doc: title capitalization
[nasm/autotest.git] / doc / nasmdoc.src
blob07aa0747bc716c684bec6eb9903a638b75d19c26
1 \#
2 \# Source code to NASM documentation
3 \#
4 \M{category}{Programming}
5 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
6 \M{year}{2008}
7 \M{author}{The NASM Development Team}
8 \M{license}{All rights reserved. This document is redistributable under the license given in the file "COPYING" distributed in the NASM archive.}
9 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
10 \M{infoname}{NASM}
11 \M{infofile}{nasm}
12 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
13 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
14 \IR{-D} \c{-D} option
15 \IR{-E} \c{-E} option
16 \IR{-F} \c{-F} option
17 \IR{-I} \c{-I} option
18 \IR{-M} \c{-M} option
19 \IR{-MD} \c{-MD} option
20 \IR{-MF} \c{-MF} option
21 \IR{-MG} \c{-MG} option
22 \IR{-MP} \c{-MP} option
23 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
24 \IR{-MT} \c{-MT} option
25 \IR{-On} \c{-On} option
26 \IR{-P} \c{-P} option
27 \IR{-U} \c{-U} option
28 \IR{-X} \c{-X} option
29 \IR{-a} \c{-a} option
30 \IR{-d} \c{-d} option
31 \IR{-e} \c{-e} option
32 \IR{-f} \c{-f} option
33 \IR{-g} \c{-g} option
34 \IR{-i} \c{-i} option
35 \IR{-l} \c{-l} option
36 \IR{-o} \c{-o} option
37 \IR{-p} \c{-p} option
38 \IR{-s} \c{-s} option
39 \IR{-u} \c{-u} option
40 \IR{-v} \c{-v} option
41 \IR{-w} \c{-w} option
42 \IR{-y} \c{-y} option
43 \IR{-Z} \c{-Z} option
44 \IR{!=} \c{!=} operator
45 \IR{$, here} \c{$}, Here token
46 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
47 \IR{$$} \c{$$} token
48 \IR{%} \c{%} operator
49 \IR{%%} \c{%%} operator
50 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
51 \IA{%-1}{%+1}
52 \IR{%0} \c{%0} parameter count
53 \IR{&} \c{&} operator
54 \IR{&&} \c{&&} operator
55 \IR{*} \c{*} operator
56 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
57 \IR{/} \c{/} operator
58 \IR{//} \c{//} operator
59 \IR{<} \c{<} operator
60 \IR{<<} \c{<<} operator
61 \IR{<=} \c{<=} operator
62 \IR{<>} \c{<>} operator
63 \IR{=} \c{=} operator
64 \IR{==} \c{==} operator
65 \IR{>} \c{>} operator
66 \IR{>=} \c{>=} operator
67 \IR{>>} \c{>>} operator
68 \IR{?} \c{?} MASM syntax
69 \IR{^} \c{^} operator
70 \IR{^^} \c{^^} operator
71 \IR{|} \c{|} operator
72 \IR{||} \c{||} operator
73 \IR{~} \c{~} operator
74 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
75 \IA{%$$}{%$}
76 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
77 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
78 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
79 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
80 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
81 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
82 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
83 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
84 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
85 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
86 variables
87 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
88 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
89 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
90 \IR{autoconf} Autoconf
91 \IR{bin} bin
92 \IR{bitwise and} bitwise AND
93 \IR{bitwise or} bitwise OR
94 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
95 \IR{block ifs} block IFs
96 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
97 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
98 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
99 \IR{bsd} BSD
100 \IR{c calling convention} C calling convention
101 \IR{c symbol names} C symbol names
102 \IA{critical expressions}{critical expression}
103 \IA{command line}{command-line}
104 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
105 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
106 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
107 \IA{character constants}{character constant}
108 \IR{common object file format} Common Object File Format
109 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
110 in \c{elf}
111 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
112 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
113 \IR{declaring structure} declaring structures
114 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
115 \IR{devpac} DevPac
116 \IR{djgpp} DJGPP
117 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
118 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
119 \IR{dos} DOS
120 \IR{dos archive} DOS archive
121 \IR{dos source archive} DOS source archive
122 \IA{effective address}{effective addresses}
123 \IA{effective-address}{effective addresses}
124 \IR{elf} ELF
125 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
126 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
127 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
128 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
129 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
130 \IR{freebsd} FreeBSD
131 \IR{freelink} FreeLink
132 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
133 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
134 convention
135 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
136 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
137 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
138 \IR{got} GOT
139 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
140 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
141 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
142 \IR{intel number formats} Intel number formats
143 \IR{linux, elf} Linux, ELF
144 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
145 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
146 \IR{logical and} logical AND
147 \IR{logical or} logical OR
148 \IR{logical xor} logical XOR
149 \IR{masm} MASM
150 \IA{memory reference}{memory references}
151 \IR{minix} Minix
152 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
153 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
154 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
155 \IR{mmx registers} MMX registers
156 \IA{modr/m}{modr/m byte}
157 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
158 \IR{ms-dos} MS-DOS
159 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
160 \IR{multipush} \c{multipush} macro
161 \IR{nan} NaN
162 \IR{nasm version} NASM version
163 \IR{netbsd} NetBSD
164 \IR{omf} OMF
165 \IR{openbsd} OpenBSD
166 \IR{operating system} operating system
167 \IR{os/2} OS/2
168 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
169 \IR{passes} passes, assembly
170 \IR{perl} Perl
171 \IR{pic} PIC
172 \IR{pharlap} PharLap
173 \IR{plt} PLT
174 \IR{plt} \c{PLT} relocations
175 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
176 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
177 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
178 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
179 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
180 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
181 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
182 Object File Format
183 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
184 \IA{repeating}{repeating code}
185 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
186 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
187 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
188 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
189 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
190 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
191 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
192 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
193 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
194 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
195 \IR{shift command} \c{shift} command
196 \IA{sib}{sib byte}
197 \IR{sib byte} SIB byte
198 \IR{solaris x86} Solaris x86
199 \IA{standard section names}{standardized section names}
200 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
201 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
202 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
203 \IR{tlink} \c{TLINK}
204 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
205 \IR{unicode} Unicode
206 \IR{unix} Unix
207 \IR{utf-8} UTF-8
208 \IA{sco unix}{unix, sco}
209 \IR{unix, sco} Unix, SCO
210 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
211 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
212 \IA{unix system v}{unix, system v}
213 \IR{unix, system v} Unix, System V
214 \IR{unixware} UnixWare
215 \IR{val} VAL
216 \IR{version number of nasm} version number of NASM
217 \IR{visual c++} Visual C++
218 \IR{www page} WWW page
219 \IR{win32} Win32
220 \IR{win32} Win64
221 \IR{windows} Windows
222 \IR{windows 95} Windows 95
223 \IR{windows nt} Windows NT
224 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
225 \# \IC{program entry point}{start point, program}
226 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
227 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
228 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
231 \C{intro} Introduction
233 \H{whatsnasm} What Is NASM?
235 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
236 for portability and modularity. It supports a range of object file
237 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
238 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
239 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
240 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
241 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
242 strong support for macros.
245 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
247 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
248 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
249 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
250 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
252 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
253 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
255 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
256 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
257 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
258 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
259 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
260 it (properly.)
262 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
263 doesn't seem to have much (or any) documentation.
265 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
266 DOS.
268 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
269 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
270 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
271 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
272 It's expensive too. And it's DOS-only.
274 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
275 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
276 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
277 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
278 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
279 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
280 Again.
283 \S{legal} License Conditions
285 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
286 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
287 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
288 Public License, LGPL.
291 \H{contact} Contact Information
293 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
294 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
295 (see below for the link).
296 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
298 NASM has a \i{WWW page} at
299 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
300 not there, google for us!
303 The original authors are \i{e\-mail}able as
304 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
305 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
306 The latter is no longer involved in the development team.
308 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
309 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
310 and to
311 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
313 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
315 Announcements are posted to
316 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
317 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
318 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
320 If you want information about NASM beta releases, and the current
321 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
322 by registering at
323 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
326 \H{install} Installation
328 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
330 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
331 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
332 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
333 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
335 The archive will contain a set of executable files: the NASM
336 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
337 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
338 RDOFF file format.
340 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
341 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
342 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
343 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
344 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
345 under other versions of Windows as well.)
347 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
348 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
349 so you can delete it if you need to save space; however, you may
350 want to keep the documentation or test programs.
352 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
353 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
354 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
355 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
356 the source archive.
358 Note that a number of files are generated from other files by Perl
359 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
360 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
361 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
362 documentation. It is possible future source distributions may not
363 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
364 platforms, including DOS and Windows, are available from
365 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
368 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
370 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
371 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
372 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
373 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
374 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
376 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
377 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
378 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
379 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
380 accordingly.
382 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
383 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
384 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
385 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
386 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
387 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
388 install the programs yourself.
390 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
391 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
392 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
393 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
396 \C{running} Running NASM
398 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
400 To assemble a file, you issue a command of the form
402 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
404 For example,
406 \c nasm -f elf myfile.asm
408 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
410 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
412 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
414 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
415 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
416 to give a listing file name, for example:
418 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
420 To get further usage instructions from NASM, try typing
422 \c nasm -h
424 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
425 are.
427 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
428 or \c{ELF}, type
430 \c file nasm
432 (in the directory in which you put the NASM binary when you
433 installed it). If it says something like
435 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
437 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
438 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
440 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
442 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
443 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
444 and are rare these days.)
446 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
447 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
448 messages.
451 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
453 NASM will normally choose the name of your output file for you;
454 precisely how it does this is dependent on the object file format.
455 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
456 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
457 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
458 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
459 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
460 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
461 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
462 the output file \c{myfile}.
464 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
465 has the same name as the input file, in which case it will give a
466 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
468 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
469 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
470 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
471 with the name you wish for the output file, either with or without
472 an intervening space. For example:
474 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
475 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
477 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
478 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
481 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
483 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
484 output file format for you itself. In the distribution versions of
485 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
486 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
487 choose what you want the default to be.
489 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
490 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
492 A complete list of the available output file formats can be given by
493 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
496 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
498 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
499 optional space) by a file name, NASM will generate a
500 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
501 code are listed on the left, and the actual source code, with
502 expansions of multi-line macros (except those which specifically
503 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
504 right. For example:
506 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
508 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
509 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
510 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
511 form" (without the brackets). This can be used to list only 
512 sections of interest, avoiding excessively long listings.
515 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
517 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
518 This can be redirected to a file for further processing. For example:
520 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
523 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
525 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
526 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
527 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
528 dependency list without a prefix.
531 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
533 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
534 output to a file, rather than to stdout.  For example:
536 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
539 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
541 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
542 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
543 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
544 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
545 updated dependencies with every assembly session.  For example:
547 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
550 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
552 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
553 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
554 specified by the \c{-o} option.
557 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
559 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
560 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
561 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
562 quotable in Make.
565 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
567 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
568 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
569 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
570 file has been removed.
573 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
575 This option is used to select the format of the debug information emitted 
576 into the output file, to be used by a debugger (or \e{will} be). Use
577 of this switch does \e{not} enable output of the selected debug info format.
578 Use \c{-g}, see \k{opt-g}, to enable output.
580 A complete list of the available debug file formats for an output
581 format can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format>
582 -y}. Not all output formats currently support debugging output.
583 See \k{opt-y}.
585 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which 
586 is not built into NASM by default. For information on how
587 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
590 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
592 This option can be used to generate debugging information in the specified
593 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
594 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
595 If no debug information is currently implemented in the selected output 
596 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
599 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
601 This option can be used to select an error reporting format for any 
602 error messages that might be produced by NASM.
604 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
605 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
606 the default and looks like this:
608 \c filename.asm:65: error: specific error message 
610 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
611 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
612 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
613 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
614 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
616 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
617 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
619 \c filename.asm(65) : error: specific error message
621 where the only difference is that the line number is in parentheses
622 instead of being delimited by colons.  
624 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
626 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
628 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
629 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
630 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
631 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
632 example) you want to load them into an editor.
634 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
635 which causes errors to be sent to the specified files rather than
636 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
637 the errors into a file by typing
639 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
641 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
642 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
643 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
645 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
647 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
648 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
649 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
650 program, you can type:
652 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
654 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
657 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
659 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
660 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
661 search for the given file not only in the current directory, but also
662 in any directories specified on the command line by the use of the
663 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
664 library}, for example, by typing
666 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
668 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
669 optional).
671 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
672 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
673 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
674 prepended exactly as written to the name of the include file.
675 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
676 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
678 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
679 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
680 to search for the file \c{foobar.i}...)
682 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
683 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
684 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
685 \k{nasmenv}).
687 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
688 be specified as \c{-I}.
691 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
693 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
694 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
695 option. So running
697 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
699 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
700 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
702 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
703 option can also be specified as \c{-P}.
706 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
708 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
709 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
710 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
711 could code
713 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
715 as an alternative to placing the directive
717 \c %define FOO 100
719 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
720 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
721 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
722 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
723 \c{-dDEBUG}.
725 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
726 be specified as \c{-D}.
729 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
731 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
732 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
733 option specified earlier on the command lines.
