Mark Perl scripts executable
[nasm/autotest.git] / doc / nasmdoc.src
blob4847a90f269c3779531197ae6869bc1c1b7f1887
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 \IR{utf-16} UTF-16
209 \IR{utf-32} UTF-32
210 \IA{sco unix}{unix, sco}
211 \IR{unix, sco} Unix, SCO
212 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
213 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
214 \IA{unix system v}{unix, system v}
215 \IR{unix, system v} Unix, System V
216 \IR{unixware} UnixWare
217 \IR{val} VAL
218 \IR{version number of nasm} version number of NASM
219 \IR{visual c++} Visual C++
220 \IR{www page} WWW page
221 \IR{win32} Win32
222 \IR{win32} Win64
223 \IR{windows} Windows
224 \IR{windows 95} Windows 95
225 \IR{windows nt} Windows NT
226 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
227 \# \IC{program entry point}{start point, program}
228 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
229 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
230 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
233 \C{intro} Introduction
235 \H{whatsnasm} What Is NASM?
237 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
238 for portability and modularity. It supports a range of object file
239 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
240 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
241 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
242 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
243 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
244 strong support for macros.
247 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
249 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
250 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
251 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
252 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
254 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
255 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
257 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
258 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
259 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
260 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
261 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
262 it (properly.)
264 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
265 doesn't seem to have much (or any) documentation.
267 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
268 DOS.
270 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
271 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
272 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
273 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
274 It's expensive too. And it's DOS-only.
276 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
277 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
278 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
279 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
280 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
281 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
282 Again.
285 \S{legal} License Conditions
287 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
288 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
289 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
290 Public License, LGPL.
293 \H{contact} Contact Information
295 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
296 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
297 (see below for the link).
298 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
300 NASM has a \i{WWW page} at
301 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
302 not there, google for us!
305 The original authors are \i{e\-mail}able as
306 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
307 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
308 The latter is no longer involved in the development team.
310 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
311 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
312 and to
313 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
315 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
317 Announcements are posted to
318 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
319 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
320 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
322 If you want information about NASM beta releases, and the current
323 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
324 by registering at
325 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
328 \H{install} Installation
330 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
332 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
333 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
334 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
335 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
337 The archive will contain a set of executable files: the NASM
338 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
339 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
340 RDOFF file format.
342 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
343 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
344 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
345 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
346 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
347 under other versions of Windows as well.)
349 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
350 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
351 so you can delete it if you need to save space; however, you may
352 want to keep the documentation or test programs.
354 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
355 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
356 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
357 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
358 the source archive.
360 Note that a number of files are generated from other files by Perl
361 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
362 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
363 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
364 documentation. It is possible future source distributions may not
365 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
366 platforms, including DOS and Windows, are available from
367 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
370 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
372 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
373 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
374 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
375 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
376 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
378 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
379 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
380 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
381 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
382 accordingly.
384 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
385 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
386 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
387 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
388 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
389 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
390 install the programs yourself.
392 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
393 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
394 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
395 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
398 \C{running} Running NASM
400 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
402 To assemble a file, you issue a command of the form
404 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
406 For example,
408 \c nasm -f elf myfile.asm
410 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
412 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
414 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
416 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
417 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
418 to give a listing file name, for example:
420 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
422 To get further usage instructions from NASM, try typing
424 \c nasm -h
426 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
427 are.
429 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
430 or \c{ELF}, type
432 \c file nasm
434 (in the directory in which you put the NASM binary when you
435 installed it). If it says something like
437 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
439 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
440 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
442 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
444 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
445 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
446 and are rare these days.)
448 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
449 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
450 messages.
453 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
455 NASM will normally choose the name of your output file for you;
456 precisely how it does this is dependent on the object file format.
457 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
458 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
459 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
460 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
461 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
462 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
463 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
464 the output file \c{myfile}.
466 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
467 has the same name as the input file, in which case it will give a
468 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
470 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
471 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
472 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
473 with the name you wish for the output file, either with or without
474 an intervening space. For example:
476 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
477 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
479 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
480 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
483 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
485 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
486 output file format for you itself. In the distribution versions of
487 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
488 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
489 choose what you want the default to be.
491 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
492 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
494 A complete list of the available output file formats can be given by
495 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
498 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
500 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
501 optional space) by a file name, NASM will generate a
502 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
503 code are listed on the left, and the actual source code, with
504 expansions of multi-line macros (except those which specifically
505 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
506 right. For example:
508 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
510 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
511 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
512 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
513 form" (without the brackets). This can be used to list only 
514 sections of interest, avoiding excessively long listings.
517 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
519 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
520 This can be redirected to a file for further processing. For example:
522 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
525 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
527 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
528 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
529 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
530 dependency list without a prefix.
533 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
535 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
536 output to a file, rather than to stdout.  For example:
538 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
541 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
543 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
544 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
545 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
546 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
547 updated dependencies with every assembly session.  For example:
549 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
552 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
554 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
555 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
556 specified by the \c{-o} option.
559 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
561 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
562 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
563 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
564 quotable in Make.
567 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
569 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
570 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
571 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
572 file has been removed.
575 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
577 This option is used to select the format of the debug information
578 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
579 be). Prior to version 2.04, the use of this switch did \e{not} enable
580 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
581 to enable output.  Versions 2.04 and later automatically enable \c{-g}
582 if \c{-F} is specified.
584 A complete list of the available debug file formats for an output
585 format can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format>
586 -y}. Not all output formats currently support debugging output.
588 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which 
589 is not built into NASM by default. For information on how
590 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
593 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
595 This option can be used to generate debugging information in the specified
596 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
597 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
598 If no debug information is currently implemented in the selected output 
599 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
602 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
604 This option can be used to select an error reporting format for any 
605 error messages that might be produced by NASM.
607 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
608 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
609 the default and looks like this:
611 \c filename.asm:65: error: specific error message 
613 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
614 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
615 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
616 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
617 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
619 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
620 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
622 \c filename.asm(65) : error: specific error message
624 where the only difference is that the line number is in parentheses
625 instead of being delimited by colons.  
627 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
629 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
631 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
632 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
633 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
634 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
635 example) you want to load them into an editor.
637 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
638 which causes errors to be sent to the specified files rather than
639 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
640 the errors into a file by typing
642 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
644 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
645 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
646 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
648 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
650 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
651 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
652 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
653 program, you can type:
655 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
657 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
660 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
662 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
663 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
664 search for the given file not only in the current directory, but also
665 in any directories specified on the command line by the use of the
666 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
667 library}, for example, by typing
669 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
671 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
672 optional).
674 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
675 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
676 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
677 prepended exactly as written to the name of the include file.
678 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
679 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
681 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
682 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
683 to search for the file \c{foobar.i}...)
685 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
686 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
687 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
688 \k{nasmenv}).
690 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
691 be specified as \c{-I}.
694 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
696 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
697 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
698 option. So running
700 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
702 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
703 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
705 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
706 option can also be specified as \c{-P}.
709 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
711 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
712 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
713 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
714 could code
716 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
718 as an alternative to placing the directive
720 \c %define FOO 100
722 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
723 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
724 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
725 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
726 \c{-dDEBUG}.
728 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
729 be specified as \c{-D}.
732 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
734 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
735 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
736 option specified earlier on the command lines.
738 For example, the following command line:
740 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
742 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
743 program. This is useful to override options specified at a different
744 point in a Makefile.
746 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
747 be specified as \c{-U}.
750 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
752 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
753 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
754 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
755 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
756 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
757 if the \c{-o} option is also used).
759 This option cannot be applied to programs which require the
760 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
761 which depend on the values of symbols: so code such as
763 \c %assign tablesize ($-tablestart)
765 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
767 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
768 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
769 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
771 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
773 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
774 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
775 completely and assume the compiler has already done it, to save time
776 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
777 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
778 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
781 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
783 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
784 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
785 optimally, you have to enable extra passes.
787 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
788 The syntax is:
790 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
791         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
792         Immediate operands take their long forms if a short form is
793         not specified.
