
5287 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5288 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5289 linker to interpret the contents of the section as command-line
5290 options.
5292 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5293 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5294 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5295 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5296 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5297 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5298 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5299 for data (and BSS) sections.
5300 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5301 alignment), though the value does not matter.
5303 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5304 qualifiers are:
5306 \c section .text    code  align=16
5307 \c section .data    data  align=4
5308 \c section .rdata   rdata align=8
5309 \c section .bss     bss   align=4
5311 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5313 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5315 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5316 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5317 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5318 designated read-only table and have alleged entry point verified
5319 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5320 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5321 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5322 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5323 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5324 will not be performed for application in question. Table omission is by
5325 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5326 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5327 \c{/safeseh} command line option.
5329 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5330 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5331 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5333 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5335 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5337 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5338 line to source code:
5340 \c $@feat.00 equ 1
5342 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5343 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5344 developer would choose to assign another value in source file, it would
5345 still be perfectly possible.
5347 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5348 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5349 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5350 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5351 table." Its typical use would be:
5353 \c section .text
5354 \c extern  _MessageBoxA@16
5355 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5356 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5357 \c %endif
5358 \c handler:
5359 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5360 \c         push    DWORD caption
5361 \c         push    DWORD text
5362 \c         push    DWORD 0
5363 \c         call    _MessageBoxA@16
5364 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5365 \c                         ; for exception handler
5366 \c         ret
5367 \c global  _main
5368 \c _main:
5369 \c         push    DWORD handler
5370 \c         push    DWORD [fs:0]
5371 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5372 \c         xor     eax,eax
5373 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5374 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5375 \c         add     esp,4
5376 \c         ret
5377 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5378 \c caption:db      'SEGV',0
5380 \c section .drectve info
5381 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5383 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5384 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5385 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5386 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5387 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5388 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5389 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5390 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5391 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5392 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5393 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5394 no notification is provided and user is left with no clue on what
5395 caused application failure.
5397 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5398 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5399 data for "safe exception handler table" causes no backward
5400 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5401 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5404 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5406 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5407 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5408 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5409 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5410 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5412 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5414 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5415 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5416 references. Consider a switch dispatch table:
5418 \c         jmp     qword [dsptch+rax*8]
5419 \c         ...
5420 \c dsptch: dq      case0
5421 \c         dq      case1
5422 \c         ...
5424 Even a novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5425 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5427 \c 'ADDR32' relocation to '.text' invalid without /LARGEADDRESSAWARE:NO
5429 So [s]he will have to split jmp instruction as following:
5431 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5432 \c         jmp     qword [rbx+rax*8]
5434 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5435 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5436 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5437 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5438 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5439 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5440 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5441 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5442 But no worry, it's trivial to fix:
5444 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5445 \c         add     rbx,[rbx+rax*8]
5446 \c         jmp     rbx
5447 \c         ...
5448 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5449 \c         dq      case1-dsptch
5450 \c         ...
5452 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5453 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5454 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5455 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5456 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5457 these image-relative references:
5459 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5460 \c         mov     eax,[rbx+rax*4]
5461 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5462 \c         add     rbx,rax
5463 \c         jmp     rbx
5464 \c         ...
5465 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5466 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5468 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5469 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5470 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5471 become apparent in next paragraph.
5473 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5474 operand only:
5476 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5477 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5478 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5479 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5481 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5483 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5484 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5485 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5486 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5487 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5488 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5489 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5490 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5491 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5492 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5493 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5494 top of the stack.
5496 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5497 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5498 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5499 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5500 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5501 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5502 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5503 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5504 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5505 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5506 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5507 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5508 copying caller's return address to the top of stack and this would
5509 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5510 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5511 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5512 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5513 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5514 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5515 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5516 no, no trace of failure is left.
5518 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5519 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5520 is checked for presence of reference to custom language-specific
5521 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5522 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5523 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5524 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5525 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5526 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5527 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5528 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5529 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5530 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5531 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5532 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5533 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5534 terminating the application.
5536 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5537 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5538 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5539 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5540 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5541 leaf function:
5543 \c default rel
5544 \c section .text
5545 \c extern  MessageBoxA
5546 \c handler:
5547 \c         sub     rsp,40
5548 \c         mov     rcx,0
5549 \c         lea     rdx,[text]
5550 \c         lea     r8,[caption]
5551 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5552 \c         call    MessageBoxA
5553 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5554 \c                         ; for exception handler
5555 \c         add     rsp,40
5556 \c         ret
5557 \c global  main
5558 \c main:
5559 \c         xor     rax,rax
5560 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5561 \c         ret
5562 \c main_end:
5563 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5564 \c caption:db      'SEGV',0
5566 \c section .pdata  rdata align=4
5567 \c         dd      main wrt ..imagebase
5568 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5569 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5570 \c section .xdata  rdata align=8
5571 \c xmain:  db      9,0,0,0
5572 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5573 \c section .drectve info
5574 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5576 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5577 start and end addresses of function" along with reference to associated
5578 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5579 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5580 designated exception handler. References are \e{required} to be
5581 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5582 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5583 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5584 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5585 references, not only above listed required ones, placed into these two
5586 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5587 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5588 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5589 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5591 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5592 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5593 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5594 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5595 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5596 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5597 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5598 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5599 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5600 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5601 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5602 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5603 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5604 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5605 unwinding procedure. Consider following example:
5607 \c function:
5608 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5609 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5610 \c         push    rbx
5611 \c         push    rbp
5612 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5613 \c         sub     r11,rcx
5614 \c         and     r11,-64
5615 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5616 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5617 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5618 \c magic_point:
5619 \c         ...