735 For example, the following command line:
737 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
739 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
740 program. This is useful to override options specified at a different
741 point in a Makefile.
743 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
744 be specified as \c{-U}.
747 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
749 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
750 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
751 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
752 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
753 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
754 if the \c{-o} option is also used).
756 This option cannot be applied to programs which require the
757 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
758 which depend on the values of symbols: so code such as
760 \c %assign tablesize ($-tablestart)
762 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
764 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
765 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
766 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
768 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
770 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
771 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
772 completely and assume the compiler has already done it, to save time
773 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
774 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
775 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
778 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
780 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
781 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
782 optimally, you have to enable extra passes.
784 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
785 The syntax is:
787 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
788         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
789         Immediate operands take their long forms if a short form is
790         not specified.
792 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
793         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
794         -O0, but will produce successful assembly more often if
795         branch offset sizes are not specified.
796         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
797         are optimized, unless the long form is specified.
799 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
800         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
801         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
802         The number specifies the maximum number of passes.  The more
803         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
805 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
806         to do unlimited passes.
808 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
809 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
812 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
814 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
815 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
817 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
819 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
820 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
821 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
822 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
823 Note that you lose the ability to override the default address type for
824 the instruction.
826 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
827 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
828 \c{include}, \c{local})
830 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
832 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
833 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
834 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
835 conditions are reported like errors, but come up with the word
836 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
837 generating an output file and returning a success status to the
838 operating system.
840 Some conditions are even less severe than that: they are only
841 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
842 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
843 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
844 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
845 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
846 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
848 The \i{suppressible warning} classes are:
850 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
851 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
852 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
853 you might want to disable it.
855 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
856 warning class is enabled by default.
858 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
859 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
860 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
861 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
863 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
864 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
865 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
866 enabled by default.
868 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
869 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
870 This warning class is enabled by default.
872 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
873 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
874 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
875 brackets) exists. 
878 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
880 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
881 and the date on which it was compiled.
883 You will need the version number if you report a bug.
885 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
887 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
888 debug info formats for the given output format. The default format 
889 is indicated by an asterisk. For example:
891 \c nasm -f elf -y
893 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
894 \c   ('*' denotes default):
895 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
896 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
899 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
901 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
902 (respectively) the given argument to all \c{global} or
903 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
904 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
905 (but not always) likes it.
908 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
910 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
911 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
912 processed before the real command line. You can use this to define
913 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
914 options in the \c{NASMENV} variable.
916 The value of the variable is split up at white space, so that the
917 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
918 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
919 what you might want, because it will be split at the space and the
920 NASM command-line processing will get confused by the two
921 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
923 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
924 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
925 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
926 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
927 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
928 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
930 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
931 changed with version 0.98.31.
934 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
936 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
937 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
938 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
939 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
940 skipping this section.
943 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
945 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
946 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
947 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
948 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
949 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
950 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
951 will distinguish between labels differing only in case.
954 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
956 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
957 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
958 practical, for the user to look at a single line of NASM code
959 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
960 if you declare, for example,
962 \c foo     equ     1
963 \c bar     dw      2
965 then the two lines of code
967 \c         mov     ax,foo
968 \c         mov     ax,bar
970 generate completely different opcodes, despite having
971 identical-looking syntaxes.
973 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
974 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
975 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
976 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
977 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
978 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
979 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
980 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
982 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
983 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
984 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
985 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
986 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
987 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
989 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
990 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
991 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
992 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
993 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
994 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
995 \e{everything} is a label.
997 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
998 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
999 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1000 portion outside square brackets and another portion inside. The
1001 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1002 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1005 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1007 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1008 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1009 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1010 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1011 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1012 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1013 \c{mov word [var],2}.
1015 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1016 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1017 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1018 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1019 the strings being manipulated.
1022 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1024 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1025 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1026 choose to put in your segment registers, and will never
1027 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1030 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1032 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1033 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1034 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1035 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1036 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1037 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1038 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1039 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1040 track of which external variable definitions are far and which are
1041 near.
1044 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1046 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1047 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1048 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1049 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1051 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1052 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1053 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1054 on a misunderstanding by the authors.
1057 \S{qsother} Other Differences
1059 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1060 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1062 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1063 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1064 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1065 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1066 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1067 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1068 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1070 In addition to all of this, macros and directives work completely
1071 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1072 details.
1075 \C{lang} The NASM Language
1077 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1079 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1080 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1081 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1083 \c label:    instruction operands        ; comment
1085 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1086 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1087 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1088 presence and nature of the instruction field.
1090 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1091 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1092 backslash-ended line.
1094 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1095 have white space before them, or instructions may have no space
1096 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1097 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1098 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1099 valid source line which does nothing but define a label. Running
1100 NASM with the command-line option
1101 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1102 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1104 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1105 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1106 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1107 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1108 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1109 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1110 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1111 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1112 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1113 an identifier is 4095 characters.
1115 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1116 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1117 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1118 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1119 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1120 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1121 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1122 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1123 override}segment register as an instruction prefix: coding
1124 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1125 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1126 syntactic features of the language, but for instructions such as
1127 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1128 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1129 \c{es lodsb}.
1131 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1132 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1133 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1135 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1136 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1138 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1139 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1140 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1141 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1142 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1143 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1145 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1146 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1147 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1148 \# Details of
1149 \# all forms of each supported instruction are given in
1150 \# \k{iref}.
1151 For example, you can code:
1153 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1154 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1156 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1157 \c         fadd    to st1          ; so does this
1159 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1160 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1161 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1164 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1166 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1167 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1168 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1169 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1170 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1171 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1172 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1173 prefix.
1176 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1178 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1179 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1180 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1181 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1183 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1184 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1185 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1186 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1187 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1188 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1189 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1190 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1191 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1192 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1193 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1194 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1195 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1197 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1200 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1202 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1203 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1204 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1205 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1206 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1207 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1208 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1209 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1210 expression}: see \k{crit}.
1212 For example:
1214 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1215 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1216 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1217 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1219 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1221 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1222 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1223 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1224 directly into a game executable file. It can be called in one of
1225 these three ways:
1227 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1228 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1229 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1230 \c                                    ; actually include at most 512
1232 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1233 macro version searches for the file in the include file search path
1234 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1235 overridden if desired.
1238 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1240 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1241 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1242 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1243 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1244 example,
1246 \c message         db      'hello, world'
1247 \c msglen          equ     $-message
1249 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1250 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1251 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1252 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1253 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1254 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1255 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1256 (\k{crit}).
1259 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1261 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1262 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1263 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1264 code
1266 \c zerobuf:        times 64 db 0
1268 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1269 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1270 \e{expression}, so you can do things like
1272 \c buffer: db      'hello, world'
1273 \c         times 64-$+buffer db ' '
1275 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1276 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1277 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1279 \c         times 100 movsb
1281 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1282 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1283 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1285 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1286 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1288 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1289 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1290 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1291 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1292 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1295 \H{effaddr} Effective Addresses
1297 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1298 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1299 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1300 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1301 example:
1303 \c wordvar dw      123
1304 \c         mov     ax,[wordvar]
1305 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1306 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1308 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1309 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1311 More complicated effective addresses, such as those involving more
1312 than one register, work in exactly the same way:
1314 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1315 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1317 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1318 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1319 all right:
1321 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1322 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1324 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1325 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1326 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1327 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1328 generate the latter on the grounds that the former requires four
1329 bytes to store a zero offset.
1331 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1332 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1333 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1334 default segment registers.
1336 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1337 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1338 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1339 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1340 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1341 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1342 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1343 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1344 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1345 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1346 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1348 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1349 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1350 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1351 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1352 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1353 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1354 the offset to be lost.
1356 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1357 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1358 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1359 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1360 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1361 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1363 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1364 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1365 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1366 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1369 \H{const} \i{Constants}
1371 NASM understands four different types of constant: numeric,
1372 character, string and floating-point.
1375 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1377 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1378 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1379 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1380 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1381 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1382 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1383 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1384 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1386 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1387 up long strings.
1389 Some examples:
1391 \c         mov     ax,100          ; decimal
1392 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1393 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1394 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1395 \c         mov     ax,777q         ; octal
1396 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1397 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1398 \c         mov     ax,1001_0011b   ; same binary constant
1401 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1403 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1404 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1405 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1406 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1407 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1408 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1409 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1412 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1414 \c       \'          single quote (')
1415 \c       \"          double quote (")
1416 \c       \`          backquote (`)
1417 \c       \\\          backslash (\)
1418 \c       \?          question mark (?)
1419 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1420 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1421 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1422 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1423 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1424 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1425 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1426 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1427 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1428 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1429 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1430 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1432 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1433 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1434 sequence.
1436 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1437 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1439 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1440 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1441 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1444 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1446 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1447 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1449 A character constant with more than one byte will be arranged
1450 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1452 \c           mov eax,'abcd'
1454 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1455 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1456 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1457 the sense of character constants understood by the Pentium's
1458 \i\c{CPUID} instruction.
1461 \S{strconst} \i{String Constants}
1463 String constants are character strings used in the context of some
1464 pseudo-instructions, namely the
1465 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1466 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1467 certain preprocessor directives.
1469 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1470 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1471 for the conditions. So the following are equivalent:
1473 \c       db    'hello'               ; string constant
1474 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1476 And the following are also equivalent:
1478 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1479 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1480 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1482 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1483 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1484 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1485 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1486 or four-character constants are treated as strings when they are
1487 operands to \c{DW}, and so forth.
1490 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1492 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1493 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1494 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1495 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1496 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1497 \i\c{__float128h__}.
1499 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1500 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1501 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1502 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1503 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1504 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1505 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1506 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1507 notation.
1509 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1510 floating-point constants as well.
1512 Some examples:
1514 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1515 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1516 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1517 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1518 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1519 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1520 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1521 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1522 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1523 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1524 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1526 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1527 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1528 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1529 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1530 called a "\i{minifloat}."
1532 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1533 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1534 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1535 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1536 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1537 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1538 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1539 floating-point number, respectively.
1541 For example:
1543 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1545 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1546 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1548 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1550 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1551 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1552 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1553 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1554 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1555 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1556 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1557 of floating-point routines, which would significantly increase the
1558 size of the assembler for very little benefit.
1560 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1561 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1562 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1563 respectively.  These are normally used as macros:
1565 \c %define Inf __Infinity__
1566 \c %define NaN __QNaN__
1568 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1570 \H{expr} \i{Expressions}
1572 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1573 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1574 appropriate size.
1576 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1577 calculations to involve the current assembly position: the
1578 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1579 position at the beginning of the line containing the expression; so
1580 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1581 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1582 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1584 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1585 increasing order of \i{precedence}.
1588 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1590 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1591 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1592 arithmetic operator supported by NASM.
1595 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1597 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1600 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1602 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1605 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1607 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1608 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1609 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1610 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1611 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1614 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1615 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1617 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1618 subtraction.
1621 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1622 \i{Multiplication} and \i{Division}
1624 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1625 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1626 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1627 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1628 \i{signed modulo} operators respectively.
1630 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1631 operation of the signed modulo operator.
1633 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1634 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1635 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1638 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1639 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1641 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1642 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1643 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1644 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1645 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1646 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1649 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1651 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1652 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1653 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1654 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1656 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1657 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1658 the symbol makes sense. So the code
1660 \c         mov     ax,seg symbol
1661 \c         mov     es,ax
1662 \c         mov     bx,symbol
1664 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1666 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1667 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1668 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1669 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1670 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1672 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1673 \c         mov     es,ax
1674 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1676 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1677 pointer to the symbol \c{symbol}.
1679 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1680 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1681 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1682 could code either of
1684 \c         call    (seg procedure):procedure
1685 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1687 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1688 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1689 practice.)
1691 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1692 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1693 to \c{CALL} in these examples.
1695 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1696 must code
1698 \c         dw      symbol, seg symbol
1700 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1701 invent one using the macro processor.
1704 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1706 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1707 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1708 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1709 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1710 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1711 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1712 in \c{BITS 16} mode,
1714 \c         push dword 33
1716 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1718 \c         push strict dword 33
1720 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1721 21 00 00 00}.
1723 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1724 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1727 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1729 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1730 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1731 called \e{Critical Expressions}.
1733 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1734 code and data, so that the second pass, when generating all the
1735 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1736 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1737 symbol declared after the code in question. For example,
1739 \c         times (label-$) db 0
1740 \c label:  db      'Where am I?'
1742 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1743 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1744 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1745 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1746 code
1748 \c         times (label-$+1) db 0
1749 \c label:  db      'NOW where am I?'
1751 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1752 wrong!
1754 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1755 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1756 value is required to be computable in the first pass, and which must
1757 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1758 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1759 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1760 also critical expressions.
1762 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1763 the following code.
1765 \c                 mov     ax,symbol1
1766 \c symbol1         equ     symbol2
1767 \c symbol2:
1769 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1770 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1771 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1772 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1773 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1774 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1775 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1777 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1778 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1779 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1781 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1782 this code fragment.
1784 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1785 \c offset  equ     10
1787 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1788 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1789 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1790 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1791 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1792 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1793 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1794 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1795 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1796 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1797 generated in this case is not as small as it could have been. This
1798 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1799 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1800 ebx+offset]}.