795 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
796         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
797         -O0, but will produce successful assembly more often if
798         branch offset sizes are not specified.
799         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
800         are optimized, unless the long form is specified.
802 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
803         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
804         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
805         The number specifies the maximum number of passes.  The more
806         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
808 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
809         to do unlimited passes.
811 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
812 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
815 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
817 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
818 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
820 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
822 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
823 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
824 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
825 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
826 Note that you lose the ability to override the default address type for
827 the instruction.
829 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
830 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
831 \c{include}, \c{local})
833 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
835 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
836 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
837 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
838 conditions are reported like errors, but come up with the word
839 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
840 generating an output file and returning a success status to the
841 operating system.
843 Some conditions are even less severe than that: they are only
844 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
845 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
846 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
847 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
848 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
849 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
851 The \i{suppressible warning} classes are:
853 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
854 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
855 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
856 you might want to disable it.
858 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
859 warning class is enabled by default.
861 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
862 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
863 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
864 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
866 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
867 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
868 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
869 enabled by default.
871 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
872 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
873 This warning class is enabled by default.
875 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
876 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
877 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
878 brackets) exists. 
881 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
883 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
884 and the date on which it was compiled.
886 You will need the version number if you report a bug.
888 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
890 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
891 debug info formats for the given output format. The default format 
892 is indicated by an asterisk. For example:
894 \c nasm -f elf -y
896 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
897 \c   ('*' denotes default):
898 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
899 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
902 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
904 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
905 (respectively) the given argument to all \c{global} or
906 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
907 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
908 (but not always) likes it.
911 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
913 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
914 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
915 processed before the real command line. You can use this to define
916 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
917 options in the \c{NASMENV} variable.
919 The value of the variable is split up at white space, so that the
920 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
921 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
922 what you might want, because it will be split at the space and the
923 NASM command-line processing will get confused by the two
924 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
926 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
927 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
928 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
929 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
930 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
931 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
933 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
934 changed with version 0.98.31.
937 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
939 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
940 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
941 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
942 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
943 skipping this section.
946 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
948 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
949 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
950 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
951 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
952 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
953 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
954 will distinguish between labels differing only in case.
957 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
959 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
960 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
961 practical, for the user to look at a single line of NASM code
962 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
963 if you declare, for example,
965 \c foo     equ     1
966 \c bar     dw      2
968 then the two lines of code
970 \c         mov     ax,foo
971 \c         mov     ax,bar
973 generate completely different opcodes, despite having
974 identical-looking syntaxes.
976 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
977 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
978 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
979 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
980 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
981 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
982 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
983 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
985 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
986 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
987 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
988 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
989 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
990 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
992 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
993 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
994 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
995 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
996 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
997 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
998 \e{everything} is a label.
1000 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1001 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1002 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1003 portion outside square brackets and another portion inside. The
1004 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1005 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1008 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1010 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1011 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1012 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1013 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1014 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1015 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1016 \c{mov word [var],2}.
1018 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1019 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1020 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1021 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1022 the strings being manipulated.
1025 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1027 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1028 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1029 choose to put in your segment registers, and will never
1030 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1033 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1035 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1036 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1037 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1038 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1039 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1040 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1041 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1042 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1043 track of which external variable definitions are far and which are
1044 near.
1047 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1049 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1050 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1051 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1052 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1054 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1055 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1056 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1057 on a misunderstanding by the authors.
1060 \S{qsother} Other Differences
1062 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1063 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1065 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1066 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1067 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1068 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1069 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1070 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1071 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1073 In addition to all of this, macros and directives work completely
1074 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1075 details.
1078 \C{lang} The NASM Language
1080 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1082 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1083 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1084 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1086 \c label:    instruction operands        ; comment
1088 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1089 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1090 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1091 presence and nature of the instruction field.
1093 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1094 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1095 backslash-ended line.
1097 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1098 have white space before them, or instructions may have no space
1099 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1100 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1101 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1102 valid source line which does nothing but define a label. Running
1103 NASM with the command-line option
1104 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1105 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1107 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1108 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1109 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1110 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1111 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1112 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1113 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1114 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1115 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1116 an identifier is 4095 characters.
1118 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1119 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1120 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1121 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1122 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1123 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1124 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1125 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1126 override}segment register as an instruction prefix: coding
1127 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1128 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1129 syntactic features of the language, but for instructions such as
1130 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1131 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1132 \c{es lodsb}.
1134 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1135 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1136 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1138 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1139 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1141 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1142 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1143 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1144 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1145 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1146 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1148 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1149 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1150 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1151 \# Details of
1152 \# all forms of each supported instruction are given in
1153 \# \k{iref}.
1154 For example, you can code:
1156 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1157 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1159 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1160 \c         fadd    to st1          ; so does this
1162 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1163 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1164 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1167 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1169 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1170 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1171 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1172 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1173 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1174 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1175 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1176 prefix.
1179 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1181 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1182 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1183 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1184 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1186 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1187 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1188 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1189 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1190 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1191 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1192 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1193 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1194 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1195 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1196 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1197 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1198 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1200 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1203 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1205 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1206 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1207 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1208 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1209 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1210 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1211 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1212 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1213 expression}: see \k{crit}.
1215 For example:
1217 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1218 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1219 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1220 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1222 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1224 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1225 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1226 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1227 directly into a game executable file. It can be called in one of
1228 these three ways:
1230 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1231 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1232 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1233 \c                                    ; actually include at most 512
1235 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1236 macro version searches for the file in the include file search path
1237 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1238 overridden if desired.
1241 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1243 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1244 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1245 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1246 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1247 example,
1249 \c message         db      'hello, world'
1250 \c msglen          equ     $-message
1252 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1253 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1254 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1255 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1256 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1257 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1258 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1259 (\k{crit}).
1262 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1264 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1265 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1266 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1267 code
1269 \c zerobuf:        times 64 db 0
1271 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1272 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1273 \e{expression}, so you can do things like
1275 \c buffer: db      'hello, world'
1276 \c         times 64-$+buffer db ' '
1278 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1279 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1280 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1282 \c         times 100 movsb
1284 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1285 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1286 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1288 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1289 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1291 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1292 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1293 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1294 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1295 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1298 \H{effaddr} Effective Addresses
1300 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1301 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1302 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1303 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1304 example:
1306 \c wordvar dw      123
1307 \c         mov     ax,[wordvar]
1308 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1309 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1311 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1312 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1314 More complicated effective addresses, such as those involving more
1315 than one register, work in exactly the same way:
1317 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1318 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1320 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1321 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1322 all right:
1324 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1325 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1327 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1328 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1329 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1330 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1331 generate the latter on the grounds that the former requires four
1332 bytes to store a zero offset.
1334 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1335 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1336 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1337 default segment registers.
1339 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1340 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1341 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1342 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1343 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1344 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1345 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1346 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1347 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1348 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1349 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1351 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1352 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1353 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1354 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1355 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1356 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1357 the offset to be lost.
1359 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1360 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1361 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1362 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1363 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1364 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1366 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1367 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1368 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1369 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1372 \H{const} \i{Constants}
1374 NASM understands four different types of constant: numeric,
1375 character, string and floating-point.
1378 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1380 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1381 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1382 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1383 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1384 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1385 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1386 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1387 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1389 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1390 up long strings.
1392 Some examples:
1394 \c         mov     ax,100          ; decimal
1395 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1396 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1397 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1398 \c         mov     ax,777q         ; octal
1399 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1400 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1401 \c         mov     ax,1001_0011b   ; same binary constant
1404 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1406 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1407 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1408 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1409 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1410 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1411 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1412 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1415 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1417 \c       \'          single quote (')
1418 \c       \"          double quote (")
1419 \c       \`          backquote (`)
1420 \c       \\\          backslash (\)
1421 \c       \?          question mark (?)
1422 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1423 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1424 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1425 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1426 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1427 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1428 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1429 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1430 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1431 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1432 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1433 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1435 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1436 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1437 sequence.