5620 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5621 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5622 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5623 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5624 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5625 \c         ret
5627 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5628 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5629 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5630 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5631 custom language-specific exception handler would look like this:
5633 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5634 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5635 \c {   ULONG64 *rsp;
5636 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5637 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5638 \c     else
5639 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5640 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5641 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5642 \c         context->R15 = rsp[-1];
5643 \c     }
5644 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5646 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5647 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5648 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5649 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5650 \c     return ExceptionContinueSearch;
5651 \c }
5653 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5654 structure does not have to contain any information about stack frame
5655 and its layout.
5657 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5659 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5660 linking with the \i{DJGPP} linker.
5662 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5664 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5665 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5666 the \c{info} section type are not supported.
5668 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5670 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5671 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5672 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5674 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5676 \H{elffmt} \i\c{elf32}, \i\c{elf64}, \i\c{elfx32}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5677 Format} Object Files
5679 The \c{elf32}, \c{elf64} and \c{elfx32} output formats generate
5680 \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as
5681 used by Linux as well as \i{Unix System V}, including \i{Solaris x86},
5682 \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf} provides a default output
5683 file-name extension of \c{.o}.  \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5685 The \c{elfx32} format is used for the \i{x32} ABI, which is a 32-bit
5686 ABI with the CPU in 64-bit mode.
5688 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5690 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5691 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5692  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5693  most systems which support ELF.
5695 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5696 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5698 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5699 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5700 and properties of sections you declare. Section types and properties
5701 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5702 names}, but may still be
5703 overridden by these qualifiers.
5705 The available qualifiers are:
5707 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5708 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5709 which is not, such as an informational or comment section.
5711 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5712 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5713 which should not.
5715 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5716 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5717 not.
5719 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5720 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5721 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5722 contents given, such as a BSS section.
5724 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5725 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5726 requirements of the section.
5728 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5729 thread local variables.
5731 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5732 qualifiers are:
5734 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5735 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5737 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5738 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5739 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5740 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5741 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5742 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5743 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5744 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5745 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5746 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5747 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5749 (Any section name other than those in the above table
5750  is treated by default like \c{other} in the above table.
5751  Please note that section names are case sensitive.)
5754 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5755 Symbols and \i\c{WRT}
5757 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5758 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5759 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5760 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5761 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5763 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5764 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5765 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5766 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5767 types.
5769 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5770 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5771 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5772 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5774 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5775 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5776 beginning of the current section to the global offset table.
5777 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5778 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5779 result to get the real address of the GOT.
5781 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5782 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5783 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5784 would give the real address of the location you wanted.
5786 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5787 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5788 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5789 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5790 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5791 address of the symbol.
5793 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5794 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5795 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5796 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5797 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5798 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5799 entries absolutely.
5801 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5802 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5803 relative to the start of the section and then adding on the offset
5804 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5805 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5806 peculiarity of the dynamic linker.
5808 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5809 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5811 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5812 Symbols and \i\c{WRT}
5814 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5815 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5816 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5817 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5818 of the symbol with code such as:
5820 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5821 \c        mov  [gs:eax],ebx
5824 \b In ELF64 or ELFx32 mode, referring to an external or global symbol using
5825 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5826 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5827 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5828 of the symbol with code such as:
5830 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5831 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5834 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5835 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5837 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5838 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5839 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5840 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5841 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5842 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5843 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5844 to specify these features.
5846 You can specify whether a global variable is a function or a data
5847 object by suffixing the name with a colon and the word
5848 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5849 \c{data}.) For example:
5851 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5853 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5854 \c{hashtable} as a data object.
5856 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5857 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5858 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5859 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5861 \c global   hashlookup:function hidden
5863 You can also specify the size of the data associated with the
5864 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5865 forward references) after the type specifier. Like this:
5867 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5869 \c hashtable:
5870 \c         db this,that,theother  ; some data here
5871 \c .end:
5873 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5874 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5876 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5877 writing shared library code. For more information, see
5878 \k{picglobal}.
5881 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5882 \I{COMMON, elf extensions to}
5884 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5885 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5886 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5887 power of two) after the name and size of the common variable,
5888 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5889 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5891 \c common  dwordarray 128:4
5893 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5894 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5897 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5898 \I{ELF, 16-bit code and}
5900 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5901 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5902 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5903 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5904 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5905 these relocations is generated.
5907 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5908 \I{ELF, Debug formats and}
5910 ELF provides debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5911 Line number information is generated for all executable sections, but please
5912 note that only the ".text" section is executable by default.
5914 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5916 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5917 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5918 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5919 the magic number in the first four bytes of the file is
5920 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5921 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5922 implementation does not.
5924 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5926 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5927 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5928 extensions to any standard directives. It supports only the three
5929 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5932 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5933 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5935 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5936 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5937 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5938 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5939 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5940 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5941 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5943 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5945 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5946 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5947 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5948 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5949 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5951 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5952 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5953 this.
5956 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5958 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5959 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5960 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5961 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5962 itself \c{a.out}.