1802 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1803 no longer true (see \k{opt-On}).
1805 \H{locallab} \i{Local Labels}
1807 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1808 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1809 label, which means that it is associated with the previous non-local
1810 label. So, for example:
1812 \c label1  ; some code
1814 \c .loop
1815 \c         ; some more code
1817 \c         jne     .loop
1818 \c         ret
1820 \c label2  ; some code
1822 \c .loop
1823 \c         ; some more code
1825 \c         jne     .loop
1826 \c         ret
1828 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1829 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1830 are kept separate by virtue of each being associated with the
1831 previous non-local label.
1833 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1834 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1835 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1836 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1837 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1838 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1839 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1840 to, you could write
1842 \c label3  ; some more code
1843 \c         ; and some more
1845 \c         jmp label1.loop
1847 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1848 define a label which can be referenced from anywhere but which
1849 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1850 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1851 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1852 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1853 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1854 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1855 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1856 to the local label mechanism. So you could code
1858 \c label1:                         ; a non-local label
1859 \c .local:                         ; this is really label1.local
1860 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1861 \c label2:                         ; another non-local label
1862 \c .local:                         ; this is really label2.local
1864 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1866 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1867 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1868 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1871 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1873 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1874 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1875 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1876 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1877 sign.
1879 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1880 character into a single line.  Thus:
1882 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1883 \c         THIS_VALUE
1885 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1886 sequence.
1888 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1890 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1892 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1893 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1894 things like
1896 \c %define ctrl    0x1F &
1897 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1899 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1901 which will expand to
1903 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1905 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1906 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1907 not at definition time. Thus the code
1909 \c %define a(x)    1+b(x)
1910 \c %define b(x)    2*x
1912 \c         mov     ax,a(8)
1914 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1915 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1917 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1918 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1919 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1920 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1921 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1922 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1923 \c{bar}.
1925 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1926 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1927 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1928 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1929 Hence, if you code
1931 \c %define a(x)    1+a(x)
1933 \c         mov     ax,a(3)
1935 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1936 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1937 for an example of its use.
1939 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1940 macros: if you write
1942 \c %define foo(x)   1+x
1943 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1945 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1946 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1947 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1948 you define
1950 \c %define foo bar
1952 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1953 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1954 \e{with} parameters, and vice versa.
1956 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1957 perfectly well define a macro with
1959 \c %define foo bar
1961 and then re-define it later in the same source file with
1963 \c %define foo baz
1965 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1966 according to the most recent definition. This is particularly useful
1967 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1969 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1970 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1973 \S{xdefine} Enhancing \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1975 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1976 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1977 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1978 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1979 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
1981 Suppose you have the following code:
1983 \c %define  isTrue  1
1984 \c %define  isFalse isTrue
1985 \c %define  isTrue  0
1987 \c val1:    db      isFalse
1989 \c %define  isTrue  1
1991 \c val2:    db      isFalse
1993 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1994 This is because, when a single-line macro is defined using
1995 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1996 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
1997 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
1998 time it is 1.
2000 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2001 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2002 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2004 \c %xdefine isTrue  1
2005 \c %xdefine isFalse isTrue
2006 \c %xdefine isTrue  0
2008 \c val1:    db      isFalse
2010 \c %xdefine isTrue  1
2012 \c val2:    db      isFalse
2014 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2015 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2016 the time that \c{isFalse} was defined.
2019 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2021 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2022 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2023 several similar macros that perform similar functions.
2025 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2026 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2028 As an example, consider the following:
2030 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2032 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2033 \c         .COM1addr       RESW    1
2034 \c         .COM2addr       RESW    1
2035 \c         ; ..and so on
2036 \c endstruc
2038 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2039 we can end up with:
2041 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2042 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2044 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2045 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2047 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2049 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2051 Now the above code can be written as:
2053 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2054 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2056 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2057 in turn, reduce typing errors).
2060 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2062 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2063 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2064 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2065 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2066 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2067 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2069 For example:
2071 \c %idefine Foo mov %?,%??
2073 \c         foo
2074 \c         FOO
2076 will expand to:
2078 \c         mov foo,Foo
2079 \c         mov FOO,Foo
2081 The sequence:
2083 \c %idefine keyword $%?
2085 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2086 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2088 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2090 \S{undef} Undefining Macros: \i\c{%undef}
2092 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2093 example, the following sequence:
2095 \c %define foo bar
2096 \c %undef  foo
2098 \c         mov     eax, foo
2100 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2101 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2103 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2104 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2105 \k{opt-u}.
2108 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2110 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2111 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2112 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2113 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2115 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2116 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2117 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2118 \c{%assign} directive is processed.
2120 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2121 later, so you can do things like
2123 \c %assign i i+1
2125 to increment the numeric value of a macro.
2127 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2128 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2129 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2131 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2132 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2133 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2134 involving a register).
2137 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2139 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2140 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2141 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2142 before definition.
2144 For example:
2146 \c %defstr test TEST
2148 is equivalent to
2150 \c %define test 'TEST'
2152 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2153 \k{getenv}):
2155 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2158 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2160 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2161 supports two simple string handling macro operators from which
2162 more complex operations can be constructed.
2165 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2167 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2168 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2169 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2170 example of the use of this would be:
2172 \c %strlen charcnt 'my string'
2174 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2175 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2176 was a literal string but it could also have been a single-line
2177 macro that expands to a string, as in the following example:
2179 \c %define sometext 'my string'
2180 \c %strlen charcnt sometext
2182 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2183 assigned the value of 9.
2186 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2188 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2189 An example of its use is probably more useful than the description:
2191 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2192 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2193 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2194 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2195 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2196 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2198 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2199 single-line macro to be created and the second is the string. The
2200 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2201 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2202 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2203 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2204 values out of range result in an empty string.  A negative length
2205 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2206 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2209 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2211 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2212 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2213 this.
2215 \c %macro  prologue 1
2217 \c         push    ebp
2218 \c         mov     ebp,esp
2219 \c         sub     esp,%1
2221 \c %endmacro
2223 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2224 invoke the macro with a call such as
2226 \c myfunc:   prologue 12
2228 which would expand to the three lines of code
2230 \c myfunc: push    ebp
2231 \c         mov     ebp,esp
2232 \c         sub     esp,12
2234 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2235 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2236 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2237 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2238 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2239 \c{%3} and so on.
2241 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2242 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2244 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2245 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2246 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2247 things like
2249 \c %macro  silly 2
2251 \c     %2: db      %1
2253 \c %endmacro
2255 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2256 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2257 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2260 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2262 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2263 defining the same macro name several times with different numbers of
2264 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2265 parameters at all. So you could define
2267 \c %macro  prologue 0
2269 \c         push    ebp
2270 \c         mov     ebp,esp
2272 \c %endmacro
2274 to define an alternative form of the function prologue which
2275 allocates no local stack space.
2277 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2278 instruction; for example, you might want to define
2280 \c %macro  push 2
2282 \c         push    %1
2283 \c         push    %2
2285 \c %endmacro
2287 so that you could code
2289 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2290 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2292 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2293 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2294 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2295 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2296 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2297 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2300 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2302 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2303 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2304 calling the same macro multiple times will use a different label
2305 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2306 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2307 flag is set by doing this:
2309 \c %macro  retz 0
2311 \c         jnz     %%skip
2312 \c         ret
2313 \c     %%skip:
2315 \c %endmacro
2317 You can call this macro as many times as you want, and every time
2318 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2319 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2320 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2321 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2322 interfering with the local label mechanism, as described in
2323 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2324 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2325 they interfere with macro-local labels.
2328 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2330 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2331 command line into one parameter definition, possibly after
2332 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2333 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2334 you might want to be able to write
2336 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2338 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2339 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2340 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2341 the last defined one along with the separating commas. So if you
2342 code:
2344 \c %macro  writefile 2+
2346 \c         jmp     %%endstr
2347 \c   %%str:        db      %2
2348 \c   %%endstr:
2349 \c         mov     dx,%%str
2350 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2351 \c         mov     bx,%1
2352 \c         mov     ah,0x40
2353 \c         int     0x21
2355 \c %endmacro
2357 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2358 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2359 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2360 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2361 \c{db}.
2363 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2364 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2365 \c{%macro} line.
2367 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2368 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2369 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2370 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2371 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2372 into account when overloading macros, and will not allow you to
2373 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2374 example).
2376 Of course, the above macro could have been implemented as a
2377 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2378 look like
2380 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2382 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2383 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2384 definition.
2386 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2389 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2391 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2392 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2393 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2395 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2397 \c         writefile 2,%1
2398 \c         mov     ax,0x4c01
2399 \c         int     0x21
2401 \c %endmacro
2403 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2404 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2405 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2406 called with no parameters, in which case it will use the default
2407 error message supplied in the macro definition.
2409 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2410 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2411 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2412 optional ones. So if a macro definition began with the line
2414 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2416 then it could be called with between one and three parameters, and
2417 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2418 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2419 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2421 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2422 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2423 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2424 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2425 parameters were really passed to the macro call.
2427 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2428 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2429 and more useful, by changing the first line of the definition to
2431 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2433 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2434 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2435 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2438 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2440 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2441 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2442 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2443 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2444 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2447 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2449 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2450 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2451 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2452 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2453 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2454 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2456 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2457 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2458 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2459 argument list reappear on the right, and vice versa.
2461 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2462 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2463 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2464 parameters are rotated to the right.
2466 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2467 restore a set of registers might work as follows:
2469 \c %macro  multipush 1-*
2471 \c   %rep  %0
2472 \c         push    %1
2473 \c   %rotate 1
2474 \c   %endrep
2476 \c %endmacro
2478 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2479 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2480 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2481 one place to the left, so that the original second argument is now
2482 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2483 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2484 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2486 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2487 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2488 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2490 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2491 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2492 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2493 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2494 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2495 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2496 order from the one in which they were pushed.
2498 This can be done by the following definition:
2500 \c %macro  multipop 1-*
2502 \c   %rep %0
2503 \c   %rotate -1
2504 \c         pop     %1
2505 \c   %endrep
2507 \c %endmacro
2509 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2510 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2511 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2512 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2513 iterated through in reverse order.
2516 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2518 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2519 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2520 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2521 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2522 something like
2524 \c %macro keytab_entry 2
2526 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2527 \c                 db      %2
2529 \c %endmacro
2531 \c keytab:
2532 \c           keytab_entry F1,128+1
2533 \c           keytab_entry F2,128+2
2534 \c           keytab_entry Return,13
2536 which would expand to
2538 \c keytab:
2539 \c keyposF1        equ     $-keytab
2540 \c                 db     128+1
2541 \c keyposF2        equ     $-keytab
2542 \c                 db      128+2
2543 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2544 \c                 db      13
2546 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2547 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2549 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2550 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2551 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2552 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2553 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2554 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2555 (literal text to be concatenated to the parameter).
2557 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2558 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2559 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2560 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2561 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2562 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2563 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2564 real names of macro-local labels means that the two usages
2565 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2566 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2569 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2571 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2572 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2573 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2574 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2575 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2576 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2577 condition code.
2579 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2580 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2581 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2582 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2584 \c %macro  retc 1
2586 \c         j%-1    %%skip
2587 \c         ret
2588 \c   %%skip:
2590 \c %endmacro
2592 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2593 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2594 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2595 \c{JPE}.
2597 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2598 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2599 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2600 because no inverse condition code exists.
2603 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2605 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2606 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2607 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2608 see which instructions in the macro expansion are generating what
2609 code; however, for some macros this clutters the listing up
2610 unnecessarily.
2612 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2613 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2614 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2615 the number of parameters, like this:
2617 \c %macro foo 1.nolist
2619 Or like this:
2621 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2623 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2625 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2626 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2627 syntax of this feature looks like this:
2629 \c %if<condition>
2630 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2631 \c %elif<condition2>
2632 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2633 \c %else
2634 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2635 \c %endif
2637 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2639 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2640 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2642 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2643 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2644 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2645 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2647 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2648 single-line macro existence}
2650 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2651 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2652 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2653 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2655 For example, when debugging a program, you might want to write code
2656 such as
2658 \c           ; perform some function
2659 \c %ifdef DEBUG
2660 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2661 \c %endif
2662 \c           ; go and do something else
2664 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2665 version of the program which produced debugging messages, and remove
2666 the option to generate the final release version of the program.
2668 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2669 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2670 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2671 \i\c{%elifndef}.
2674 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2675 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2677 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2678 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2680 For example, you may be working with a large project and not have control
2681 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2682 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2683 does exist.
2685 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2686 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2688 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2690 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2692 \c %else
2694 \c      %macro MyMacro 1-3
2696 \c              ; insert code to define the macro
2698 \c      %endmacro
2700 \c %endif
2702 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2703 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2704 conflict.
2706 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2707 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2708 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2711 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2712 stack}
2714 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2715 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2716 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2717 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2718 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2720 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2721 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2724 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2725 arbitrary numeric expressions}
2727 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2728 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2729 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2730 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2731 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2733 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2734 a critical expression (see \k{crit}).