1439 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1440 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1442 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1443 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1444 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1447 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1449 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1450 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1452 A character constant with more than one byte will be arranged
1453 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1455 \c           mov eax,'abcd'
1457 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1458 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1459 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1460 the sense of character constants understood by the Pentium's
1461 \i\c{CPUID} instruction.
1464 \S{strconst} \i{String Constants}
1466 String constants are character strings used in the context of some
1467 pseudo-instructions, namely the
1468 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1469 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1470 certain preprocessor directives.
1472 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1473 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1474 for the conditions. So the following are equivalent:
1476 \c       db    'hello'               ; string constant
1477 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1479 And the following are also equivalent:
1481 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1482 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1483 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1485 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1486 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1487 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1488 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1489 or four-character constants are treated as strings when they are
1490 operands to \c{DW}, and so forth.
1492 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1494 The special operators \i\c{__utf16__} and \i\c{__utf32__} allows
1495 definition of Unicode strings.  They take a string in UTF-8 format and
1496 converts it to (littleendian) UTF-16 or UTF-32, respectively.
1498 For example:
1500 \c %define u(x) __utf16__(x)
1501 \c %define w(x) __utf32__(x)
1503 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1504 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1506 \c{__utf16__} and \c{__utf32__} can be applied either to strings
1507 passed to the \c{DB} family instructions, or to character constants in
1508 an expression context.  
1510 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1512 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1513 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1514 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1515 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1516 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1517 \i\c{__float128h__}.
1519 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1520 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1521 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1522 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1523 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1524 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1525 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1526 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1527 notation.
1529 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1530 floating-point constants as well.
1532 Some examples:
1534 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1535 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1536 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1537 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1538 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1539 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1540 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1541 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1542 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1543 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1544 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1546 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1547 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1548 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1549 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1550 called a "\i{minifloat}."
1552 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1553 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1554 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1555 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1556 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1557 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1558 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1559 floating-point number, respectively.
1561 For example:
1563 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1565 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1566 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1568 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1570 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1571 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1572 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1573 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1574 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1575 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1576 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1577 of floating-point routines, which would significantly increase the
1578 size of the assembler for very little benefit.
1580 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1581 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1582 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1583 respectively.  These are normally used as macros:
1585 \c %define Inf __Infinity__
1586 \c %define NaN __QNaN__
1588 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1590 \H{expr} \i{Expressions}
1592 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1593 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1594 appropriate size.
1596 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1597 calculations to involve the current assembly position: the
1598 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1599 position at the beginning of the line containing the expression; so
1600 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1601 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1602 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1604 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1605 increasing order of \i{precedence}.
1608 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1610 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1611 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1612 arithmetic operator supported by NASM.
1615 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1617 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1620 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1622 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1625 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1627 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1628 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1629 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1630 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1631 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1634 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1635 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1637 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1638 subtraction.
1641 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1642 \i{Multiplication} and \i{Division}
1644 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1645 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1646 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1647 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1648 \i{signed modulo} operators respectively.
1650 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1651 operation of the signed modulo operator.
1653 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1654 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1655 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1658 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1659 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1661 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1662 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1663 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1664 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1665 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1666 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1669 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1671 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1672 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1673 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1674 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1676 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1677 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1678 the symbol makes sense. So the code
1680 \c         mov     ax,seg symbol
1681 \c         mov     es,ax
1682 \c         mov     bx,symbol
1684 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1686 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1687 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1688 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1689 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1690 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1692 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1693 \c         mov     es,ax
1694 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1696 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1697 pointer to the symbol \c{symbol}.
1699 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1700 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1701 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1702 could code either of
1704 \c         call    (seg procedure):procedure
1705 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1707 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1708 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1709 practice.)
1711 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1712 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1713 to \c{CALL} in these examples.
1715 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1716 must code
1718 \c         dw      symbol, seg symbol
1720 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1721 invent one using the macro processor.
1724 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1726 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1727 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1728 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1729 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1730 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1731 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1732 in \c{BITS 16} mode,
1734 \c         push dword 33
1736 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1738 \c         push strict dword 33
1740 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1741 21 00 00 00}.
1743 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1744 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1747 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1749 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1750 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1751 called \e{Critical Expressions}.
1753 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1754 code and data, so that the second pass, when generating all the
1755 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1756 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1757 symbol declared after the code in question. For example,
1759 \c         times (label-$) db 0
1760 \c label:  db      'Where am I?'
1762 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1763 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1764 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1765 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1766 code
1768 \c         times (label-$+1) db 0
1769 \c label:  db      'NOW where am I?'
1771 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1772 wrong!
1774 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1775 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1776 value is required to be computable in the first pass, and which must
1777 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1778 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1779 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1780 also critical expressions.
1782 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1783 the following code.
1785 \c                 mov     ax,symbol1
1786 \c symbol1         equ     symbol2
1787 \c symbol2:
1789 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1790 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1791 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1792 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1793 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1794 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1795 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1797 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1798 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1799 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1801 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1802 this code fragment.
1804 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1805 \c offset  equ     10
1807 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1808 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1809 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1810 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1811 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1812 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1813 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1814 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1815 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1816 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1817 generated in this case is not as small as it could have been. This
1818 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1819 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1820 ebx+offset]}.
1822 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1823 no longer true (see \k{opt-On}).
1825 \H{locallab} \i{Local Labels}
1827 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1828 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1829 label, which means that it is associated with the previous non-local
1830 label. So, for example:
1832 \c label1  ; some code
1834 \c .loop
1835 \c         ; some more code
1837 \c         jne     .loop
1838 \c         ret
1840 \c label2  ; some code
1842 \c .loop
1843 \c         ; some more code
1845 \c         jne     .loop
1846 \c         ret
1848 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1849 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1850 are kept separate by virtue of each being associated with the
1851 previous non-local label.
1853 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1854 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1855 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1856 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1857 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1858 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1859 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1860 to, you could write
1862 \c label3  ; some more code
1863 \c         ; and some more
1865 \c         jmp label1.loop
1867 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1868 define a label which can be referenced from anywhere but which
1869 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1870 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1871 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1872 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1873 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1874 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1875 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1876 to the local label mechanism. So you could code
1878 \c label1:                         ; a non-local label
1879 \c .local:                         ; this is really label1.local
1880 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1881 \c label2:                         ; another non-local label
1882 \c .local:                         ; this is really label2.local
1884 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1886 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1887 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1888 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1891 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1893 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1894 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1895 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1896 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1897 sign.
1899 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1900 character into a single line.  Thus:
1902 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1903 \c         THIS_VALUE
1905 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1906 sequence.
1908 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1910 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1912 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1913 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1914 things like
1916 \c %define ctrl    0x1F &
1917 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1919 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1921 which will expand to
1923 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1925 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1926 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1927 not at definition time. Thus the code
1929 \c %define a(x)    1+b(x)
1930 \c %define b(x)    2*x
1932 \c         mov     ax,a(8)
1934 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1935 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1937 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1938 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1939 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1940 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1941 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1942 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1943 \c{bar}.
1945 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1946 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1947 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1948 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1949 Hence, if you code
1951 \c %define a(x)    1+a(x)
1953 \c         mov     ax,a(3)
1955 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1956 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1957 for an example of its use.
1959 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1960 macros: if you write
1962 \c %define foo(x)   1+x
1963 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1965 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1966 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1967 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1968 you define
1970 \c %define foo bar
1972 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1973 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1974 \e{with} parameters, and vice versa.
1976 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1977 perfectly well define a macro with
1979 \c %define foo bar
1981 and then re-define it later in the same source file with
1983 \c %define foo baz
1985 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1986 according to the most recent definition. This is particularly useful
1987 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1989 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1990 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1993 \S{xdefine} Enhancing \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1995 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1996 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1997 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1998 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1999 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2001 Suppose you have the following code:
2003 \c %define  isTrue  1
2004 \c %define  isFalse isTrue
2005 \c %define  isTrue  0
2007 \c val1:    db      isFalse
2009 \c %define  isTrue  1
2011 \c val2:    db      isFalse
2013 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2014 This is because, when a single-line macro is defined using
2015 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2016 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2017 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2018 time it is 1.