5964 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5965 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5967 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5968 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5969 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5970 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5971 only special symbol supported is \c{..start}.
5974 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5975 Format}
5977 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5978 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5979 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5980 format the internal structure of the assembler.
5982 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5983 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5984 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5985 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5987 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5988 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5989 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5990 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5991 execute an RDF executable under Linux.
5993 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5994 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5997 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5999 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
6000 library to be linked to the module, either at load time or run time.
6001 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
6002 which is the name of the module:
6004 \c     library  mylib.rdl
6007 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
6009 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
6010 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
6011 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
6012 of current module:
6014 \c     module  mymodname
6016 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
6017 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
6018 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
6020 \c     module  $kernel.core
6023 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
6024 rdf extensions to}
6026 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
6027 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
6028 telling the linker do not strip it from target executable or library
6029 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
6030 is a procedure (function) or data object.
6032 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
6033 symbol exported:
6035 \c     global  sys_open:export
6037 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
6038 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
6040 \c     global  sys_open:export proc
6042 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
6043 or \i\c{object} to the directive:
6045 \c     global  kernel_ticks:export data
6048 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
6049 rdf extensions to}
6051 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
6052 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
6053 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
6054 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
6055 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
6056 (function) or data object. For example:
6058 \c     library $libc
6059 \c     extern  _open:import
6060 \c     extern  _printf:import proc
6061 \c     extern  _errno:import data
6063 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
6064 a hint as to where to find requested symbols.
6067 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
6069 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
6070 configuration. If you are building your own NASM executable from the
6071 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
6072 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
6074 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
6075 it outputs a text file which contains a complete list of all the
6076 transactions between the main body of NASM and the output-format
6077 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
6078 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
6079 of the various requests the main program makes of the output driver,
6080 and in what order they happen.
6082 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
6084 \c nasm -f dbg filename.asm
6086 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
6087 However, this will not work well on files which were designed for a
6088 different object format, because each object format defines its own
6089 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
6090 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
6091 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
6092 native object format selected:
6094 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
6095 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
6097 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
6098 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
6099 directives are converted into primitive form correctly. Then the
6100 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
6101 the final diagnostic output.
6103 This workaround will still typically not work for programs intended
6104 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
6105 directives have side effects of defining the segment and group names
6106 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
6107 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
6108 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
6109 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
6111 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
6112 them all to its output file.
6115 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
6117 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
6118 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
6119 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
6120 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
6121 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
6124 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
6126 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
6127 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
6128 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
6129 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
6130 support the \c{.COM} format.
6132 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
6133 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
6134 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
6135 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
6136 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
6137 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
6138 Yann Guidon for contributing the code for this.
6140 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
6141 future releases.
6144 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
6146 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
6147 by linking \c{.OBJ} files together.
6149 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
6150 linker; if you have none of these, there is a free linker called
6151 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
6152 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
6153 An LZH archiver can be found at
6154 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
6155 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
6156 sources) called \i{FREELINK}, available from
6157 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
6158 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
6159 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
6160 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
6161 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
6163 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
6164 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
6165 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
6166 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
6167 point, the linker will not know what value to give the entry-point
6168 field in the output file header; if more than one defines a start
6169 point, the linker will not know \e{which} value to use.
6171 An example of a NASM source file which can be assembled to a
6172 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
6173 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
6174 the segment registers, and declaring a start point. This file is
6175 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
6176 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
6178 \c segment code
6180 \c ..start:
6181 \c         mov     ax,data
6182 \c         mov     ds,ax
6183 \c         mov     ax,stack
6184 \c         mov     ss,ax
6185 \c         mov     sp,stacktop
6187 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
6188 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
6189 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
6190 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
6191 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
6192 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
6193 execute on.
6195 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
6196 beginning of this code, which means that will be the entry point
6197 into the resulting executable file.
6199 \c         mov     dx,hello
6200 \c         mov     ah,9
6201 \c         int     0x21
6203 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
6204 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
6205 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
6206 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
6208 \c         mov     ax,0x4c00
6209 \c         int     0x21
6211 This terminates the program using another DOS system call.
6213 \c segment data
6215 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
6217 The data segment contains the string we want to display.
6219 \c segment stack stack
6220 \c         resb 64
6221 \c stacktop:
6223 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
6224 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
6225 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
6226 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
6227 necessary to the correct running of the program, but linkers are
6228 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
6229 type \c{STACK}.
6231 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
6232 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
6233 world' and then exit.
6236 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
6238 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
6239 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
6240 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
6241 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
6242 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6243 \c{.EXE} files.
6245 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6246 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6247 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6249 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6250 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6251 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6252 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6253 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6254 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6255 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6256 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6257 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6259 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6260 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6261 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6262 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6263 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6264 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6265 explicitly issue one of your own.
6267 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6268 since this would require a relocation in the header, and things
6269 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6270 base by copying it out of \c{CS} instead.
6272 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6273 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6274 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6275 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6276 \c{EXE_stack 64}.
6278 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6279 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6280 \c{binexe.asm}.
6283 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6285 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6286 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6287 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6288 output format.
6291 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6293 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6294 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6295 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6296 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6297 like
6299 \c         org 100h
6301 \c section .text
6303 \c start:
6304 \c         ; put your code here
6306 \c section .data
6308 \c         ; put data items here
6310 \c section .bss
6312 \c         ; put uninitialized data here
6314 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6315 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6316 you want to and the code will still end up at the front of the file
6317 where it belongs.