2736 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2737 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2738 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2739 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2740 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2741 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2742 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2743 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2744 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2745 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2746 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2747 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2748 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2749 for true and 0 for false.
2751 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2752 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2754 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2755 Identity\I{testing, exact text identity}
2757 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2758 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2759 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2760 Differences in white space are not counted.
2762 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2764 For example, the following macro pushes a register or number on the
2765 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2767 \c %macro  pushparam 1
2769 \c   %ifidni %1,ip
2770 \c         call    %%label
2771 \c   %%label:
2772 \c   %else
2773 \c         push    %1
2774 \c   %endif
2776 \c %endmacro
2778 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2779 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2780 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2781 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2783 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2784 Types\I{testing, token types}
2786 Some macros will want to perform different tasks depending on
2787 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2788 example, a string output macro might want to be able to cope with
2789 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2790 string.
2792 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2793 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2794 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2795 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2796 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2798 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2799 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2801 \c %macro writefile 2-3+
2803 \c   %ifstr %2
2804 \c         jmp     %%endstr
2805 \c     %if %0 = 3
2806 \c       %%str:    db      %2,%3
2807 \c     %else
2808 \c       %%str:    db      %2
2809 \c     %endif
2810 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2811 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2812 \c   %else
2813 \c                 mov     dx,%2
2814 \c                 mov     cx,%3
2815 \c   %endif
2816 \c                 mov     bx,%1
2817 \c                 mov     ah,0x40
2818 \c                 int     0x21
2820 \c %endmacro
2822 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2823 the following two ways:
2825 \c         writefile [file], strpointer, length
2826 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2828 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2829 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2830 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2831 it itself and works out the address and length for itself.
2833 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2834 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2835 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2836 which case, all but the first two would be lumped together into
2837 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2839 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
2840 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
2841 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
2842 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2844 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
2846 Some macros will want to do different things depending on if it is
2847 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2848 versus a multi-token sequence.
2850 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2851 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2852 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2854 For example:
2856 \c %iftoken 1
2858 will assemble the subsequent code, but
2860 \c %iftoken -1
2862 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
2863 \c{-}, and the number \c{1}.
2865 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2866 variants are also provided.
2868 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
2870 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2871 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2872 any tokens at all, whitespace excepted.
2874 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2875 variants are also provided.
2877 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2879 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2880 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2881 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2882 the right macros by means of code like this:
2884 \c %ifdef SOME_MACRO
2885 \c     ; do some setup
2886 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2887 \c     ; do some different setup
2888 \c %else
2889 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2890 \c %endif
2892 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2893 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2894 having to wait until the program crashes on being run and then not
2895 knowing what went wrong.
2898 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2900 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2901 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2902 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2903 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2905 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2906 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2907 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2908 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2910 \c %assign i 0
2911 \c %rep    64
2912 \c         inc     word [table+2*i]
2913 \c %assign i i+1
2914 \c %endrep
2916 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2917 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2918 \c{[table+126]}.
2920 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2921 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2922 terminate the loop, like this:
2924 \c fibonacci:
2925 \c %assign i 0
2926 \c %assign j 1
2927 \c %rep 100
2928 \c %if j > 65535
2929 \c     %exitrep
2930 \c %endif
2931 \c         dw j
2932 \c %assign k j+i
2933 \c %assign i j
2934 \c %assign j k
2935 \c %endrep
2937 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2939 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2940 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2941 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2942 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2943 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2944 be gradually used up and other applications to start crashing.
2947 \H{files} Source Files and Dependencies
2949 These commands allow you to split your sources into multiple files.
2951 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files} 
2953 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2954 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2955 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2957 \c %include "macros.mac"
2959 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2960 file containing the \c{%include} directive.
2962 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2963 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2964 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2965 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2966 line using the \c{-i} option.
2968 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2969 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2970 the form
2972 \c %ifndef MACROS_MAC
2973 \c     %define MACROS_MAC
2974 \c     ; now define some macros
2975 \c %endif
2977 then including the file more than once will not cause errors,
2978 because the second time the file is included nothing will happen
2979 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2981 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2982 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2983 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2986 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
2988 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
2989 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
2990 be the include-path-resolved verson of the filename, if the file
2991 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
2993 For example,
2995 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
2997 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
2998 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3001 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3003 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3004 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3005 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3007 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3008 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3009 \c{INCBIN} directive looks like:
3011 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3012 \c %pathsearch dep %1
3013 \c %depend dep
3014 \c         incbin dep,%2
3015 \c %endmacro
3017 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3018 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3019 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3021 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3023 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3024 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3025 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3026 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3027 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3028 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3029 able to nest these loops.
3031 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3032 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3033 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3034 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3035 define labels that are local to a particular context on the stack.
3038 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3039 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3041 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3042 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
3043 which is the name of the context. For example:
3045 \c %push    foobar
3047 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
3048 have several contexts on the stack with the same name: they can
3049 still be distinguished.
3051 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
3052 context from the context stack and destroys it, along with any
3053 labels associated with it.
3056 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3058 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3059 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3060 is used to define a label which is local to the context on the top
3061 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3062 above could be implemented by means of:
3064 \c %macro repeat 0
3066 \c     %push   repeat
3067 \c     %$begin:
3069 \c %endmacro
3071 \c %macro until 1
3073 \c         j%-1    %$begin
3074 \c     %pop
3076 \c %endmacro
3078 and invoked by means of, for example,
3080 \c         mov     cx,string
3081 \c         repeat
3082 \c         add     cx,3
3083 \c         scasb
3084 \c         until   e
3086 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3087 in \c{AL}.
3089 If you need to define, or access, labels local to the context
3090 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3091 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3094 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3096 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3097 a particular context, in just the same way:
3099 \c %define %$localmac 3
3101 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3102 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3103 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3106 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3108 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3109 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3110 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3111 have the side effect of destroying all context-local labels and
3112 macros associated with the context that was just popped.
3114 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3115 with a different name, without touching the associated macros and
3116 labels. So you could replace the destructive code
3118 \c %pop
3119 \c %push   newname
3121 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3124 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3126 This example makes use of almost all the context-stack features,
3127 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3128 implement a block IF statement as a set of macros.
3130 \c %macro if 1
3132 \c     %push if
3133 \c     j%-1  %$ifnot
3135 \c %endmacro
3137 \c %macro else 0
3139 \c   %ifctx if
3140 \c         %repl   else
3141 \c         jmp     %$ifend
3142 \c         %$ifnot:
3143 \c   %else
3144 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3145 \c   %endif
3147 \c %endmacro
3149 \c %macro endif 0
3151 \c   %ifctx if
3152 \c         %$ifnot:
3153 \c         %pop
3154 \c   %elifctx      else
3155 \c         %$ifend:
3156 \c         %pop
3157 \c   %else
3158 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3159 \c   %endif
3161 \c %endmacro
3163 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3164 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3165 that the macros are issued in the right order (for example, not
3166 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3167 not.
3169 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3170 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3171 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3172 to do different things depending on whether the context on top of
3173 the stack is \c{if} or \c{else}.
3175 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3176 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3177 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3178 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3179 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3181 A sample usage of these macros might look like:
3183 \c         cmp     ax,bx
3185 \c         if ae
3186 \c                cmp     bx,cx
3188 \c                if ae
3189 \c                        mov     ax,cx
3190 \c                else
3191 \c                        mov     ax,bx
3192 \c                endif
3194 \c         else
3195 \c                cmp     ax,cx
3197 \c                if ae
3198 \c                        mov     ax,cx
3199 \c                endif
3201 \c         endif
3203 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3204 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3205 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3206 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3209 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3211 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3212 when it starts to process any source file. If you really need a
3213 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3214 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3215 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3217 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3218 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3219 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3220 described here.
3223 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3224 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3226 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3227 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3228 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3229 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3230 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3231 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3232 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3235 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3237 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3238 representing the full version number of the version of nasm being used.
3239 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3240 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3241 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3242 would be equivalent to:
3244 \c         dd      0x00622001
3248 \c         db      1,32,98,0
3250 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3251 line is used just to give an indication of the order that the separate
3252 values will be present in memory.
3255 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3257 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3258 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3260 \c         db      __NASM_VER__
3262 would expand to
3264 \c         db      "0.98.32"
3267 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3269 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3270 name and line number containing the current instruction. The macro
3271 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3272 current input file (which may change through the course of assembly
3273 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3274 numeric constant giving the current line number in the input file.
3276 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3277 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3278 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3279 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3280 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3281 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3282 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3283 here'. You could then write a macro
3285 \c %macro  notdeadyet 0
3287 \c         push    eax
3288 \c         mov     eax,__LINE__
3289 \c         call    stillhere
3290 \c         pop     eax
3292 \c %endmacro
3294 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3295 find the crash point.
3298 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3300 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3301 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3302 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3303 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3304 mode-dependent macros.
3306 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3308 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3309 as given by the \c{-f} option or Nasm's default. Type \c{nasm -hf} for a
3310 list.
3312 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3313 \c  %define NEWLINE 13, 10
3314 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3315 \c  %define NEWLINE 10
3316 \c %endif
3319 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3321 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3322 assembly session.
3324 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3325 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3326 respectively.)
3328 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3329 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3330 \c{HHMMSS} respectively.
3332 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3333 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3334 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3335 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3337 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3338 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3339 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3340 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3341 undefined.
3343 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3344 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3345 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3346 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3347 local time as if it was UTC.
3349 All instances of time and date macros in the same assembly session
3350 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3351 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3352 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3353 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3354 clock:
3356 \c __DATE__             "2010-01-01"
3357 \c __TIME__             "00:00:42"
3358 \c __DATE_NUM__         20100101
3359 \c __TIME_NUM__         000042
3360 \c __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3361 \c __UTC_TIME__         "21:00:42"
3362 \c __UTC_DATE_NUM__     20091231
3363 \c __UTC_TIME_NUM__     210042
3364 \c __POSIX_TIME__       1262293242
3366 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3368 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3369 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3370 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3371 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3373 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3374 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3375 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3376 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3377 issued, you are defining the structure, and should define fields
3378 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3379 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3381 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3382 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3384 \c struc   mytype
3386 \c   mt_long:      resd    1
3387 \c   mt_word:      resw    1
3388 \c   mt_byte:      resb    1
3389 \c   mt_str:       resb    32
3391 \c endstruc
3393 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3394 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3395 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3396 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3398 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3399 effect of allowing structures to work with the local label
3400 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3401 more than one structure, you can define the above structure like this:
3403 \c struc mytype
3405 \c   .long:        resd    1
3406 \c   .word:        resw    1
3407 \c   .byte:        resb    1
3408 \c   .str:         resb    32
3410 \c endstruc
3412 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3413 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3415 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3416 support any form of period notation to refer to the elements of a
3417 structure once you have one (except the above local-label notation),
3418 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3419 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3420 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3421 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3424 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3425 \i{Instances of Structures}
3427 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3428 to do is to declare instances of that structure in your data
3429 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3430 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3431 you code something like this:
3433 \c mystruc:
3434 \c     istruc mytype
3436 \c         at mt_long, dd      123456
3437 \c         at mt_word, dw      1024
3438 \c         at mt_byte, db      'x'
3439 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3441 \c     iend
3443 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3444 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3445 specified structure field, and then to declare the specified data.
3446 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3447 they were specified in the structure definition.
3449 If the data to go in a structure field requires more than one source
3450 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3451 the \c{AT} line. For example:
3453 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3454 \c                     db      190,100,0
3456 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3457 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3458 line:
3460 \c         at mt_str
3461 \c                 db      'hello, world'
3462 \c                 db      13,10,0
3465 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3467 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3468 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3469 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3470 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3472 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3473 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3474 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3475 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3476 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3478 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3479 both compute the number of additional bytes required to bring the
3480 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3481 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3482 perform the alignment.
3484 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3485 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3486 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3487 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3488 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3489 except for special purposes.
3491 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3492 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3493 power of two, or if their second argument generates more than one
3494 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3495 thing.
3497 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3498 be used within structure definitions:
3500 \c struc mytype2
3502 \c   mt_byte:
3503 \c         resb 1
3504 \c         alignb 2
3505 \c   mt_word:
3506 \c         resw 1
3507 \c         alignb 4
3508 \c   mt_long:
3509 \c         resd 1
3510 \c   mt_str:
3511 \c         resb 32
3513 \c endstruc
3515 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3516 relative to the base of the structure.
3518 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3519 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3520 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3521 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3522 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3523 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3524 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3527 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3529 The following preprocessor directives provide a way to use
3530 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3532 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3534 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3536 \b\c{%local}  (see \k{local})
3539 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3541 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3542 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3543 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3545 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3546 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3547 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3548 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3550 \c some_function:
3552 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3553 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3554 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3556 \c         mov     ax,[i]
3557 \c         mov     bx,[j_ptr]
3558 \c         add     ax,[bx]
3559 \c         ret
3561 \c     %pop                       ; restore original context
3563 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3564 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3565 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3566 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3569 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3571 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3572 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3573 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3574 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3575 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3577 \c %stacksize flat
3579 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3580 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3581 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3583 \c %stacksize flat64
3585 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3586 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3587 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3589 \c %stacksize large
3591 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3592 assumes that a far form of call was used to get to this address
3593 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3595 \c %stacksize small
3597 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3598 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3599 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3600 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3601 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3602 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3603 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3604 (see \k{local}).