2020 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2021 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2022 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2024 \c %xdefine isTrue  1
2025 \c %xdefine isFalse isTrue
2026 \c %xdefine isTrue  0
2028 \c val1:    db      isFalse
2030 \c %xdefine isTrue  1
2032 \c val2:    db      isFalse
2034 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2035 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2036 the time that \c{isFalse} was defined.
2039 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2041 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2042 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2043 several similar macros that perform similar functions.
2045 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2046 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2048 As an example, consider the following:
2050 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2052 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2053 \c         .COM1addr       RESW    1
2054 \c         .COM2addr       RESW    1
2055 \c         ; ..and so on
2056 \c endstruc
2058 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2059 we can end up with:
2061 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2062 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2064 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2065 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2067 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2069 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2071 Now the above code can be written as:
2073 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2074 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2076 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2077 in turn, reduce typing errors).
2080 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2082 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2083 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2084 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2085 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2086 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2087 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2089 For example:
2091 \c %idefine Foo mov %?,%??
2093 \c         foo
2094 \c         FOO
2096 will expand to:
2098 \c         mov foo,Foo
2099 \c         mov FOO,Foo
2101 The sequence:
2103 \c %idefine keyword $%?
2105 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2106 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2108 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2110 \S{undef} Undefining Macros: \i\c{%undef}
2112 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2113 example, the following sequence:
2115 \c %define foo bar
2116 \c %undef  foo
2118 \c         mov     eax, foo
2120 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2121 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2123 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2124 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2125 \k{opt-u}.
2128 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2130 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2131 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2132 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2133 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2135 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2136 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2137 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2138 \c{%assign} directive is processed.
2140 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2141 later, so you can do things like
2143 \c %assign i i+1
2145 to increment the numeric value of a macro.
2147 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2148 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2149 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2151 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2152 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2153 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2154 involving a register).
2157 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2159 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2160 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2161 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2162 before definition.
2164 For example:
2166 \c %defstr test TEST
2168 is equivalent to
2170 \c %define test 'TEST'
2172 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2173 \k{getenv}):
2175 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2178 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2180 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2181 supports two simple string handling macro operators from which
2182 more complex operations can be constructed.
2185 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2187 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2188 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2189 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2190 example of the use of this would be:
2192 \c %strlen charcnt 'my string'
2194 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2195 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2196 was a literal string but it could also have been a single-line
2197 macro that expands to a string, as in the following example:
2199 \c %define sometext 'my string'
2200 \c %strlen charcnt sometext
2202 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2203 assigned the value of 9.
2206 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2208 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2209 An example of its use is probably more useful than the description:
2211 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2212 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2213 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2214 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2215 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2216 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2218 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2219 single-line macro to be created and the second is the string. The
2220 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2221 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2222 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2223 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2224 values out of range result in an empty string.  A negative length
2225 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2226 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2229 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2231 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2232 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2233 this.
2235 \c %macro  prologue 1
2237 \c         push    ebp
2238 \c         mov     ebp,esp
2239 \c         sub     esp,%1
2241 \c %endmacro
2243 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2244 invoke the macro with a call such as
2246 \c myfunc:   prologue 12
2248 which would expand to the three lines of code
2250 \c myfunc: push    ebp
2251 \c         mov     ebp,esp
2252 \c         sub     esp,12
2254 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2255 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2256 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2257 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2258 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2259 \c{%3} and so on.
2261 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2262 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2264 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2265 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2266 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2267 things like
2269 \c %macro  silly 2
2271 \c     %2: db      %1
2273 \c %endmacro
2275 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2276 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2277 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2280 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2282 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2283 defining the same macro name several times with different numbers of
2284 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2285 parameters at all. So you could define
2287 \c %macro  prologue 0
2289 \c         push    ebp
2290 \c         mov     ebp,esp
2292 \c %endmacro
2294 to define an alternative form of the function prologue which
2295 allocates no local stack space.
2297 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2298 instruction; for example, you might want to define
2300 \c %macro  push 2
2302 \c         push    %1
2303 \c         push    %2
2305 \c %endmacro
2307 so that you could code
2309 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2310 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2312 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2313 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2314 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2315 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2316 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2317 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2320 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2322 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2323 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2324 calling the same macro multiple times will use a different label
2325 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2326 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2327 flag is set by doing this:
2329 \c %macro  retz 0
2331 \c         jnz     %%skip
2332 \c         ret
2333 \c     %%skip:
2335 \c %endmacro
2337 You can call this macro as many times as you want, and every time
2338 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2339 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2340 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2341 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2342 interfering with the local label mechanism, as described in
2343 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2344 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2345 they interfere with macro-local labels.
2348 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2350 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2351 command line into one parameter definition, possibly after
2352 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2353 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2354 you might want to be able to write
2356 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2358 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2359 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2360 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2361 the last defined one along with the separating commas. So if you
2362 code:
2364 \c %macro  writefile 2+
2366 \c         jmp     %%endstr
2367 \c   %%str:        db      %2
2368 \c   %%endstr:
2369 \c         mov     dx,%%str
2370 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2371 \c         mov     bx,%1
2372 \c         mov     ah,0x40
2373 \c         int     0x21
2375 \c %endmacro
2377 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2378 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2379 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2380 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2381 \c{db}.
2383 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2384 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2385 \c{%macro} line.
2387 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2388 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2389 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2390 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2391 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2392 into account when overloading macros, and will not allow you to
2393 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2394 example).
2396 Of course, the above macro could have been implemented as a
2397 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2398 look like
2400 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2402 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2403 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2404 definition.
2406 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2409 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2411 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2412 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2413 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2415 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2417 \c         writefile 2,%1
2418 \c         mov     ax,0x4c01
2419 \c         int     0x21
2421 \c %endmacro
2423 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2424 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2425 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2426 called with no parameters, in which case it will use the default
2427 error message supplied in the macro definition.
2429 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2430 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2431 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2432 optional ones. So if a macro definition began with the line
2434 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2436 then it could be called with between one and three parameters, and
2437 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2438 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2439 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2441 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2442 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2443 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2444 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2445 parameters were really passed to the macro call.
2447 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2448 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2449 and more useful, by changing the first line of the definition to
2451 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2453 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2454 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2455 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2458 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2460 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2461 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2462 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2463 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2464 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2467 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2469 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2470 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2471 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2472 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2473 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2474 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2476 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2477 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2478 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2479 argument list reappear on the right, and vice versa.
2481 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2482 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2483 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2484 parameters are rotated to the right.
2486 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2487 restore a set of registers might work as follows:
2489 \c %macro  multipush 1-*
2491 \c   %rep  %0
2492 \c         push    %1
2493 \c   %rotate 1
2494 \c   %endrep
2496 \c %endmacro
2498 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2499 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2500 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2501 one place to the left, so that the original second argument is now
2502 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2503 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2504 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2506 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2507 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2508 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2510 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2511 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2512 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2513 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2514 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2515 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2516 order from the one in which they were pushed.
2518 This can be done by the following definition:
2520 \c %macro  multipop 1-*
2522 \c   %rep %0
2523 \c   %rotate -1
2524 \c         pop     %1
2525 \c   %endrep
2527 \c %endmacro
2529 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2530 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2531 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2532 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2533 iterated through in reverse order.
2536 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2538 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2539 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2540 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2541 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2542 something like
2544 \c %macro keytab_entry 2
2546 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2547 \c                 db      %2
2549 \c %endmacro
2551 \c keytab:
2552 \c           keytab_entry F1,128+1
2553 \c           keytab_entry F2,128+2
2554 \c           keytab_entry Return,13
2556 which would expand to
2558 \c keytab:
2559 \c keyposF1        equ     $-keytab
2560 \c                 db     128+1
2561 \c keyposF2        equ     $-keytab
2562 \c                 db      128+2
2563 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2564 \c                 db      13
2566 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2567 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2569 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2570 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2571 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2572 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2573 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2574 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2575 (literal text to be concatenated to the parameter).