6319 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6320 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6321 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6322 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6323 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6324 run.
6326 To assemble the above program, you should use a command line like
6328 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6330 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6331 explicit output file name were specified, so you have to override it
6332 and give the desired file name.
6335 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6337 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6338 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6339 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6340 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6341 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6342 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6343 file.
6345 If you do this, you need to take care of several things:
6347 \b The first object file containing code should start its code
6348 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6349 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6350 segment, so that the linker or converter program does not have to
6351 adjust address references within the file when generating the
6352 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6353 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6354 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6355 in MASM-compatible assemblers.
6357 \b You don't need to define a stack segment.
6359 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6360 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6361 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6362 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6365 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6367 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6368 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6369 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6370 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6371 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6372 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6373 your code segment.
6375 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6376 the various routines inside the driver which do the work. This
6377 structure should be defined at the start of the code segment, even
6378 though it is not actually code.
6380 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6381 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6382 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6383 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6386 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6388 This section covers the basics of writing assembly routines that
6389 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6390 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6391 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6394 \S{16cunder} External Symbol Names
6396 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6397 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6398 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6399 appears in the C program. So, for example, the function a C
6400 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6401 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6402 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6403 not have to worry about name clashes with C symbols.
6405 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6406 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6408 \c %macro  cglobal 1
6410 \c   global  _%1
6411 \c   %define %1 _%1
6413 \c %endmacro
6415 \c %macro  cextern 1
6417 \c   extern  _%1
6418 \c   %define %1 _%1
6420 \c %endmacro
6422 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6423 \c{%rep} construct could solve this.)
6425 If you then declare an external like this:
6427 \c cextern printf
6429 then the macro will expand it as
6431 \c extern  _printf
6432 \c %define printf _printf
6434 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6435 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6437 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6438 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6439 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6441 Also see \k{opt-pfix}.
6443 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6445 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6446 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6447 writing for. This means you have to keep track of the following
6448 things:
6450 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6451 functions are near. This means that function pointers, when stored
6452 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6453 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6454 never changes its value, and always gives the segment part of the
6455 full function address), and that functions are called using ordinary
6456 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6457 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6458 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6459 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6461 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6462 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6463 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6464 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6465 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6466 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6467 \c{CALL FAR} to call external routines.
6469 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6470 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6471 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6472 segment part of the full data item address).
6474 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6475 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6476 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6477 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6478 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6479 pointers you are passed.
6481 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6482 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6483 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6484 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6485 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6487 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6488 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6489 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6490 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6491 and global data items can both be accessed easily without changing
6492 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6493 segments. However, some memory models (though not the standard
6494 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6495 same value to be removed. Be careful about functions' local
6496 variables in this latter case.
6498 In models with a single code segment, the segment is called
6499 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6500 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6501 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6502 called \i\c{_DATA}.
6505 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6507 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6508 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6509 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6510 doing the calling and the function which gets called.
6512 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6513 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6514 argument specified to the function is pushed last).
6516 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6517 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6518 memory model.
6520 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6521 actually necessary, in functions which do not need to access their
6522 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6523 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6524 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6525 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6526 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6527 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6529 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6530 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6531 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6532 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6533 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6534 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6535 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6536 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6537 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6538 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6539 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6540 parameters in reverse order means that the function knows where to
6541 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6542 remaining ones.
6544 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6545 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6546 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6548 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6549 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6550 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6551 compiler) returned in \c{ST0}.
6553 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6554 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6555 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6556 memory model.
6558 \b When the caller regains control from the callee, the function
6559 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6560 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6561 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6562 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6563 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6564 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6565 removing.
6567 It is instructive to compare this calling convention with that for
6568 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6569 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6570 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6571 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6572 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6573 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6574 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6575 which means that a compiler can give better guarantees about
6576 sequence points without performance suffering.
6578 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6579 The following example is for small model:
6581 \c global  _myfunc
6583 \c _myfunc:
6584 \c         push    bp
6585 \c         mov     bp,sp
6586 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6587 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6589 \c         ; some more code
6591 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6592 \c         pop     bp
6593 \c         ret
6595 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6596 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6597 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6598 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6599 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6600 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6602 At the other end of the process, to call a C function from your
6603 assembly code, you would do something like this:
6605 \c extern  _printf
6607 \c       ; and then, further down...
6609 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6610 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6611 \c       call    _printf
6612 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6614 \c       ; then those data items...
6616 \c segment _DATA
6618 \c myint         dw    1234
6619 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6621 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6622 code
6624 \c     int myint = 1234;
6625 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6627 In large model, the function-call code might look more like this. In
6628 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6629 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6630 it first.
6632 \c       push    word [myint]
6633 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6634 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6635 \c       call    far _printf
6636 \c       add    sp,byte 6
6638 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6639 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6640 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6641 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6642 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6643 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6644 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6645 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6646 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6647 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6648 word of parameters.
6651 \S{16cdata} Accessing Data Items
6653 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6654 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6655 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6656 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6657 accessed from assembler as
6659 \c extern _i
6661 \c         mov ax,[_i]
6663 And to declare your own integer variable which C programs can access
6664 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6665 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6667 \c global  _j
6669 \c _j      dw      0
6671 To access a C array, you need to know the size of the components of
6672 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6673 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6674 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6675 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6676 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6677 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6678 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6680 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6681 the base of the structure to the field you are interested in. You
6682 can either do this by converting the C structure definition into a
6683 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6684 one offset and using just that.