3607 \S{local} \i\c{%local} Directive
3609 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3610 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3611 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3612 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3613 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3614 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3615 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3616 instruction.
3617 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3618 An example of its use is the following:
3620 \c silly_swap:
3622 \c     %push mycontext             ; save the current context
3623 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3624 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3625 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3627 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3628 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3629 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3630 \c         mov     ax,bx
3631 \c         mov     dx,cx
3632 \c         mov     bx,[old_ax]
3633 \c         mov     cx,[old_dx]
3634 \c         leave                   ; restore old bp
3635 \c         ret                     ;
3637 \c     %pop                        ; restore original context
3639 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3640 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3641 current context before the \c{%local} directive may be used.
3642 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3643 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3644 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3645 as shown in the example.
3647 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3649 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3650 information from external sources. Currently they include:
3652 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3653 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3655 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3656 C language preprocessor (see \k{line}).
3658 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3659 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3661 \S{line} \i\c{%line} Directive
3663 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3664 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3665 this other file would be an original source file, with the current
3666 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3667 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3668 number of the original source file, instead of the file that is being
3669 read by NASM.
3671 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3672 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3673 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3675 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3677 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3678 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3679 which specifies a line increment value; each line of the input file
3680 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3681 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3682 specifies the file name of the original source file.
3684 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3685 all file name and line numbers relative to the values specified
3686 therein.
3689 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3691 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3692 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3693 to store the contents of an environment variable into a string, which
3694 could be used at some other point in your code.
3696 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3697 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3698 could do that as follows:
3700 \c %defstr FOO    %!FOO
3702 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3705 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3707 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3708 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3709 directives. These are described in this chapter.
3711 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3712 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3713 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3714 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3715 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3716 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3718 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3719 directives are not.
3721 In addition to the universal directives described in this chapter,
3722 each object file format can optionally supply extra directives in
3723 order to control particular features of that file format. These
3724 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3725 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3728 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3730 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3731 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3732 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3733 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3735 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3736 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3737 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3738 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3739 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3740 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3741 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3742 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3744 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3745 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3746 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3747 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3748 device drivers and boot loader software.
3750 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3751 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3752 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3753 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3755 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3756 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3757 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3758 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3759 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3760 need an 0x67.
3762 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3763 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3764 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3766 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3767 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3768 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3769 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3770 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3771 necessary.
3773 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3774 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3775 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3776 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3777 REX prefix is used.
3779 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3780 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3781 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3783 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3785 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3787 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3788 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3791 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3793 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3794 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3795 specify most features directly.  However, this is occationally
3796 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3797 to use.
3799 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3800 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3801 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3802 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3803 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3804 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3806 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3807 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3808 other special functions in 64-bit mode, and generating
3809 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3811 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3813 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3814 Sections}
3816 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3817 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3818 which section of the output file the code you write will be
3819 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3820 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3821 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3822 define a new section, if you try to switch to a section that does
3823 not (yet) exist.
3825 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3826 \k{multisec}, all support
3827 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3828 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3829 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3830 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3831 name that has one.
3834 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3836 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3837 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3838 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3839 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3840 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3841 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3842 it. So the user-level directive
3844 \c         SECTION .text
3846 expands to the two lines
3848 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3849 \c         [SECTION .text]
3851 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3852 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3853 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3855 \c %macro  writefile 2+
3857 \c         [section .data]
3859 \c   %%str:        db      %2
3860 \c   %%endstr:
3862 \c         __SECT__
3864 \c         mov     dx,%%str
3865 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3866 \c         mov     bx,%1
3867 \c         mov     ah,0x40
3868 \c         int     0x21
3870 \c %endmacro
3872 This form of the macro, once passed a string to output, first
3873 switches temporarily to the data section of the file, using the
3874 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3875 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3876 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3877 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3878 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3879 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3880 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3881 code in any of several separate code sections.
3884 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3886 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3887 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3888 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3889 given absolute address. The only instructions you can use in this
3890 mode are the \c{RESB} family.
3892 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3894 \c absolute 0x1A
3896 \c     kbuf_chr    resw    1
3897 \c     kbuf_free   resw    1
3898 \c     kbuf        resw    16
3900 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3901 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3902 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3904 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3905 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3907 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3908 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3910 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3911 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3912 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3913 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3915 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3917 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3919 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3920 \c setup:
3921 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3923 \c absolute setup
3925 \c runtimevar1     resw    1
3926 \c runtimevar2     resd    20
3928 \c tsr_end:
3930 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3931 after the setup has finished running, the space it took up can be
3932 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3933 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3934 needs to be made resident.
3937 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3939 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3940 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3941 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3942 defined in some other module and needs to be referred to by this
3943 one. Not every object-file format can support external variables:
3944 the \c{bin} format cannot.
3946 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3947 argument is the name of a symbol:
3949 \c extern  _printf
3950 \c extern  _sscanf,_fscanf
3952 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3953 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3954 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3955 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3956 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3957 by means of the directive
3959 \c extern  _variable:wrt dgroup
3961 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3962 only in that it can take only one argument at a time: the support
3963 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3965 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3966 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3967 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3970 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3972 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3973 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3974 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3975 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3976 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3978 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3979 the definition of the symbol.
3981 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3982 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3983 \c{GLOBAL} directive. For example:
3985 \c global _main
3986 \c _main:
3987 \c         ; some code
3989 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3990 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3991 example, lets you specify whether global data items are functions or
3992 data:
3994 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3996 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3997 user-level form only in that it can take only one argument at a
3998 time.
4001 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4003 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4004 A common variable is much like a global variable declared in the
4005 uninitialized data section, so that
4007 \c common  intvar  4
4009 is similar in function to
4011 \c global  intvar
4012 \c section .bss
4014 \c intvar  resd    1
4016 The difference is that if more than one module defines the same
4017 common variable, then at link time those variables will be
4018 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4019 at the same piece of memory.
4021 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4022 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4023 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4024 specify the alignment requirements of a common variable:
4026 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4027 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4029 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4030 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4031 only one argument at a time.
4034 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4036 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4037 are available on the specified CPU.
4039 Options are:
4041 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4043 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4045 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4047 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4049 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4051 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4053 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4055 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4057 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4059 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4061 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4063 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4065 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4067 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4069 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4071 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4073 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4075 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4076 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4077 instructions are available.
4080 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4082 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4083 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4084 this behaviour:
4086 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4088 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4090 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4092 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4094 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4096 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4098 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4100 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4101 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4102 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4104 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4105 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4108 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4110 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4111 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4112 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4113 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4114 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4115 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4117 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4118 output file based on the input file name and the chosen output
4119 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4120 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4121 name, and substituting an extension defined by the output format.
4122 The extensions are given with each format below.
4125 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4127 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4128 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4129 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4130 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4131 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4132 development.
4134 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4135 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4137 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4138 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4139 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4140 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4142 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4143 leaves your file name as it is once the original extension has been
4144 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4145 into a binary file called \c{binprog}.
4148 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4150 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4151 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4152 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4153 the program begins at when it is loaded into memory.
4155 For example, the following code will generate the longword
4156 \c{0x00000104}:
4158 \c         org     0x100
4159 \c         dd      label
4160 \c label:
4162 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4163 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4164 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4165 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4166 offset which is added to all internal address references within the
4167 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4168 does. See \k{proborg} for further comments.
4171 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4172 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4174 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4175 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4176 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4177 end of the section-definition line. For example,
4179 \c section .data   align=16
4181 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4182 aligned on a 16-byte boundary.
4184 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4185 section start address must be forced to zero. The alignment value
4186 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4187 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4190 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4192 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4193 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4195 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4196 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4197 of course).
4199 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4200 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4201 \i\c{start=}.
4203 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4204 for the calculation of all memory references within that section 
4205 with \i\c{vstart=}.
4207 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4208 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4209 start address.
4211 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4212 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4213 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4215 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4216 is directed by default into the \c{.text} section.
4218 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4219 by default.
4221 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4222 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4223 has been specified.
4225 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4226 alignment has been specified.
4228 \b Sections may not overlap.
4230 \b Nasm creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4231 which may be used in your code.
4233 \S{map}\i{Map files}
4235 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4236 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4237 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4238 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4239 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4240 brackets must be used.
4243 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4245 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4246 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4247 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4248 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4250 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4252 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4253 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4254 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4255 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4256 file format.
4258 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4259 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4260 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4262 If your source file contains code before specifying an explicit
4263 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4264 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4266 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4267 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4268 address of the segment. So, for example:
4270 \c segment data
4272 \c dvar:   dw      1234
4274 \c segment code
4276 \c function:
4277 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4278 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4279 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4280 \c         ret
4282 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4283 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4284 like
4286 \c extern  foo
4288 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4289 \c       mov   ds,ax
4290 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4291 \c       mov   es,ax
4292 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4293 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4296 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4297 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4299 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4300 directive to allow you to specify various properties of the segment
4301 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4302 end of the segment-definition line. For example,
4304 \c segment code private align=16
4306 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4307 segment, and requires that the portion of it described in this code
4308 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4310 The available qualifiers are:
4312 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4313 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4314 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4315 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4316 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4317 than stuck end-to-end.
4319 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4320 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4321 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4322 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4323 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4324 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4325 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4326 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4327 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4329 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4330 indicates to the linker that segments of the same class should be
4331 placed near each other in the output file. The class name can be any
4332 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4334 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4335 as an argument, and provides overlay information to an
4336 overlay-capable linker.
4338 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4339 the effect of recording the choice in the object file and also
4340 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4341 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4343 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4344 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4345 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4346 defines the group if it is not already defined.
4348 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4349 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4350 are currently known to make sensible use of this feature;
4351 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4352 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4353 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4355 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4356 class, no overlay, and \c{USE16}.
4359 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4361 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4362 single segment register can be used to refer to all the segments in
4363 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4364 you can code
4366 \c segment data
4368 \c         ; some data
4370 \c segment bss
4372 \c         ; some uninitialized data
4374 \c group dgroup data bss
4376 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4377 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4378 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4379 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4380 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4381 segment register.
4383 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4384 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4385 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4386 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4387 base rather than the segment base.
4389 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4390 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4391 segment which is part of more than one group will default to being
4392 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4394 A group does not have to contain any segments; you can still make
4395 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4396 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4397 \c{FLAT} with no segments in it.
4400 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4402 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4403 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4404 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4405 segment, group and symbol names that are written to the object file
4406 to be forced to upper case just before being written. Within a
4407 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4408 be written entirely in upper case if desired.
4410 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4413 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4414 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4416 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4417 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4418 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4419 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4421 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4422 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4423 wish to import and the name of the library you wish to import it
4424 from. For example:
4426 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4428 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4429 known in the library you are importing it from, in case this is not
4430 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4431 once you have imported it. For example:
4433 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4436 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4437 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4439 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4440 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4441 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4442 using the \c{EXPORT} directive.
4444 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4445 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4446 optional second parameter (separated by white space from the first)
4447 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4448 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4449 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4450 off.
4452 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4453 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4454 space. If further parameters are given, the external name must also
4455 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4456 available attributes are:
4458 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4459 resident by the system loader. This is an optimisation for
4460 frequently used symbols imported by name.
4462 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4463 does not make use of any initialized data.
4465 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4466 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4467 between 32-bit and 16-bit segments.
4469 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4470 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4471 the desired number.
4473 For example:
4475 \c     export  myfunc
4476 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4477 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4478 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4481 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4482 Point}
4484 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4485 define the program entry point, where execution will begin when the
4486 program is run. If the object file that defines the entry point is
4487 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4488 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4489 begin.
4492 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4493 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4495 If you declare an external symbol with the directive
4497 \c     extern  foo
4499 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4500 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4501 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4502 \c{foo} you will usually need to do something like
4504 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4505 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4506 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4508 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4509 is going to be accessible from a given segment or group, say
4510 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4511 simply code
4513 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4515 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4516 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4517 alternative form
4519 \c     extern  foo:wrt dgroup
4521 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4522 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4523 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4524 \c{foo wrt dgroup}.
4526 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4527 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4528 your program. It can also be applied to common variables: see
4529 \k{objcommon}.
4532 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4533 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4535 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4536 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4537 specify which your variables should be by the use of the syntax
4539 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4540 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4542 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4543 OMF specification says that they are declared as a number of
4544 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4545 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4546 five-byte elements or one ten-byte element.
4548 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4549 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4550 the variable size, to match when resolving common variables declared
4551 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4552 the element size on your far common variables. This is done by the
4553 following syntax:
4555 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4556 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4558 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4559 keyword is not required when an element size is specified, since
4560 only far commons may have element sizes at all. So the above
4561 declarations could equivalently be
4563 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4564 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4566 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4567 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4568 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4570 \c common  foo     10:wrt dgroup
4571 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4572 \c common  baz     24:wrt data:6
4575 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4577 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4578 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4579 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4580 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4582 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4584 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4585 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4586 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4587 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4588 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4589 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4590 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4591 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4594 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4595 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4597 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4598 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4599 and properties of sections you declare. Section types and properties
4600 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4601 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4602 these qualifiers.