2577 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2578 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2579 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2580 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2581 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2582 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2583 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2584 real names of macro-local labels means that the two usages
2585 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2586 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2589 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2591 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2592 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2593 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2594 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2595 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2596 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2597 condition code.
2599 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2600 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2601 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2602 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2604 \c %macro  retc 1
2606 \c         j%-1    %%skip
2607 \c         ret
2608 \c   %%skip:
2610 \c %endmacro
2612 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2613 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2614 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2615 \c{JPE}.
2617 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2618 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2619 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2620 because no inverse condition code exists.
2623 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2625 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2626 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2627 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2628 see which instructions in the macro expansion are generating what
2629 code; however, for some macros this clutters the listing up
2630 unnecessarily.
2632 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2633 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2634 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2635 the number of parameters, like this:
2637 \c %macro foo 1.nolist
2639 Or like this:
2641 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2643 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2645 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2646 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2647 syntax of this feature looks like this:
2649 \c %if<condition>
2650 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2651 \c %elif<condition2>
2652 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2653 \c %else
2654 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2655 \c %endif
2657 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2659 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2660 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2662 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2663 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2664 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2665 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2667 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2668 single-line macro existence}
2670 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2671 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2672 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2673 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2675 For example, when debugging a program, you might want to write code
2676 such as
2678 \c           ; perform some function
2679 \c %ifdef DEBUG
2680 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2681 \c %endif
2682 \c           ; go and do something else
2684 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2685 version of the program which produced debugging messages, and remove
2686 the option to generate the final release version of the program.
2688 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2689 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2690 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2691 \i\c{%elifndef}.
2694 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2695 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2697 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2698 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2700 For example, you may be working with a large project and not have control
2701 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2702 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2703 does exist.
2705 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2706 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2708 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2710 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2712 \c %else
2714 \c      %macro MyMacro 1-3
2716 \c              ; insert code to define the macro
2718 \c      %endmacro
2720 \c %endif
2722 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2723 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2724 conflict.
2726 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2727 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2728 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2731 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2732 stack}
2734 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2735 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2736 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2737 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2738 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2740 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2741 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2744 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2745 arbitrary numeric expressions}
2747 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2748 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2749 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2750 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2751 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2753 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2754 a critical expression (see \k{crit}).
2756 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2757 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2758 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2759 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2760 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2761 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2762 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2763 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2764 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2765 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2766 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2767 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2768 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2769 for true and 0 for false.
2771 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2772 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2774 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2775 Identity\I{testing, exact text identity}
2777 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2778 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2779 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2780 Differences in white space are not counted.
2782 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2784 For example, the following macro pushes a register or number on the
2785 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2787 \c %macro  pushparam 1
2789 \c   %ifidni %1,ip
2790 \c         call    %%label
2791 \c   %%label:
2792 \c   %else
2793 \c         push    %1
2794 \c   %endif
2796 \c %endmacro
2798 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2799 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2800 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2801 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2803 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2804 Types\I{testing, token types}
2806 Some macros will want to perform different tasks depending on
2807 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2808 example, a string output macro might want to be able to cope with
2809 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2810 string.
2812 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2813 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2814 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2815 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2816 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2818 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2819 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2821 \c %macro writefile 2-3+
2823 \c   %ifstr %2
2824 \c         jmp     %%endstr
2825 \c     %if %0 = 3
2826 \c       %%str:    db      %2,%3
2827 \c     %else
2828 \c       %%str:    db      %2
2829 \c     %endif
2830 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2831 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2832 \c   %else
2833 \c                 mov     dx,%2
2834 \c                 mov     cx,%3
2835 \c   %endif
2836 \c                 mov     bx,%1
2837 \c                 mov     ah,0x40
2838 \c                 int     0x21
2840 \c %endmacro
2842 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2843 the following two ways:
2845 \c         writefile [file], strpointer, length
2846 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2848 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2849 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2850 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2851 it itself and works out the address and length for itself.
2853 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2854 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2855 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2856 which case, all but the first two would be lumped together into
2857 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2859 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
2860 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
2861 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
2862 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2864 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
2866 Some macros will want to do different things depending on if it is
2867 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2868 versus a multi-token sequence.
2870 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2871 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2872 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2874 For example:
2876 \c %iftoken 1
2878 will assemble the subsequent code, but
2880 \c %iftoken -1
2882 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
2883 \c{-}, and the number \c{1}.
2885 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2886 variants are also provided.
2888 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
2890 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2891 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2892 any tokens at all, whitespace excepted.
2894 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2895 variants are also provided.
2897 \S{pperror} \i\c{%error} and \i\c{%warning}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2899 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2900 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2901 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
2902 right macros by means of code like this:
2904 \c %ifdef F1
2905 \c     ; do some setup
2906 \c %elifdef F2
2907 \c     ; do some different setup
2908 \c %else
2909 \c     %error Neither F1 nor F2 was defined.
2910 \c %endif
2912 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2913 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2914 having to wait until the program crashes on being run and then not
2915 knowing what went wrong.
2917 Similarly, \c{%warning} issues a warning:
2919 \c %ifdef F1
2920 \c     ; do some setup
2921 \c %elifdef F2
2922 \c     ; do some different setup
2923 \c %else
2924 \c     %warning Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1.
2925 \c     %define F1
2926 \c %endif
2928 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2930 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2931 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2932 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2933 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2935 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2936 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2937 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2938 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2940 \c %assign i 0
2941 \c %rep    64
2942 \c         inc     word [table+2*i]
2943 \c %assign i i+1
2944 \c %endrep
2946 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2947 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2948 \c{[table+126]}.
2950 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2951 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2952 terminate the loop, like this:
2954 \c fibonacci:
2955 \c %assign i 0
2956 \c %assign j 1
2957 \c %rep 100
2958 \c %if j > 65535
2959 \c     %exitrep
2960 \c %endif
2961 \c         dw j
2962 \c %assign k j+i
2963 \c %assign i j
2964 \c %assign j k
2965 \c %endrep
2967 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2969 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2970 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2971 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2972 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2973 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2974 be gradually used up and other applications to start crashing.
2977 \H{files} Source Files and Dependencies
2979 These commands allow you to split your sources into multiple files.
2981 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files} 
2983 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2984 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2985 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2987 \c %include "macros.mac"
2989 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2990 file containing the \c{%include} directive.
2992 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2993 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2994 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2995 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2996 line using the \c{-i} option.
2998 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2999 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3000 the form
3002 \c %ifndef MACROS_MAC
3003 \c     %define MACROS_MAC
3004 \c     ; now define some macros
3005 \c %endif
3007 then including the file more than once will not cause errors,
3008 because the second time the file is included nothing will happen
3009 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3011 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3012 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3013 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3016 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3018 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3019 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3020 be the include-path-resolved verson of the filename, if the file
3021 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3023 For example,
3025 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3027 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3028 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3031 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3033 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3034 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3035 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3037 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3038 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3039 \c{INCBIN} directive looks like:
3041 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3042 \c %pathsearch dep %1
3043 \c %depend dep
3044 \c         incbin dep,%2
3045 \c %endmacro
3047 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3048 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3049 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3051 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3053 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3054 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3055 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3056 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3057 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3058 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3059 able to nest these loops.
3061 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3062 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3063 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3064 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3065 define labels that are local to a particular context on the stack.
3068 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3069 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3071 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3072 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
3073 which is the name of the context. For example:
3075 \c %push    foobar
3077 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
3078 have several contexts on the stack with the same name: they can
3079 still be distinguished.
3081 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
3082 context from the context stack and destroys it, along with any
3083 labels associated with it.