6686 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6687 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6688 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6689 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6690 Typically, you might find that a structure like
6692 \c struct {
6693 \c     char c;
6694 \c     int i;
6695 \c } foo;
6697 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6698 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6699 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6700 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6701 out how your own compiler does it.
6704 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6706 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6707 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6708 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6709 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6710 the work involved in keeping track of the calling convention.
6712 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6713 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6715 An example of an assembly function using the macro set is given
6716 here:
6718 \c proc    _nearproc
6720 \c %$i     arg
6721 \c %$j     arg
6722 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6723 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6724 \c         add     ax,[bx]
6726 \c endproc
6728 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6729 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6730 integer. It returns \c{i + *j}.
6732 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6733 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6734 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6735 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6736 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6737 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6738 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6740 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6741 compact-model code) by default. You can have it generate far
6742 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6743 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6744 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6745 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6746 dependency on whether data pointers are far or not.
6748 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6749 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6750 many function parameters will be of type \c{int}.
6752 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6754 \c %define FARCODE
6756 \c proc    _farproc
6758 \c %$i     arg
6759 \c %$j     arg     4
6760 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6761 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6762 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6763 \c         add     ax,[bx]
6765 \c endproc
6767 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6768 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6769 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6772 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6774 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6775 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6777 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6778 not required for Pascal.
6780 \b The memory model is always large: functions are far, data
6781 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6782 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6783 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6784 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6785 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6786 data declared in a Pascal program goes into the default data
6787 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6788 when control is passed to your assembly code. The only things that
6789 do not live in the default data segment are local variables (they
6790 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6791 data \e{pointers}, however, are far.
6793 \b The function calling convention is different - described below.
6795 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6797 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6798 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6799 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6802 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6804 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6805 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6806 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6807 used to denote the function doing the calling and the function which
6808 gets called.
6810 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6811 after another, in normal order (left to right, so that the first
6812 argument specified to the function is pushed first).
6814 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6815 control to the callee.
6817 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6818 actually necessary, in functions which do not need to access their
6819 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6820 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6821 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6822 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6823 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6824 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6826 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6827 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6828 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6829 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6830 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6831 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6832 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6834 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6835 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6836 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6838 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6839 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6840 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6841 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6842 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6843 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6844 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6845 places the returned string value at that location. The pointer is
6846 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6847 \c{RETF} instruction.
6849 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6850 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6851 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6852 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6853 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6854 to be removed from the stack as a side effect of the return
6855 instruction.
6857 \b When the caller regains control from the callee, the function
6858 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6859 do nothing further.
6861 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6862 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6864 \c global  myfunc
6866 \c myfunc: push    bp
6867 \c         mov     bp,sp
6868 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6869 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6870 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6872 \c         ; some more code
6874 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6875 \c         pop     bp
6876 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6878 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6879 assembly code, you would do something like this:
6881 \c extern  SomeFunc
6883 \c        ; and then, further down...
6885 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6886 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6887 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6888 \c        call   far SomeFunc
6890 This is equivalent to the Pascal code
6892 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6893 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6896 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6897 Name Restrictions
6899 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6900 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6901 reading and understanding the various information contained in a
6902 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6903 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6904 restrictions:
6906 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6907 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6909 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6910 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6912 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6913 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6915 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6916 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6919 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6921 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6922 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6923 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6924 definition ensures that functions are far (it implies
6925 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6926 generated with an operand.
6928 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6929 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6930 reverse order. For example:
6932 \c %define PASCAL
6934 \c proc    _pascalproc
6936 \c %$j     arg 4
6937 \c %$i     arg
6938 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6939 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6940 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6941 \c         add     ax,[bx]
6943 \c endproc
6945 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6946 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6947 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6948 and the contents of the pointer. The only difference between this
6949 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6950 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6951 reverse order.
6954 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6956 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6957 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6958 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6959 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6960 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6961 shared libraries.
6963 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6964 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6965 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6966 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6967 address space no matter what segment you work relative to, and that
6968 you should ignore all segment registers completely. When writing
6969 flat-model application code, you never need to use a segment
6970 override or modify any segment register, and the code-section
6971 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6972 space as the data-section addresses you access your variables by and
6973 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6974 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6975 offset part.
6978 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6980 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6981 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6982 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6985 \S{32cunder} External Symbol Names
6987 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6988 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6989 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6990 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6991 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6992 underscore on their assembly-language names.
6994 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6995 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6996 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6997 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6998 though, the leading underscore should not be used.
7000 See also \k{opt-pfix}.
7002 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
7004 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
7005 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
7006 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
7007 the function doing the calling and the function which gets called.
7009 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
7010 after another, in reverse order (right to left, so that the first
7011 argument specified to the function is pushed last).
7013 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
7014 control to the callee.
7016 \b The callee receives control, and typically (although this is not
7017 actually necessary, in functions which do not need to access their
7018 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
7019 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
7020 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
7021 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
7022 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
7023 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
7025 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
7026 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
7027 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
7028 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
7029 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
7030 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
7031 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
7032 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
7033 pushing of the parameters in reverse order means that the function
7034 knows where to find its first parameter, which tells it the number
7035 and type of the remaining ones.