4604 The available qualifiers are:
4606 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4607 code section. This marks the section as readable and executable, but
4608 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4609 section is code.
4611 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4612 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4613 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4614 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4616 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4617 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4618 constants in it.
4620 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4621 which is not included in the executable file by the linker, but may
4622 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4623 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4624 linker to interpret the contents of the section as command-line
4625 options.
4627 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4628 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4629 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4630 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4631 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4632 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4633 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4634 for data (and BSS) sections.
4635 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4636 alignment), though the value does not matter.
4638 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4639 qualifiers are:
4641 \c section .text    code  align=16
4642 \c section .data    data  align=4
4643 \c section .rdata   rdata align=8
4644 \c section .bss     bss   align=4
4646 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4648 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
4650 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4651 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4652 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4653 designated read-only table and have alleged entry point verified
4654 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4655 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4656 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4657 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4658 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4659 will not be performed for application in question. Table omission is by
4660 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4661 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4662 \c{/safeseh} command line option.
4664 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4665 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4666 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4668 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4670 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4672 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4673 line to source code:
4675 \c $@feat.00 equ 1
4677 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4678 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4679 developer would choose to assign another value in source file, it would
4680 still be perfectly possible.
4682 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4683 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4684 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4685 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4686 table." Its typical use would be:
4688 \c section .text
4689 \c extern  _MessageBoxA@16
4690 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4691 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4692 \c %endif
4693 \c handler:
4694 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4695 \c         push    DWORD caption
4696 \c         push    DWORD text
4697 \c         push    DWORD 0
4698 \c         call    _MessageBoxA@16
4699 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4700 \c                         ; for exception handler
4701 \c         ret
4702 \c global  _main
4703 \c _main:
4704 \c         push    DWORD handler
4705 \c         push    DWORD [fs:0]
4706 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4707 \c         xor     eax,eax
4708 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4709 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4710 \c         add     esp,4
4711 \c         ret
4712 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4713 \c caption:db      'SEGV',0
4714 \c 
4715 \c section .drectve info
4716 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4718 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4719 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4720 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4721 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4722 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4723 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4724 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4725 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4726 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4727 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4728 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4729 no notification is provided and user is left with no clue on what
4730 caused application failure.
4732 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4733 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4734 data for "safe exception handler table" causes no backward
4735 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4736 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4739 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4741 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4742 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4743 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4744 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4745 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4747 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
4749 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4750 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4751 references. Consider a switch dispatch table:
4753 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4754 \c         ...
4755 \c dsptch: dq      case0
4756 \c         dq      case1
4757 \c         ...
4759 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4760 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4761 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4762 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4763 following:
4765 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4766 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4768 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4769 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4770 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4771 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4772 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4773 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4774 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4775 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4776 But no worry, it's trivial to fix:
4778 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4779 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4780 \c         jmp     rbx
4781 \c         ...
4782 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4783 \c         dq      case1-dsptch
4784 \c         ...
4786 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4787 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4788 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4789 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4790 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4791 these image-relative references:
4793 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4794 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4795 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4796 \c         add     rbx,rax
4797 \c         jmp     rbx
4798 \c         ...
4799 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4800 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4802 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4803 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4804 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4805 become apparent in next paragraph.
4807 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4808 operand only:
4810 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4811 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4812 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4813 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4815 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
4817 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4818 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4819 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4820 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4821 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4822 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4823 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4824 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4825 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4826 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4827 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4828 top of the stack.
4830 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4831 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4832 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4833 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4834 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4835 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4836 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4837 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4838 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4839 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4840 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4841 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4842 copying caller's return address to the top of stack and this would
4843 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4844 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4845 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4846 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4847 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4848 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4849 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4850 no, no trace of failure is left.
4852 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4853 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4854 is checked for presence of reference to custom language-specific
4855 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4856 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
4857 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
4858 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
4859 information about current callee's stack frame and where non-volatile
4860 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
4861 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
4862 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
4863 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
4864 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
4865 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
4866 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
4867 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
4868 terminating the application.
4870 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
4871 facilitate generation of above mentioned detailed information about
4872 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
4873 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
4874 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
4875 leaf function:
4877 \c default rel
4878 \c section .text
4879 \c extern  MessageBoxA
4880 \c handler:
4881 \c         sub     rsp,40
4882 \c         mov     rcx,0
4883 \c         lea     rdx,[text]
4884 \c         lea     r8,[caption]
4885 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
4886 \c         call    MessageBoxA
4887 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4888 \c                         ; for exception handler
4889 \c         add     rsp,40
4890 \c         ret
4891 \c global  main
4892 \c main:
4893 \c         xor     rax,rax
4894 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
4895 \c         ret
4896 \c main_end:
4897 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4898 \c caption:db      'SEGV',0
4899 \c 
4900 \c section .pdata  rdata align=4
4901 \c         dd      main wrt ..imagebase
4902 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
4903 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
4904 \c section .xdata  rdata align=8
4905 \c xmain:  db      9,0,0,0
4906 \c         dd      handler wrt ..imagebase
4907 \c section .drectve info
4908 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4910 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
4911 start and end addresses of function" along with reference to associated
4912 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
4913 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
4914 designated exception handler. References are \e{required} to be
4915 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
4916 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
4917 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
4918 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
4919 references, not only above listed required ones, placed into these two
4920 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
4921 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
4922 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
4923 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
4925 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
4926 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
4927 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
4928 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
4929 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
4930 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
4931 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
4932 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
4933 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
4934 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
4935 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
4936 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
4937 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
4938 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
4939 unwinding procedure. Consider following example:
4941 \c function:
4942 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
4943 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
4944 \c         push    rbx
4945 \c         push    rbp
4946 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
4947 \c         sub     r11,rcx
4948 \c         and     r11,-64
4949 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
4950 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
4951 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
4952 \c magic_point:
4953 \c         ...
4954 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
4955 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
4956 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
4957 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
4958 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
4959 \c         ret
4961 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
4962 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
4963 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
4964 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
4965 custom language-specific exception handler would look like this:
4967 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
4968 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
4969 \c {   ULONG64 *rsp;
4970 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
4971 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
4972 \c     else
4973 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
4974 \c         context->Rbp = rsp[-3];
4975 \c         context->Rbx = rsp[-2];
4976 \c         context->R15 = rsp[-1];
4977 \c     }
4978 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
4979 \c 
4980 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
4981 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
4982 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
4983 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
4984 \c     return ExceptionContinueSearch;
4985 \c }
4987 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
4988 structure does not have to contain any information about stack frame
4989 and its layout.
4991 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4993 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4994 linking with the \i{DJGPP} linker.
4996 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4998 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
4999 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5000 the \c{info} section type are not supported.
5002 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
5004 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
5005 linking with the \i{Mac OSX} linker.
5007 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5009 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5010 Format} Object Files
5012 The \c{elf32} and \c{elf64} output formats generate \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as used by Linux as well as \i{Unix System V},
5013 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5014 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5015 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5017 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5019 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5020 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5021  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5022  most systems which support ELF.
5024 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5025 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5027 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5028 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5029 and properties of sections you declare. Section types and properties
5030 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5031 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
5032 overridden by these qualifiers.
5034 The available qualifiers are:
5036 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5037 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5038 which is not, such as an informational or comment section.
5040 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5041 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5042 which should not.
5044 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5045 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5046 not.
5048 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5049 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5050 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5051 contents given, such as a BSS section.
5053 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5054 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5055 requirements of the section.
5057 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5058 qualifiers are:
5060 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
5061 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
5062 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
5063 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
5064 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
5066 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
5067 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
5070 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5071 Symbols and \i\c{WRT}
5073 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5074 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5075 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5076 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
5077 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5079 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5080 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5081 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5082 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5083 types.
5085 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5086 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5087 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5088 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5090 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5091 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5092 beginning of the current section to the global offset table.
5093 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5094 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5095 result to get the real address of the GOT.
5097 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5098 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5099 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5100 would give the real address of the location you wanted.
5102 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5103 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5104 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5105 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5106 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5107 address of the symbol.
5109 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5110 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5111 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5112 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5113 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5114 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5115 entries absolutely.
5117 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5118 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5119 relative to the start of the section and then adding on the offset
5120 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5121 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5122 peculiarity of the dynamic linker.
5124 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5125 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5128 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5129 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5131 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5132 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5133 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5134 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5135 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5136 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5137 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5138 to specify these features.
5140 You can specify whether a global variable is a function or a data
5141 object by suffixing the name with a colon and the word
5142 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5143 \c{data}.) For example:
5145 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5147 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5148 \c{hashtable} as a data object.
5150 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5151 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5152 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5153 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5155 \c global   hashlookup:function hidden
5157 You can also specify the size of the data associated with the
5158 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5159 forward references) after the type specifier. Like this:
5161 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5163 \c hashtable:
5164 \c         db this,that,theother  ; some data here
5165 \c .end:
5167 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5168 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5170 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5171 writing shared library code. For more information, see
5172 \k{picglobal}.
5175 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5176 \I{COMMON, elf extensions to}
5178 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5179 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5180 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5181 power of two) after the name and size of the common variable,
5182 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5183 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5185 \c common  dwordarray 128:4
5187 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5188 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5191 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5192 \I{ELF, 16-bit code and}
5194 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5195 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5196 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5197 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5198 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5199 these relocations is generated.
5201 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5202 \I{ELF, Debug formats and}
5204 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5205 Line number information is generated for all executable sections, but please
5206 note that only the ".text" section is executable by default.
5208 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5210 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5211 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5212 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5213 the magic number in the first four bytes of the file is
5214 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5215 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5216 implementation does not.
5218 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5220 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5221 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5222 extensions to any standard directives. It supports only the three
5223 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5226 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5227 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5229 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5230 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5231 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5232 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5233 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5234 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5235 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5237 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5239 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5240 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5241 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5242 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5243 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5245 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5246 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5247 this.
5250 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5252 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5253 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5254 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5255 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5256 itself \c{a.out}.
5258 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5259 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5261 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5262 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5263 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5264 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5265 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5268 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5269 Format}
5271 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5272 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5273 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5274 format the internal structure of the assembler.
5276 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5277 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5278 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5279 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5281 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5282 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5283 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5284 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5285 execute an RDF executable under Linux.
5287 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5288 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5291 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5293 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5294 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5295 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5296 which is the name of the module:
5298 \c     library  mylib.rdl
5301 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5303 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5304 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5305 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5306 of current module:
5308 \c     module  mymodname
5310 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5311 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5312 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5314 \c     module  $kernel.core
5317 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5318 rdf extensions to}
5320 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5321 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5322 telling the linker do not strip it from target executable or library
5323 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5324 is a procedure (function) or data object.
5326 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5327 symbol exported:
5329 \c     global  sys_open:export
5331 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5332 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5334 \c     global  sys_open:export proc
5336 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5337 or \i\c{object} to the directive:
5339 \c     global  kernel_ticks:export data
5342 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5343 rdf extensions to}
5345 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5346 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5347 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5348 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5349 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5350 (function) or data object. For example:
5352 \c     library $libc
5353 \c     extern  _open:import
5354 \c     extern  _printf:import proc
5355 \c     extern  _errno:import data
5357 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5358 a hint as to where to find requested symbols.
5361 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5363 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5364 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5365 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5366 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5368 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5369 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5370 transactions between the main body of NASM and the output-format
5371 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5372 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5373 of the various requests the main program makes of the output driver,
5374 and in what order they happen.
5376 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5378 \c nasm -f dbg filename.asm
5380 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5381 However, this will not work well on files which were designed for a
5382 different object format, because each object format defines its own
5383 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5384 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5385 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5386 native object format selected:
5388 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5389 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5391 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5392 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5393 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5394 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5395 the final diagnostic output.
5397 This workaround will still typically not work for programs intended
5398 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5399 directives have side effects of defining the segment and group names
5400 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5401 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5402 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5403 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5405 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5406 them all to its output file.
5409 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5411 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5412 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5413 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5414 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5415 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5418 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5420 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5421 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5422 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5423 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5424 support the \c{.COM} format.
5426 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5427 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5428 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5429 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5430 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5431 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5432 Yann Guidon for contributing the code for this.
5434 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5435 future releases.
5438 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5440 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5441 by linking \c{.OBJ} files together.
5443 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5444 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5445 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5446 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5447 An LZH archiver can be found at
5448 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5449 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5450 sources) called \i{FREELINK}, available from
5451 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5452 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5453 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5454 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5455 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5457 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5458 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5459 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5460 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5461 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5462 field in the output file header; if more than one defines a start
5463 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5465 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5466 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5467 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5468 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5469 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5470 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5472 \c segment code
5474 \c ..start:
5475 \c         mov     ax,data
5476 \c         mov     ds,ax
5477 \c         mov     ax,stack
5478 \c         mov     ss,ax
5479 \c         mov     sp,stacktop
5481 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5482 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5483 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5484 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5485 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5486 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5487 execute on.
5489 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5490 beginning of this code, which means that will be the entry point
5491 into the resulting executable file.