3086 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3088 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3089 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3090 is used to define a label which is local to the context on the top
3091 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3092 above could be implemented by means of:
3094 \c %macro repeat 0
3096 \c     %push   repeat
3097 \c     %$begin:
3099 \c %endmacro
3101 \c %macro until 1
3103 \c         j%-1    %$begin
3104 \c     %pop
3106 \c %endmacro
3108 and invoked by means of, for example,
3110 \c         mov     cx,string
3111 \c         repeat
3112 \c         add     cx,3
3113 \c         scasb
3114 \c         until   e
3116 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3117 in \c{AL}.
3119 If you need to define, or access, labels local to the context
3120 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3121 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3124 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3126 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3127 a particular context, in just the same way:
3129 \c %define %$localmac 3
3131 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3132 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3133 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3136 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3138 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3139 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3140 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3141 have the side effect of destroying all context-local labels and
3142 macros associated with the context that was just popped.
3144 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3145 with a different name, without touching the associated macros and
3146 labels. So you could replace the destructive code
3148 \c %pop
3149 \c %push   newname
3151 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3154 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3156 This example makes use of almost all the context-stack features,
3157 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3158 implement a block IF statement as a set of macros.
3160 \c %macro if 1
3162 \c     %push if
3163 \c     j%-1  %$ifnot
3165 \c %endmacro
3167 \c %macro else 0
3169 \c   %ifctx if
3170 \c         %repl   else
3171 \c         jmp     %$ifend
3172 \c         %$ifnot:
3173 \c   %else
3174 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3175 \c   %endif
3177 \c %endmacro
3179 \c %macro endif 0
3181 \c   %ifctx if
3182 \c         %$ifnot:
3183 \c         %pop
3184 \c   %elifctx      else
3185 \c         %$ifend:
3186 \c         %pop
3187 \c   %else
3188 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3189 \c   %endif
3191 \c %endmacro
3193 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3194 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3195 that the macros are issued in the right order (for example, not
3196 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3197 not.
3199 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3200 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3201 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3202 to do different things depending on whether the context on top of
3203 the stack is \c{if} or \c{else}.
3205 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3206 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3207 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3208 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3209 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3211 A sample usage of these macros might look like:
3213 \c         cmp     ax,bx
3215 \c         if ae
3216 \c                cmp     bx,cx
3218 \c                if ae
3219 \c                        mov     ax,cx
3220 \c                else
3221 \c                        mov     ax,bx
3222 \c                endif
3224 \c         else
3225 \c                cmp     ax,cx
3227 \c                if ae
3228 \c                        mov     ax,cx
3229 \c                endif
3231 \c         endif
3233 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3234 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3235 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3236 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3239 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3241 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3242 when it starts to process any source file. If you really need a
3243 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3244 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3245 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3247 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3248 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3249 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3250 described here.
3253 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3254 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3256 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3257 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3258 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3259 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3260 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3261 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3262 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3265 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3267 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3268 representing the full version number of the version of nasm being used.
3269 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3270 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3271 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3272 would be equivalent to:
3274 \c         dd      0x00622001
3278 \c         db      1,32,98,0
3280 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3281 line is used just to give an indication of the order that the separate
3282 values will be present in memory.
3285 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3287 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3288 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3290 \c         db      __NASM_VER__
3292 would expand to
3294 \c         db      "0.98.32"
3297 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3299 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3300 name and line number containing the current instruction. The macro
3301 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3302 current input file (which may change through the course of assembly
3303 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3304 numeric constant giving the current line number in the input file.
3306 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3307 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3308 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3309 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3310 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3311 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3312 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3313 here'. You could then write a macro
3315 \c %macro  notdeadyet 0
3317 \c         push    eax
3318 \c         mov     eax,__LINE__
3319 \c         call    stillhere
3320 \c         pop     eax
3322 \c %endmacro
3324 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3325 find the crash point.
3328 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3330 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3331 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3332 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3333 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3334 mode-dependent macros.
3336 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3338 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3339 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3340 list.
3342 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3343 \c  %define NEWLINE 13, 10
3344 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3345 \c  %define NEWLINE 10
3346 \c %endif
3349 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3351 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3352 assembly session.
3354 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3355 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3356 respectively.)
3358 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3359 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3360 \c{HHMMSS} respectively.
3362 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3363 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3364 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3365 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3367 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3368 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3369 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3370 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3371 undefined.
3373 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3374 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3375 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3376 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3377 local time as if it was UTC.
3379 All instances of time and date macros in the same assembly session
3380 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3381 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3382 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3383 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3384 clock:
3386 \c __DATE__             "2010-01-01"
3387 \c __TIME__             "00:00:42"
3388 \c __DATE_NUM__         20100101
3389 \c __TIME_NUM__         000042
3390 \c __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3391 \c __UTC_TIME__         "21:00:42"
3392 \c __UTC_DATE_NUM__     20091231
3393 \c __UTC_TIME_NUM__     210042
3394 \c __POSIX_TIME__       1262293242
3396 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3398 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3399 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3400 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3401 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3403 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3404 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3405 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3406 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3407 issued, you are defining the structure, and should define fields
3408 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3409 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3411 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3412 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3414 \c struc   mytype
3416 \c   mt_long:      resd    1
3417 \c   mt_word:      resw    1
3418 \c   mt_byte:      resb    1
3419 \c   mt_str:       resb    32
3421 \c endstruc
3423 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3424 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3425 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3426 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3428 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3429 effect of allowing structures to work with the local label
3430 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3431 more than one structure, you can define the above structure like this:
3433 \c struc mytype
3435 \c   .long:        resd    1
3436 \c   .word:        resw    1
3437 \c   .byte:        resb    1
3438 \c   .str:         resb    32
3440 \c endstruc
3442 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3443 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3445 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3446 support any form of period notation to refer to the elements of a
3447 structure once you have one (except the above local-label notation),
3448 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3449 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3450 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3451 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3454 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3455 \i{Instances of Structures}
3457 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3458 to do is to declare instances of that structure in your data
3459 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3460 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3461 you code something like this:
3463 \c mystruc:
3464 \c     istruc mytype
3466 \c         at mt_long, dd      123456
3467 \c         at mt_word, dw      1024
3468 \c         at mt_byte, db      'x'
3469 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3471 \c     iend
3473 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3474 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3475 specified structure field, and then to declare the specified data.
3476 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3477 they were specified in the structure definition.
3479 If the data to go in a structure field requires more than one source
3480 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3481 the \c{AT} line. For example:
3483 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3484 \c                     db      190,100,0
3486 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3487 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3488 line:
3490 \c         at mt_str
3491 \c                 db      'hello, world'
3492 \c                 db      13,10,0
3495 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3497 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3498 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3499 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3500 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3502 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3503 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3504 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3505 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3506 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3508 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3509 both compute the number of additional bytes required to bring the
3510 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3511 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3512 perform the alignment.
3514 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3515 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3516 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3517 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3518 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3519 except for special purposes.
3521 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3522 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3523 power of two, or if their second argument generates more than one
3524 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3525 thing.
3527 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3528 be used within structure definitions:
3530 \c struc mytype2
3532 \c   mt_byte:
3533 \c         resb 1
3534 \c         alignb 2
3535 \c   mt_word:
3536 \c         resw 1
3537 \c         alignb 4
3538 \c   mt_long:
3539 \c         resd 1
3540 \c   mt_str:
3541 \c         resb 32
3543 \c endstruc
3545 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3546 relative to the base of the structure.
3548 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3549 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3550 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3551 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3552 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3553 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3554 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3557 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3559 The following preprocessor directives provide a way to use
3560 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3562 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3564 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3566 \b\c{%local}  (see \k{local})
3569 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3571 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3572 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3573 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3575 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3576 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3577 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3578 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3580 \c some_function:
3582 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3583 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3584 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3586 \c         mov     ax,[i]
3587 \c         mov     bx,[j_ptr]
3588 \c         add     ax,[bx]
3589 \c         ret
3591 \c     %pop                       ; restore original context
3593 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3594 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3595 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3596 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3599 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3601 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3602 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3603 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3604 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3605 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3607 \c %stacksize flat
3609 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3610 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3611 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3613 \c %stacksize flat64
3615 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3616 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3617 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3619 \c %stacksize large
3621 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3622 assumes that a far form of call was used to get to this address
3623 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3625 \c %stacksize small
3627 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3628 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3629 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3630 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3631 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3632 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3633 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3634 (see \k{local}).