7037 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
7038 allocate space on the stack for local variables, which will then be
7039 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
7041 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
7042 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
7043 of the value. Floating-point results are typically returned in
7044 \c{ST0}.
7046 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
7047 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
7048 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
7050 \b When the caller regains control from the callee, the function
7051 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
7052 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
7053 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
7054 called with the wrong number of parameters due to a prototype
7055 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
7056 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
7057 removing.
7059 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
7060 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
7061 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
7062 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
7063 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
7064 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
7065 still pushed in right-to-left order.
7067 Thus, you would define a function in C style in the following way:
7069 \c global  _myfunc
7071 \c _myfunc:
7072 \c         push    ebp
7073 \c         mov     ebp,esp
7074 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
7075 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
7077 \c         ; some more code
7079 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
7080 \c         ret
7082 At the other end of the process, to call a C function from your
7083 assembly code, you would do something like this:
7085 \c extern  _printf
7087 \c         ; and then, further down...
7089 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
7090 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
7091 \c         call    _printf
7092 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
7094 \c         ; then those data items...
7096 \c segment _DATA
7098 \c myint       dd   1234
7099 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
7101 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
7103 \c     int myint = 1234;
7104 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
7107 \S{32cdata} Accessing Data Items
7109 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
7110 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
7111 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
7112 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
7113 accessed from assembler as
7115 \c           extern _i
7116 \c           mov eax,[_i]
7118 And to declare your own integer variable which C programs can access
7119 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
7120 the \c{_DATA} segment, if necessary):
7122 \c           global _j
7123 \c _j        dd 0
7125 To access a C array, you need to know the size of the components of
7126 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
7127 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
7128 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
7129 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
7130 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
7131 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
7132 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
7133 are also 4 bytes long.
7135 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
7136 the base of the structure to the field you are interested in. You
7137 can either do this by converting the C structure definition into a
7138 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
7139 one offset and using just that.
7141 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
7142 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
7143 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
7144 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
7145 Typically, you might find that a structure like
7147 \c struct {
7148 \c     char c;
7149 \c     int i;
7150 \c } foo;
7152 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
7153 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
7154 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
7155 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
7156 out how your own compiler does it.
7159 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
7161 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
7162 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
7163 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
7164 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
7165 the work involved in keeping track of the calling convention.
7167 An example of an assembly function using the macro set is given
7168 here:
7170 \c proc    _proc32
7172 \c %$i     arg
7173 \c %$j     arg
7174 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
7175 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
7176 \c         add     eax,[ebx]
7178 \c endproc
7180 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
7181 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
7182 integer. It returns \c{i + *j}.
7184 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
7185 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
7186 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
7187 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
7188 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
7189 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
7190 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
7192 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
7193 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
7194 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
7197 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
7198 Libraries}
7200 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
7201 because it contains support for \i{position-independent code}
7202 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
7203 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
7204 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
7206 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
7207 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
7208 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
7209 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
7211 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
7212 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
7213 of the running process. The contents of the library's code section
7214 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
7216 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
7217 this:
7219 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
7221 Instead, the linker provides an area of memory called the
7222 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
7223 constant distance from your library's code, so if you can find out
7224 where your library is loaded (which is typically done using a
7225 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
7226 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
7227 linker-generated entries in the GOT.
7229 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
7230 restrictions: since the data section is writable, it has to be
7231 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
7232 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
7233 you can put ordinary types of relocation in the data section without
7234 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
7237 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
7239 Each code module in your shared library should define the GOT as an
7240 external symbol:
7242 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7243 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7245 At the beginning of any function in your shared library which plans
7246 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7247 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7248 in this form:
7250 \c func:   push    ebp
7251 \c         mov     ebp,esp
7252 \c         push    ebx
7253 \c         call    .get_GOT
7254 \c .get_GOT:
7255 \c         pop     ebx
7256 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7258 \c         ; the function body comes here
7260 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7261 \c         mov     esp,ebp
7262 \c         pop     ebp
7263 \c         ret
7265 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7266 second leading underscore.)
7268 The first two lines of this function are simply the standard C
7269 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7270 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7271 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7272 libraries use this register to store the address of the GOT.
7274 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7275 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7276 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7277 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7278 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7279 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7280 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7281 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7282 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7283 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7284 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7285 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7286 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7287 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7288 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7289 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7291 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7292 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7293 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7295 \c %macro  get_GOT 0
7297 \c         call    %%getgot
7298 \c   %%getgot:
7299 \c         pop     ebx
7300 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7302 \c %endmacro
7304 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7306 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7307 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7308 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7309 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7310 way this works is like this:
7312 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7314 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7315 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7316 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7317 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7319 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7320 them, they are shared between code modules in the library, but do
7321 not get exported from the library to the program that loaded it.
7322 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7323 can access them in the same way as local variables, using the above
7324 \c{..gotoff} mechanism.
7326 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7327 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7328 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7331 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7333 If your library needs to get at an external variable (external to
7334 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7335 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7336 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7337 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7338 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7339 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7340 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7341 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7342 you would code
7344 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7346 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7347 linker, when it builds the shared library, collects together every
7348 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7349 has every necessary entry present.