5493 \c         mov     dx,hello
5494 \c         mov     ah,9
5495 \c         int     0x21
5497 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5498 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5499 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5500 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5502 \c         mov     ax,0x4c00
5503 \c         int     0x21
5505 This terminates the program using another DOS system call.
5507 \c segment data
5509 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5511 The data segment contains the string we want to display.
5513 \c segment stack stack
5514 \c         resb 64
5515 \c stacktop:
5517 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5518 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5519 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5520 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5521 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5522 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5523 type \c{STACK}.
5525 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5526 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5527 world' and then exit.
5530 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5532 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5533 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5534 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5535 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5536 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5537 \c{.EXE} files.
5539 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5540 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5541 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5543 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5544 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5545 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5546 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5547 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5548 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5549 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5550 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5551 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5553 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5554 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5555 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5556 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5557 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5558 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5559 explicitly issue one of your own.
5561 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5562 since this would require a relocation in the header, and things
5563 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5564 base by copying it out of \c{CS} instead.
5566 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5567 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5568 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5569 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5570 \c{EXE_stack 64}.
5572 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5573 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5574 \c{binexe.asm}.
5577 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5579 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5580 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5581 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5582 output format.
5585 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5587 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5588 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5589 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5590 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5591 like
5593 \c         org 100h
5595 \c section .text
5597 \c start:
5598 \c         ; put your code here
5600 \c section .data
5602 \c         ; put data items here
5604 \c section .bss
5606 \c         ; put uninitialized data here
5608 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5609 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5610 you want to and the code will still end up at the front of the file
5611 where it belongs.
5613 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5614 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5615 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5616 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5617 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5618 run.
5620 To assemble the above program, you should use a command line like
5622 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5624 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5625 explicit output file name were specified, so you have to override it
5626 and give the desired file name.
5629 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5631 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5632 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5633 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5634 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5635 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5636 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5637 file.
5639 If you do this, you need to take care of several things:
5641 \b The first object file containing code should start its code
5642 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5643 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5644 segment, so that the linker or converter program does not have to
5645 adjust address references within the file when generating the
5646 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5647 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5648 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5649 in MASM-compatible assemblers.
5651 \b You don't need to define a stack segment.
5653 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5654 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5655 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5656 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5659 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5661 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5662 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5663 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5664 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5665 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5666 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5667 your code segment.
5669 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5670 the various routines inside the driver which do the work. This
5671 structure should be defined at the start of the code segment, even
5672 though it is not actually code.
5674 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5675 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5676 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5677 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5680 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5682 This section covers the basics of writing assembly routines that
5683 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5684 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5685 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5688 \S{16cunder} External Symbol Names
5690 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5691 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5692 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5693 appears in the C program. So, for example, the function a C
5694 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5695 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5696 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5697 not have to worry about name clashes with C symbols.
5699 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5700 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5702 \c %macro  cglobal 1
5704 \c   global  _%1
5705 \c   %define %1 _%1
5707 \c %endmacro
5709 \c %macro  cextern 1
5711 \c   extern  _%1
5712 \c   %define %1 _%1
5714 \c %endmacro
5716 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5717 \c{%rep} construct could solve this.)
5719 If you then declare an external like this:
5721 \c cextern printf
5723 then the macro will expand it as
5725 \c extern  _printf
5726 \c %define printf _printf
5728 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5729 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5731 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5732 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5733 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5735 Also see \k{opt-pfix}.
5737 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5739 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5740 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5741 writing for. This means you have to keep track of the following
5742 things:
5744 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5745 functions are near. This means that function pointers, when stored
5746 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5747 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5748 never changes its value, and always gives the segment part of the
5749 full function address), and that functions are called using ordinary
5750 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5751 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5752 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5753 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5755 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5756 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5757 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5758 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5759 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5760 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5761 \c{CALL FAR} to call external routines.
5763 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5764 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5765 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5766 segment part of the full data item address).
5768 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5769 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5770 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5771 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5772 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5773 pointers you are passed.
5775 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5776 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5777 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5778 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5779 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5781 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5782 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5783 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5784 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5785 and global data items can both be accessed easily without changing
5786 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5787 segments. However, some memory models (though not the standard
5788 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5789 same value to be removed. Be careful about functions' local
5790 variables in this latter case.
5792 In models with a single code segment, the segment is called
5793 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5794 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5795 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5796 called \i\c{_DATA}.
5799 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5801 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5802 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5803 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5804 doing the calling and the function which gets called.
5806 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5807 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5808 argument specified to the function is pushed last).
5810 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5811 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5812 memory model.
5814 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5815 actually necessary, in functions which do not need to access their
5816 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5817 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5818 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5819 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5820 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5821 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5823 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5824 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5825 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5826 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5827 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5828 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5829 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5830 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5831 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5832 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5833 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5834 parameters in reverse order means that the function knows where to
5835 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5836 remaining ones.
5838 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5839 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5840 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5842 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5843 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5844 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5845 compiler) returned in \c{ST0}.
5847 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5848 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5849 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5850 memory model.
5852 \b When the caller regains control from the callee, the function
5853 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5854 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5855 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5856 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5857 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5858 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5859 removing.
5861 It is instructive to compare this calling convention with that for
5862 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5863 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5864 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5865 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5866 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5867 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5868 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5869 which means that a compiler can give better guarantees about
5870 sequence points without performance suffering.
5872 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5873 The following example is for small model:
5875 \c global  _myfunc
5877 \c _myfunc:
5878 \c         push    bp
5879 \c         mov     bp,sp
5880 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5881 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5883 \c         ; some more code
5885 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5886 \c         pop     bp
5887 \c         ret
5889 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5890 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5891 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5892 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5893 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5894 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5896 At the other end of the process, to call a C function from your
5897 assembly code, you would do something like this:
5899 \c extern  _printf
5901 \c       ; and then, further down...
5903 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5904 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5905 \c       call    _printf
5906 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5908 \c       ; then those data items...
5910 \c segment _DATA
5912 \c myint         dw    1234
5913 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5915 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5916 code
5918 \c     int myint = 1234;
5919 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5921 In large model, the function-call code might look more like this. In
5922 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5923 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5924 it first.
5926 \c       push    word [myint]
5927 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5928 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5929 \c       call    far _printf
5930 \c       add    sp,byte 6
5932 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5933 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5934 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5935 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5936 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5937 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5938 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5939 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5940 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5941 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5942 word of parameters.
5945 \S{16cdata} Accessing Data Items
5947 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5948 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5949 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5950 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5951 accessed from assembler as
5953 \c extern _i
5955 \c         mov ax,[_i]
5957 And to declare your own integer variable which C programs can access
5958 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5959 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5961 \c global  _j
5963 \c _j      dw      0
5965 To access a C array, you need to know the size of the components of
5966 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5967 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5968 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5969 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5970 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5971 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5972 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5974 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5975 the base of the structure to the field you are interested in. You
5976 can either do this by converting the C structure definition into a
5977 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5978 one offset and using just that.
5980 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5981 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5982 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5983 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5984 Typically, you might find that a structure like
5986 \c struct {
5987 \c     char c;
5988 \c     int i;
5989 \c } foo;
5991 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5992 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5993 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5994 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5995 out how your own compiler does it.
5998 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6000 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6001 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6002 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6003 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6004 the work involved in keeping track of the calling convention.
6006 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6007 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6009 An example of an assembly function using the macro set is given
6010 here:
6012 \c proc    _nearproc
6014 \c %$i     arg
6015 \c %$j     arg
6016 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6017 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6018 \c         add     ax,[bx]
6020 \c endproc
6022 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6023 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6024 integer. It returns \c{i + *j}.
6026 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6027 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6028 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6029 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6030 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6031 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6032 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6034 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6035 compact-model code) by default. You can have it generate far
6036 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6037 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6038 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6039 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6040 dependency on whether data pointers are far or not.
6042 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6043 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6044 many function parameters will be of type \c{int}.
6046 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6048 \c %define FARCODE
6050 \c proc    _farproc
6052 \c %$i     arg
6053 \c %$j     arg     4
6054 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6055 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6056 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6057 \c         add     ax,[bx]
6059 \c endproc
6061 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6062 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6063 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6066 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6068 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6069 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6071 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6072 not required for Pascal.
6074 \b The memory model is always large: functions are far, data
6075 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6076 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6077 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6078 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6079 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6080 data declared in a Pascal program goes into the default data
6081 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6082 when control is passed to your assembly code. The only things that
6083 do not live in the default data segment are local variables (they
6084 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6085 data \e{pointers}, however, are far.
6087 \b The function calling convention is different - described below.
6089 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6091 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6092 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6093 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6096 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6098 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6099 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6100 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6101 used to denote the function doing the calling and the function which
6102 gets called.
6104 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6105 after another, in normal order (left to right, so that the first
6106 argument specified to the function is pushed first).
6108 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6109 control to the callee.
6111 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6112 actually necessary, in functions which do not need to access their
6113 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6114 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6115 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6116 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6117 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6118 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6120 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6121 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6122 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6123 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6124 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6125 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6126 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6128 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6129 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6130 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6132 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6133 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6134 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6135 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6136 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6137 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6138 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6139 places the returned string value at that location. The pointer is
6140 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6141 \c{RETF} instruction.
6143 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6144 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6145 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6146 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6147 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6148 to be removed from the stack as a side effect of the return
6149 instruction.
6151 \b When the caller regains control from the callee, the function
6152 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6153 do nothing further.
6155 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6156 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6158 \c global  myfunc
6160 \c myfunc: push    bp
6161 \c         mov     bp,sp
6162 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6163 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6164 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6166 \c         ; some more code
6168 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6169 \c         pop     bp
6170 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6172 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6173 assembly code, you would do something like this:
6175 \c extern  SomeFunc
6177 \c        ; and then, further down...
6179 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6180 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6181 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6182 \c        call   far SomeFunc
6184 This is equivalent to the Pascal code
6186 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6187 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6190 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6191 Name Restrictions
6193 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6194 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6195 reading and understanding the various information contained in a
6196 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6197 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6198 restrictions:
6200 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6201 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6203 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6204 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6206 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6207 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6209 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6210 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6213 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6215 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6216 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6217 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6218 definition ensures that functions are far (it implies
6219 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6220 generated with an operand.
6222 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6223 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6224 reverse order. For example:
6226 \c %define PASCAL
6228 \c proc    _pascalproc
6230 \c %$j     arg 4
6231 \c %$i     arg
6232 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6233 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6234 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6235 \c         add     ax,[bx]
6237 \c endproc
6239 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6240 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6241 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6242 and the contents of the pointer. The only difference between this
6243 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6244 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6245 reverse order.
6248 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6250 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6251 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6252 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6253 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6254 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6255 shared libraries.
6257 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6258 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6259 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6260 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6261 address space no matter what segment you work relative to, and that
6262 you should ignore all segment registers completely. When writing
6263 flat-model application code, you never need to use a segment
6264 override or modify any segment register, and the code-section
6265 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6266 space as the data-section addresses you access your variables by and
6267 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6268 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6269 offset part.
6272 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6274 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6275 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6276 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6279 \S{32cunder} External Symbol Names
6281 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6282 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6283 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6284 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6285 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6286 underscore on their assembly-language names.
6288 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6289 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6290 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6291 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6292 though, the leading underscore should not be used.
6294 See also \k{opt-pfix}.
6296 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6298 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6299 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6300 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6301 the function doing the calling and the function which gets called.
6303 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6304 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6305 argument specified to the function is pushed last).
6307 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6308 control to the callee.
6310 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6311 actually necessary, in functions which do not need to access their
6312 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6313 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6314 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6315 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6316 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6317 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6319 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6320 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6321 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6322 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6323 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6324 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6325 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6326 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6327 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6328 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6329 and type of the remaining ones.
6331 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6332 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6333 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6335 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6336 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6337 of the value. Floating-point results are typically returned in
6338 \c{ST0}.
6340 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6341 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6342 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6344 \b When the caller regains control from the callee, the function
6345 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6346 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6347 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6348 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6349 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6350 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6351 removing.
6353 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6354 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6355 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6356 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6357 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6358 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6359 still pushed in right-to-left order.
6361 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6363 \c global  _myfunc
6365 \c _myfunc:
6366 \c         push    ebp
6367 \c         mov     ebp,esp
6368 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6369 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6371 \c         ; some more code
6373 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6374 \c         ret
6376 At the other end of the process, to call a C function from your
6377 assembly code, you would do something like this:
6379 \c extern  _printf
6381 \c         ; and then, further down...
6383 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6384 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6385 \c         call    _printf
6386 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6388 \c         ; then those data items...
6390 \c segment _DATA
6392 \c myint       dd   1234
6393 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6395 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6397 \c     int myint = 1234;
6398 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6401 \S{32cdata} Accessing Data Items
6403 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6404 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6405 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6406 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6407 accessed from assembler as
6409 \c           extern _i
6410 \c           mov eax,[_i]
6412 And to declare your own integer variable which C programs can access
6413 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6414 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6416 \c           global _j
6417 \c _j        dd 0
6419 To access a C array, you need to know the size of the components of
6420 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6421 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6422 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6423 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6424 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6425 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6426 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6427 are also 4 bytes long.