3637 \S{local} \i\c{%local} Directive
3639 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3640 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3641 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3642 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3643 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3644 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3645 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3646 instruction.
3647 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3648 An example of its use is the following:
3650 \c silly_swap:
3652 \c     %push mycontext             ; save the current context
3653 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3654 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3655 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3657 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3658 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3659 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3660 \c         mov     ax,bx
3661 \c         mov     dx,cx
3662 \c         mov     bx,[old_ax]
3663 \c         mov     cx,[old_dx]
3664 \c         leave                   ; restore old bp
3665 \c         ret                     ;
3667 \c     %pop                        ; restore original context
3669 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3670 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3671 current context before the \c{%local} directive may be used.
3672 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3673 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3674 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3675 as shown in the example.
3677 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3679 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3680 information from external sources. Currently they include:
3682 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3683 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3685 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3686 C language preprocessor (see \k{line}).
3688 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3689 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3691 \S{line} \i\c{%line} Directive
3693 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3694 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3695 this other file would be an original source file, with the current
3696 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3697 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3698 number of the original source file, instead of the file that is being
3699 read by NASM.
3701 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3702 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3703 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3705 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3707 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3708 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3709 which specifies a line increment value; each line of the input file
3710 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3711 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3712 specifies the file name of the original source file.
3714 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3715 all file name and line numbers relative to the values specified
3716 therein.
3719 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3721 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3722 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3723 to store the contents of an environment variable into a string, which
3724 could be used at some other point in your code.
3726 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3727 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3728 could do that as follows:
3730 \c %defstr FOO    %!FOO
3732 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3735 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3737 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3738 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3739 directives. These are described in this chapter.
3741 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3742 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3743 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3744 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3745 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3746 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3748 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3749 directives are not.
3751 In addition to the universal directives described in this chapter,
3752 each object file format can optionally supply extra directives in
3753 order to control particular features of that file format. These
3754 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3755 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3758 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3760 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3761 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3762 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3763 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3765 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3766 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3767 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3768 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3769 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3770 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3771 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3772 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3774 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3775 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3776 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3777 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3778 device drivers and boot loader software.
3780 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3781 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3782 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3783 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3785 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3786 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3787 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3788 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3789 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3790 need an 0x67.
3792 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3793 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3794 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3796 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3797 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3798 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3799 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3800 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3801 necessary.
3803 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3804 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3805 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3806 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3807 REX prefix is used.
3809 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3810 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3811 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3813 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3815 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3817 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3818 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3821 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3823 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3824 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3825 specify most features directly.  However, this is occationally
3826 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3827 to use.
3829 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3830 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3831 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3832 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3833 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3834 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3836 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3837 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3838 other special functions in 64-bit mode, and generating
3839 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3841 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3843 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3844 Sections}
3846 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3847 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3848 which section of the output file the code you write will be
3849 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3850 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3851 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3852 define a new section, if you try to switch to a section that does
3853 not (yet) exist.
3855 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3856 \k{multisec}, all support
3857 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3858 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3859 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3860 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3861 name that has one.
3864 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3866 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3867 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3868 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3869 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3870 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3871 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3872 it. So the user-level directive
3874 \c         SECTION .text
3876 expands to the two lines
3878 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3879 \c         [SECTION .text]
3881 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3882 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3883 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3885 \c %macro  writefile 2+
3887 \c         [section .data]
3889 \c   %%str:        db      %2
3890 \c   %%endstr:
3892 \c         __SECT__
3894 \c         mov     dx,%%str
3895 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3896 \c         mov     bx,%1
3897 \c         mov     ah,0x40
3898 \c         int     0x21
3900 \c %endmacro
3902 This form of the macro, once passed a string to output, first
3903 switches temporarily to the data section of the file, using the
3904 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3905 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3906 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3907 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3908 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3909 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3910 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3911 code in any of several separate code sections.
3914 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3916 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3917 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3918 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3919 given absolute address. The only instructions you can use in this
3920 mode are the \c{RESB} family.
3922 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3924 \c absolute 0x1A
3926 \c     kbuf_chr    resw    1
3927 \c     kbuf_free   resw    1
3928 \c     kbuf        resw    16
3930 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3931 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3932 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3934 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3935 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3937 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3938 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3940 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3941 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3942 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3943 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3945 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3947 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3949 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3950 \c setup:
3951 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3953 \c absolute setup
3955 \c runtimevar1     resw    1
3956 \c runtimevar2     resd    20
3958 \c tsr_end:
3960 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3961 after the setup has finished running, the space it took up can be
3962 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3963 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3964 needs to be made resident.
3967 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3969 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3970 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3971 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3972 defined in some other module and needs to be referred to by this
3973 one. Not every object-file format can support external variables:
3974 the \c{bin} format cannot.
3976 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3977 argument is the name of a symbol:
3979 \c extern  _printf
3980 \c extern  _sscanf,_fscanf
3982 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3983 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3984 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3985 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3986 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3987 by means of the directive
3989 \c extern  _variable:wrt dgroup
3991 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3992 only in that it can take only one argument at a time: the support
3993 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3995 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3996 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3997 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4000 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4002 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4003 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4004 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4005 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4006 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4008 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4009 the definition of the symbol.
4011 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4012 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4013 \c{GLOBAL} directive. For example:
4015 \c global _main
4016 \c _main:
4017 \c         ; some code
4019 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4020 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4021 example, lets you specify whether global data items are functions or
4022 data:
4024 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4026 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4027 user-level form only in that it can take only one argument at a
4028 time.
4031 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4033 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4034 A common variable is much like a global variable declared in the
4035 uninitialized data section, so that
4037 \c common  intvar  4
4039 is similar in function to
4041 \c global  intvar
4042 \c section .bss
4044 \c intvar  resd    1
4046 The difference is that if more than one module defines the same
4047 common variable, then at link time those variables will be
4048 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4049 at the same piece of memory.
4051 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4052 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4053 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4054 specify the alignment requirements of a common variable:
4056 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4057 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4059 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4060 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4061 only one argument at a time.
4064 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4066 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4067 are available on the specified CPU.
4069 Options are:
4071 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4073 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4075 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4077 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4079 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4081 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4083 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4085 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4087 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4089 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4091 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4093 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4095 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4097 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4099 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4101 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4103 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4105 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4106 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4107 instructions are available.
4110 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4112 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4113 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4114 this behaviour:
4116 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4118 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4120 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4122 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4124 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4126 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4128 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4130 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4131 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4132 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4134 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4135 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4138 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4140 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4141 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4142 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4143 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4144 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4145 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4147 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4148 output file based on the input file name and the chosen output
4149 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4150 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4151 name, and substituting an extension defined by the output format.
4152 The extensions are given with each format below.
4155 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4157 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4158 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4159 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4160 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4161 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4162 development.
4164 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4165 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4167 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4168 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4169 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4170 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4172 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4173 leaves your file name as it is once the original extension has been
4174 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4175 into a binary file called \c{binprog}.
4178 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4180 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4181 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4182 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4183 the program begins at when it is loaded into memory.
4185 For example, the following code will generate the longword
4186 \c{0x00000104}:
4188 \c         org     0x100
4189 \c         dd      label
4190 \c label:
4192 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4193 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4194 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4195 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4196 offset which is added to all internal address references within the
4197 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4198 does. See \k{proborg} for further comments.
4201 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4202 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4204 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4205 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4206 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4207 end of the section-definition line. For example,
4209 \c section .data   align=16
4211 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4212 aligned on a 16-byte boundary.
4214 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4215 section start address must be forced to zero. The alignment value
4216 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4217 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4220 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4222 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4223 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4225 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4226 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4227 of course).
4229 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4230 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4231 \i\c{start=}.