7351 Common variables must also be accessed in this way.
7354 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7356 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7357 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7358 you have to give the size of the data item. This is because the
7359 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7360 entries for any exported functions, and also moves exported data
7361 items away from the library's data section in which they were
7362 declared.
7364 So to export a function to users of the library, you must use
7366 \c global  func:function           ; declare it as a function
7368 \c func:   push    ebp
7370 \c         ; etc.
7372 And to export a data item such as an array, you would have to code
7374 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7376 \c array:  resd    128
7377 \c .end:
7379 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7380 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7381 end up living in the data section of the main program, rather than
7382 in your library's data section, where you declared it. So you will
7383 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7384 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7385 effectively, it has become).
7387 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7388 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7389 sort of code:
7391 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7393 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7394 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7395 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7396 pointing at your data section instead of at the exported global
7397 which resides elsewhere.
7399 Instead of the above code, then, you must write
7401 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7403 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7404 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7405 at that address, rather than just relocating by section base.
7407 Either method will work for functions: referring to one of your
7408 functions by means of
7410 \c funcptr:        dd      my_function
7412 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7414 \c funcptr:        dd      my_function wrt ..sym
7416 will give the address of the procedure linkage table for the
7417 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7418 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7421 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7423 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7424 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7425 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7426 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7427 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7428 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7429 in the main program can be transparently passed off to their real
7430 destinations.
7432 To call an external routine, you must use another special PIC
7433 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7434 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7435 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7436 ..plt}.
7439 \S{link} Generating the Library File
7441 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7442 you then generate your shared library with a command such as
7444 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7445 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7447 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7448 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7449 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7450 library file name, with a version number, into the library:
7452 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7454 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7455 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7458 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7460 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7461 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7462 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7463 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7464 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7465 one, or jumps between different-size segments.
7468 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7470 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7471 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7472 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7473 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7474 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7475 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7476 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7477 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7479 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7480 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7481 segment, so just coding, for example,
7483 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7485 will not work, since the offset part of the address will be
7486 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7487 one.
7489 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7490 generate the required instruction by coding it manually, using
7491 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7492 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7494 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7496 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7497 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7498 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7499 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7500 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7501 segment to a 32-bit one.
7503 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7504 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7506 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7508 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7509 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7510 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7513 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7514 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7516 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7517 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7518 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7519 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7520 32-bit segment, or vice versa.
7522 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7523 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7524 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7525 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7527 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7528 the address, since any effective address containing a 32-bit
7529 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7531 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7532 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7534 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7535 instruction and a register) if you already know the precise offset
7536 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7537 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7538 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7540 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7541 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7543 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7545 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7546 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7547 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7549 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7551 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7552 which controls the size of the data stored at the address, with the
7553 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7554 address itself. The two can quite easily be different:
7556 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7558 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7559 offset.
7561 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7562 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7564 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7566 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7567 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7568 offset), and calls that address.
7571 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7573 The other way you might want to access data might be using the
7574 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7575 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7576 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7577 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7579 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7580 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7581 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7582 desired address into \c{ESI} and then code
7584 \c         a32     lodsb
7586 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7587 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7588 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7589 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7591 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7592 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7593 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7594 instructions with implicit addressing:
7595 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7596 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7597 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7598 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7599 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7600 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7601 Also, the
7602 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7603 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7604 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7605 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7606 size from the code segment.
7608 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7609 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7610 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7611 give the value of the segment register being manipulated. To force
7612 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7613 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7615 \c         o16 push    ss
7616 \c         o16 push    ds
7618 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7619 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7620 one.
7622 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7623 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7626 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7628 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7629 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7630 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7631 write position-independent code for shared libraries.
7633 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7634 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7635 registers, which still add their bases.
7637 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7638 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7639 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7640 probably desirable to make that the default, using the directive
7641 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7643 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7644 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7645 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7646 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7647 Please see the ABI documentation for your platform.
7649 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7650 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7651 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7652 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7654 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7655 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7656 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7657 set to zero.
7659 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7661 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7662 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7664 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7665 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7666 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7667 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7669 This is consistent with the AMD documentation and most other
7670 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7671 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7672 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7673 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7674 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7675 can be used for this purpose.
7677 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7679 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7680 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7681 immediates to 32 bits.
7683 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7685 \c      MOV reg64,imm64
7687 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7688 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7689 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7690 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7691 immediate as \c{DWORD}:
7693 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7694 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7695 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7696 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7698 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7700 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7701 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7702 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7703 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7704 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7705 displacement size as \c{QWORD}:
7707 \c      default abs
7709 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7710 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7711 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7713 \c      default rel
7715 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7716 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7717 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7718 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7720 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7721 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7723 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7725 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7727 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7729 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7730 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7732 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7733 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7734 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7735 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7736 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7738 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7740 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7741 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7742 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7743 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7745 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7747 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7749 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7751 \c      void foo(long a, double b, int c)
7753 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7755 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7757 The Win64 ABI is described at:
7759 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7761 What follows is a simplified summary.
7763 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7764 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7765 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7766 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7767 use by the function without saving.
7769 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7771 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7772 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7773 return is \c{XMM0} only.
7775 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7777 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7779 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7781 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7783 \C{trouble} Troubleshooting
7785 This chapter describes some of the common problems that users have
7786 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7787 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7788 that isn't listed here.