6429 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6430 the base of the structure to the field you are interested in. You
6431 can either do this by converting the C structure definition into a
6432 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6433 one offset and using just that.
6435 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6436 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6437 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6438 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6439 Typically, you might find that a structure like
6441 \c struct {
6442 \c     char c;
6443 \c     int i;
6444 \c } foo;
6446 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6447 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6448 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6449 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6450 out how your own compiler does it.
6453 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6455 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6456 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6457 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6458 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6459 the work involved in keeping track of the calling convention.
6461 An example of an assembly function using the macro set is given
6462 here:
6464 \c proc    _proc32
6466 \c %$i     arg
6467 \c %$j     arg
6468 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6469 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6470 \c         add     eax,[ebx]
6472 \c endproc
6474 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6475 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6476 integer. It returns \c{i + *j}.
6478 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6479 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6480 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6481 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6482 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6483 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6484 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6486 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6487 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6488 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6491 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6492 Libraries}
6494 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6495 because it contains support for \i{position-independent code}
6496 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6497 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6498 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6500 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6501 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6502 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6503 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6505 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6506 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6507 of the running process. The contents of the library's code section
6508 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6510 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6511 this:
6513 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6515 Instead, the linker provides an area of memory called the
6516 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6517 constant distance from your library's code, so if you can find out
6518 where your library is loaded (which is typically done using a
6519 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6520 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6521 linker-generated entries in the GOT.
6523 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6524 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6525 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6526 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6527 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6528 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6531 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6533 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6534 external symbol:
6536 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6537 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6539 At the beginning of any function in your shared library which plans
6540 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6541 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6542 in this form:
6544 \c func:   push    ebp
6545 \c         mov     ebp,esp
6546 \c         push    ebx
6547 \c         call    .get_GOT
6548 \c .get_GOT:
6549 \c         pop     ebx
6550 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6552 \c         ; the function body comes here
6554 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6555 \c         mov     esp,ebp
6556 \c         pop     ebp
6557 \c         ret
6559 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6560 second leading underscore.)
6562 The first two lines of this function are simply the standard C
6563 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6564 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6565 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6566 libraries use this register to store the address of the GOT.
6568 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6569 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6570 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6571 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6572 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6573 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6574 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6575 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6576 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6577 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6578 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6579 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6580 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6581 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6582 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6583 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6585 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6586 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6587 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6589 \c %macro  get_GOT 0
6591 \c         call    %%getgot
6592 \c   %%getgot:
6593 \c         pop     ebx
6594 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6596 \c %endmacro
6598 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6600 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6601 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6602 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6603 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6604 way this works is like this:
6606 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6608 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6609 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6610 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6611 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6613 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6614 them, they are shared between code modules in the library, but do
6615 not get exported from the library to the program that loaded it.
6616 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6617 can access them in the same way as local variables, using the above
6618 \c{..gotoff} mechanism.
6620 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6621 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6622 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6625 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6627 If your library needs to get at an external variable (external to
6628 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6629 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6630 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6631 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6632 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6633 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6634 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6635 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6636 you would code
6638 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6640 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6641 linker, when it builds the shared library, collects together every
6642 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6643 has every necessary entry present.
6645 Common variables must also be accessed in this way.
6648 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6650 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6651 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6652 you have to give the size of the data item. This is because the
6653 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6654 entries for any exported functions, and also moves exported data
6655 items away from the library's data section in which they were
6656 declared.
6658 So to export a function to users of the library, you must use
6660 \c global  func:function           ; declare it as a function
6662 \c func:   push    ebp
6664 \c         ; etc.
6666 And to export a data item such as an array, you would have to code
6668 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6670 \c array:  resd    128
6671 \c .end:
6673 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6674 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6675 end up living in the data section of the main program, rather than
6676 in your library's data section, where you declared it. So you will
6677 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6678 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6679 effectively, it has become).
6681 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6682 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6683 sort of code:
6685 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6687 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6688 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6689 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6690 pointing at your data section instead of at the exported global
6691 which resides elsewhere.
6693 Instead of the above code, then, you must write
6695 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6697 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6698 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6699 at that address, rather than just relocating by section base.
6701 Either method will work for functions: referring to one of your
6702 functions by means of
6704 \c funcptr:        dd      my_function
6706 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6708 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6710 will give the address of the procedure linkage table for the
6711 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6712 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6715 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6717 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6718 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6719 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6720 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6721 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6722 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6723 in the main program can be transparently passed off to their real
6724 destinations.
6726 To call an external routine, you must use another special PIC
6727 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6728 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6729 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6730 ..plt}.
6733 \S{link} Generating the Library File
6735 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6736 you then generate your shared library with a command such as
6738 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6739 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6741 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6742 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6743 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6744 library file name, with a version number, into the library:
6746 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6748 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6749 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6752 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6754 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6755 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6756 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6757 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6758 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6759 one, or jumps between different-size segments.
6762 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6764 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6765 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6766 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6767 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6768 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6769 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6770 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6771 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6773 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6774 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6775 segment, so just coding, for example,
6777 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6779 will not work, since the offset part of the address will be
6780 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6781 one.
6783 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6784 generate the required instruction by coding it manually, using
6785 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6786 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6788 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6790 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6791 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6792 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6793 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6794 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6795 segment to a 32-bit one.
6797 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6798 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6800 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6802 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6803 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6804 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6807 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6808 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6810 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6811 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6812 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6813 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6814 32-bit segment, or vice versa.
6816 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6817 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6818 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6819 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6821 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6822 the address, since any effective address containing a 32-bit
6823 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6825 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6826 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6828 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6829 instruction and a register) if you already know the precise offset
6830 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6831 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6832 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6834 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6835 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6837 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6839 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6840 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6841 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6843 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6845 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6846 which controls the size of the data stored at the address, with the
6847 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6848 address itself. The two can quite easily be different:
6850 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6852 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6853 offset.
6855 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6856 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6858 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6860 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6861 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6862 offset), and calls that address.
6865 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6867 The other way you might want to access data might be using the
6868 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6869 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6870 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6871 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6873 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6874 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6875 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6876 desired address into \c{ESI} and then code
6878 \c         a32     lodsb
6880 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6881 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6882 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6883 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6885 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6886 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6887 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6888 instructions with implicit addressing:
6889 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6890 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6891 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6892 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6893 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6894 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6895 Also, the
6896 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6897 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6898 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6899 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6900 size from the code segment.
6902 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6903 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6904 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6905 give the value of the segment register being manipulated. To force
6906 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6907 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6909 \c         o16 push    ss
6910 \c         o16 push    ds
6912 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6913 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6914 one.
6916 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6917 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6920 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6922 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6923 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6924 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6925 write position-independent code for shared libraries.
6927 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6928 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6929 registers, which still add their bases.
6931 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6932 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6933 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6934 probably desirable to make that the default, using the directive
6935 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6937 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6938 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6939 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6940 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6941 Please see the ABI documentation for your platform.
6943 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6944 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6945 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6946 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6948 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6949 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6950 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6951 set to zero.
6953 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6955 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6956 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6958 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6959 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6960 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6961 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6963 This is consistent with the AMD documentation and most other
6964 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6965 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6966 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6967 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6968 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6969 the NASM source distribution.
6971 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
6973 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
6974 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
6975 immediates to 32 bits.
6977 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
6979 \c      MOV reg64,imm64
6981 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
6982 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
6983 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
6984 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
6985 immediate as \c{DWORD}:
6987 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
6988 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
6989 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
6990 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
6992 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
6994 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
6995 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
6996 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
6997 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
6998 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
6999 displacement size as \c{QWORD}:
7001 \c      default abs
7003 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7004 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7005 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7007 \c      default rel
7009 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7010 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7011 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7012 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7014 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7015 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7017 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7019 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7021 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
7023 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7024 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7026 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7027 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7028 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7029 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7030 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7032 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7034 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7035 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7036 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7037 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
7039 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7041 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7043 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7045 \c      void foo(long a, double b, int c)
7047 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7049 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7051 The Win64 ABI is described at:
7053 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7055 What follows is a simplified summary.
7057 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7058 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7059 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7060 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7061 use by the function without saving.
7063 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7065 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7066 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7067 return is \c{XMM0} only.
7069 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7071 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7073 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7075 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7077 \C{trouble} Troubleshooting
7079 This chapter describes some of the common problems that users have
7080 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7081 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7082 that isn't listed here.
7085 \H{problems} Common Problems
7087 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7089 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7090 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7091 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7092 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7093 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7094 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7095 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7096 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7097 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
7100 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7102 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7103 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7104 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7105 longer.
7107 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7108 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7109 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7110 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7111 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7112 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7113 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7114 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7115 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7116 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7117 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7118 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
7121 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7123 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7124 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7125 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7126 sector, people who are used to MASM tend to code
7128 \c         ORG 0
7130 \c         ; some boot sector code
7132 \c         ORG 510
7133 \c         DW 0xAA55
7135 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7136 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7137 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7139 \c         ORG 0
7141 \c         ; some boot sector code
7143 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7144 \c         DW 0xAA55
7146 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7147 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7148 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7149 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7150 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7151 find out what's wrong with it.
7154 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7156 The other common problem with the above code is people who write the
7157 \c{TIMES} line as
7159 \c         TIMES 510-$ DB 0
7161 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7162 the difference between them is also a pure number and can happily be
7163 fed to \c{TIMES}.
7165 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7166 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7167 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7168 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7169 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7170 information back to the expression evaluator. So from the
7171 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7172 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7173 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7174 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7176 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7177 line in the form
7179 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7181 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7182 and so their difference is a pure number. This will solve the
7183 problem and generate sensible code.
7186 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7188 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7189 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7190 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7191 \i\c{bugtracker} at
7192 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7193 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7194 contacts in \k{contact}.
7196 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7197 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7198 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7199 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7200 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7201 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7202 there.
7204 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7205 information:
7207 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7208 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7210 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7211 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7212 you were using the standard distribution binaries out of the
7213 archive. If you were using a locally built executable, try to
7214 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7215 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7218 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7219 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7220 \c{NASMENV} environment variable if any.
7222 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7223 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7224 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7225 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7226 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7227 compiler, what version, and what command line or options you used.
7228 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7229 with the command-line version of the compiler.)
7231 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7232 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7233 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7234 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7235 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7236 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7237 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7238 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7239 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7240 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7241 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7242 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7243 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7245 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7246 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7247 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7248 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7249 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7250 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7251 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7252 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7253 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7254 should be 77 instead'.
7256 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7257 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7258 generates the same file, or whether the problem is related to
7259 portability issues between our development platforms and yours. We
7260 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7261 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7262 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7263 for us.
7265 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7266 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7267 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7268 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7269 differently from us.
7272 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7274                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7276 \H{ndisintro} Introduction
7279 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7280 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7281 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7282 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7283 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7285 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7286 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7287 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7288 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7289 disassembles.
7292 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7294 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7295 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7296 are on a Unix system.
7299 \H{ndisrun} Running NDISASM
7301 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7303 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7305 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7306 provided of course that you remember to specify which it is to work
7307 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7308 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7310 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7311 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7312 summary of command line options.
7315 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7317 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7318 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7319 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7320 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7321 this.
7323 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7324 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7325 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7326 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7327 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7329 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7331 \c        ndisasm -o100h filename.com
7333 will do the trick.
7336 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7338 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7339 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7340 will faithfully plough through the data section, producing machine
7341 instructions wherever it can (although most of them will look
7342 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7343 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7344 Then it will reach the code section.
7346 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7347 instruction from part of the data section, and its file position is
7348 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7349 entirely possible that another spurious instruction will get
7350 generated, starting with the final byte of the data section, and
7351 then the correct first instruction in the code section will not be
7352 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7353 ideal.
7355 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7356 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7357 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7358 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7359 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7360 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7361 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7362 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7363 the instructions in your code section.
7365 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7366 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7367 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7370 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7372 rather than
7374 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7376 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7377 to, just by repeating the \c{-s} option.
7380 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7381 \I\c{auto-sync}
7383 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7384 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7385 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7386 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7387 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7388 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7389 needed.
7391 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7392 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7393 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7394 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7396 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7397 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7398 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7399 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7400 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7401 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7402 processed, there isn't much it can do about it...)
7404 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7405 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7406 the register contains) or involves a segment address (in which case
7407 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7408 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7410 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7411 points in all the right places, and save you from having to place
7412 any sync points manually. However, it should be stressed that
7413 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7414 you may still have to place some manually.
7416 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7417 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7418 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7419 options.
7421 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7422 fluke, something in your data section should disassemble to a
7423 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7424 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7425 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7426 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7427 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7428 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7429 suppress disassembly of the data area.
7432 \S{ndisother} Other Options
7434 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7435 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7436 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7437 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7439 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7440 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7441 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7442 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7443 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7444 anyway.
7447 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7449 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7450 possible, should be sent to
7451 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7452 developer's site at
7453 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7454 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7455 new features as well.
7457 \A{inslist} \i{Instruction List}
7459 \H{inslistintro} Introduction
7461 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7462 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7463 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7464  when appropriate, one or more usage flags.
7466 \& inslist.src