7791 \H{problems} Common Problems
7793 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7795 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7796 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7797 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7798 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7799 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7800 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7801 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7802 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7803 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7806 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7808 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7809 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7810 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7811 longer.
7813 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7814 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7815 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7816 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7817 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7818 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7819 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7820 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7821 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7822 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7823 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7824 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7827 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7829 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7830 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7831 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7832 sector, people who are used to MASM tend to code
7834 \c         ORG 0
7836 \c         ; some boot sector code
7838 \c         ORG 510
7839 \c         DW 0xAA55
7841 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7842 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7843 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7845 \c         ORG 0
7847 \c         ; some boot sector code
7849 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7850 \c         DW 0xAA55
7852 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7853 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7854 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7855 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7856 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7857 find out what's wrong with it.
7860 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7862 The other common problem with the above code is people who write the
7863 \c{TIMES} line as
7865 \c         TIMES 510-$ DB 0
7867 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7868 the difference between them is also a pure number and can happily be
7869 fed to \c{TIMES}.
7871 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7872 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7873 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7874 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7875 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7876 information back to the expression evaluator. So from the
7877 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7878 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7879 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7880 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7882 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7883 line in the form
7885 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7887 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7888 and so their difference is a pure number. This will solve the
7889 problem and generate sensible code.
7892 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7894 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7895 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7896 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7897 \i\c{bugtracker} at
7898 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7899 (click on "Bug Tracker"), or if that fails then through one of the
7900 contacts in \k{contact}.
7902 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7903 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7904 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7905 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7906 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7907 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7908 there.
7910 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7911 information:
7913 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7914 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7916 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7917 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7918 you were using the standard distribution binaries out of the
7919 archive. If you were using a locally built executable, try to
7920 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7921 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7924 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7925 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7926 \c{NASMENV} environment variable if any.
7928 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7929 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7930 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7931 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7932 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7933 compiler, what version, and what command line or options you used.
7934 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7935 with the command-line version of the compiler.)
7937 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7938 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7939 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7940 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7941 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7942 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7943 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7944 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7945 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7946 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7947 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7948 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7949 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7951 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7952 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7953 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7954 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7955 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7956 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7957 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7958 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7959 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7960 should be 77 instead'.
7962 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7963 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7964 generates the same file, or whether the problem is related to
7965 portability issues between our development platforms and yours. We
7966 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7967 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7968 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7969 for us.
7971 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7972 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7973 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7974 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7975 differently from us.
7978 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7980                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7982 \H{ndisintro} Introduction
7985 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7986 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7987 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7988 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7989 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7991 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7992 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7993 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7994 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7995 disassembles.
7998 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
8000 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
8001 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
8002 are on a Unix system.
8005 \H{ndisrun} Running NDISASM
8007 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
8009 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
8011 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
8012 provided of course that you remember to specify which it is to work
8013 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
8014 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
8016 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
8017 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
8018 summary of command line options.
8021 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
8023 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
8024 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
8025 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
8026 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
8027 this.
8029 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
8030 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
8031 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
8032 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
8033 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
8035 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
8037 \c        ndisasm -o100h filename.com
8039 will do the trick.
8042 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
8044 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
8045 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
8046 will faithfully plough through the data section, producing machine
8047 instructions wherever it can (although most of them will look
8048 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
8049 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
8050 Then it will reach the code section.
8052 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
8053 instruction from part of the data section, and its file position is
8054 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
8055 entirely possible that another spurious instruction will get
8056 generated, starting with the final byte of the data section, and
8057 then the correct first instruction in the code section will not be
8058 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
8059 ideal.
8061 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
8062 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
8063 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
8064 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
8065 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
8066 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
8067 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
8068 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
8069 the instructions in your code section.
8071 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
8072 in terms of the program origin, not the file position. So if you
8073 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
8076 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
8078 rather than
8080 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
8082 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
8083 to, just by repeating the \c{-s} option.
8086 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
8087 \I\c{auto-sync}
8089 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
8090 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
8091 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
8092 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
8093 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
8094 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
8095 needed.
8097 On the other hand, why should you have to specify the sync point
8098 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
8099 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
8100 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
8102 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
8103 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
8104 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
8105 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
8106 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
8107 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
8108 processed, there isn't much it can do about it...)
8110 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
8111 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
8112 the register contains) or involves a segment address (in which case
8113 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
8114 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
8116 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
8117 points in all the right places, and save you from having to place
8118 any sync points manually. However, it should be stressed that
8119 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
8120 you may still have to place some manually.
8122 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
8123 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
8124 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
8125 options.
8127 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
8128 fluke, something in your data section should disassemble to a
8129 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
8130 sync point in a totally random place, for example in the middle of
8131 one of the instructions in your code section. So you may end up with
8132 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
8133 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
8134 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
8135 suppress disassembly of the data area.
8138 \S{ndisother} Other Options
8140 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
8141 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
8142 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
8143 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
8145 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
8146 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
8147 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
8148 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
8149 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
8150 anyway.
8153 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
8155 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
8156 possible, should be sent to
8157 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
8158 developer's site at
8159 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
8160 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
8161 new features as well.
8163 \A{inslist} \i{Instruction List}
8165 \H{inslistintro} Introduction
8167 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
8168 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
8169 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
8170  when appropriate, one or more usage flags.
8172 \& inslist.src
8174 \A{changelog} \i{NASM Version History}
8176 \& changes.src