4233 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4234 for the calculation of all memory references within that section 
4235 with \i\c{vstart=}.
4237 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4238 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4239 start address.
4241 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4242 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4243 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4245 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4246 is directed by default into the \c{.text} section.
4248 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4249 by default.
4251 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4252 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4253 has been specified.
4255 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4256 alignment has been specified.
4258 \b Sections may not overlap.
4260 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4261 which may be used in your code.
4263 \S{map}\i{Map files}
4265 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4266 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4267 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4268 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4269 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4270 brackets must be used.
4273 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4275 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4276 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4277 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4278 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4280 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4282 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4283 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4284 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4285 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4286 file format.
4288 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4289 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4290 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4292 If your source file contains code before specifying an explicit
4293 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4294 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4296 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4297 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4298 address of the segment. So, for example:
4300 \c segment data
4302 \c dvar:   dw      1234
4304 \c segment code
4306 \c function:
4307 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4308 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4309 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4310 \c         ret
4312 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4313 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4314 like
4316 \c extern  foo
4318 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4319 \c       mov   ds,ax
4320 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4321 \c       mov   es,ax
4322 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4323 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4326 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4327 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4329 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4330 directive to allow you to specify various properties of the segment
4331 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4332 end of the segment-definition line. For example,
4334 \c segment code private align=16
4336 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4337 segment, and requires that the portion of it described in this code
4338 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4340 The available qualifiers are:
4342 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4343 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4344 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4345 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4346 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4347 than stuck end-to-end.
4349 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4350 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4351 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4352 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4353 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4354 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4355 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4356 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4357 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4359 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4360 indicates to the linker that segments of the same class should be
4361 placed near each other in the output file. The class name can be any
4362 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4364 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4365 as an argument, and provides overlay information to an
4366 overlay-capable linker.
4368 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4369 the effect of recording the choice in the object file and also
4370 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4371 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4373 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4374 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4375 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4376 defines the group if it is not already defined.
4378 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4379 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4380 are currently known to make sensible use of this feature;
4381 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4382 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4383 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4385 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4386 class, no overlay, and \c{USE16}.
4389 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4391 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4392 single segment register can be used to refer to all the segments in
4393 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4394 you can code
4396 \c segment data
4398 \c         ; some data
4400 \c segment bss
4402 \c         ; some uninitialized data
4404 \c group dgroup data bss
4406 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4407 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4408 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4409 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4410 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4411 segment register.
4413 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4414 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4415 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4416 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4417 base rather than the segment base.
4419 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4420 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4421 segment which is part of more than one group will default to being
4422 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4424 A group does not have to contain any segments; you can still make
4425 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4426 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4427 \c{FLAT} with no segments in it.
4430 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4432 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4433 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4434 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4435 segment, group and symbol names that are written to the object file
4436 to be forced to upper case just before being written. Within a
4437 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4438 be written entirely in upper case if desired.
4440 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4443 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4444 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4446 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4447 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4448 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4449 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4451 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4452 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4453 wish to import and the name of the library you wish to import it
4454 from. For example:
4456 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4458 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4459 known in the library you are importing it from, in case this is not
4460 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4461 once you have imported it. For example:
4463 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4466 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4467 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4469 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4470 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4471 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4472 using the \c{EXPORT} directive.
4474 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4475 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4476 optional second parameter (separated by white space from the first)
4477 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4478 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4479 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4480 off.
4482 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4483 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4484 space. If further parameters are given, the external name must also
4485 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4486 available attributes are:
4488 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4489 resident by the system loader. This is an optimisation for
4490 frequently used symbols imported by name.
4492 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4493 does not make use of any initialized data.
4495 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4496 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4497 between 32-bit and 16-bit segments.
4499 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4500 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4501 the desired number.
4503 For example:
4505 \c     export  myfunc
4506 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4507 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4508 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4511 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4512 Point}
4514 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4515 define the program entry point, where execution will begin when the
4516 program is run. If the object file that defines the entry point is
4517 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4518 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4519 begin.
4522 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4523 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4525 If you declare an external symbol with the directive
4527 \c     extern  foo
4529 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4530 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4531 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4532 \c{foo} you will usually need to do something like
4534 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4535 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4536 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4538 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4539 is going to be accessible from a given segment or group, say
4540 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4541 simply code
4543 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4545 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4546 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4547 alternative form
4549 \c     extern  foo:wrt dgroup
4551 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4552 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4553 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4554 \c{foo wrt dgroup}.
4556 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4557 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4558 your program. It can also be applied to common variables: see
4559 \k{objcommon}.
4562 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4563 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4565 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4566 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4567 specify which your variables should be by the use of the syntax
4569 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4570 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4572 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4573 OMF specification says that they are declared as a number of
4574 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4575 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4576 five-byte elements or one ten-byte element.
4578 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4579 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4580 the variable size, to match when resolving common variables declared
4581 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4582 the element size on your far common variables. This is done by the
4583 following syntax:
4585 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4586 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4588 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4589 keyword is not required when an element size is specified, since
4590 only far commons may have element sizes at all. So the above
4591 declarations could equivalently be
4593 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4594 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4596 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4597 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4598 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4600 \c common  foo     10:wrt dgroup
4601 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4602 \c common  baz     24:wrt data:6
4605 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4607 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4608 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4609 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4610 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4612 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4614 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4615 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4616 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4617 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4618 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4619 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4620 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4621 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4624 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4625 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4627 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4628 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4629 and properties of sections you declare. Section types and properties
4630 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4631 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4632 these qualifiers.
4634 The available qualifiers are:
4636 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4637 code section. This marks the section as readable and executable, but
4638 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4639 section is code.
4641 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4642 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4643 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4644 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4646 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4647 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4648 constants in it.
4650 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4651 which is not included in the executable file by the linker, but may
4652 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4653 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4654 linker to interpret the contents of the section as command-line
4655 options.
4657 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4658 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4659 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4660 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4661 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4662 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4663 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4664 for data (and BSS) sections.
4665 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4666 alignment), though the value does not matter.
4668 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4669 qualifiers are:
4671 \c section .text    code  align=16
4672 \c section .data    data  align=4
4673 \c section .rdata   rdata align=8
4674 \c section .bss     bss   align=4
4676 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4678 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
4680 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4681 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4682 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4683 designated read-only table and have alleged entry point verified
4684 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4685 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4686 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4687 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4688 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4689 will not be performed for application in question. Table omission is by
4690 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4691 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4692 \c{/safeseh} command line option.
4694 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4695 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4696 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4698 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4700 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4702 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4703 line to source code:
4705 \c $@feat.00 equ 1
4707 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4708 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4709 developer would choose to assign another value in source file, it would
4710 still be perfectly possible.
4712 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4713 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4714 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4715 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4716 table." Its typical use would be:
4718 \c section .text
4719 \c extern  _MessageBoxA@16
4720 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4721 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4722 \c %endif
4723 \c handler:
4724 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4725 \c         push    DWORD caption
4726 \c         push    DWORD text
4727 \c         push    DWORD 0
4728 \c         call    _MessageBoxA@16
4729 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4730 \c                         ; for exception handler
4731 \c         ret
4732 \c global  _main
4733 \c _main:
4734 \c         push    DWORD handler
4735 \c         push    DWORD [fs:0]
4736 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4737 \c         xor     eax,eax
4738 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4739 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4740 \c         add     esp,4
4741 \c         ret
4742 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4743 \c caption:db      'SEGV',0
4744 \c 
4745 \c section .drectve info
4746 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4748 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4749 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4750 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4751 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4752 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4753 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4754 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4755 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4756 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4757 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4758 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4759 no notification is provided and user is left with no clue on what
4760 caused application failure.
4762 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4763 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4764 data for "safe exception handler table" causes no backward
4765 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4766 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4769 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4771 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4772 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4773 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4774 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4775 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4777 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
4779 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4780 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4781 references. Consider a switch dispatch table:
4783 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4784 \c         ...
4785 \c dsptch: dq      case0
4786 \c         dq      case1
4787 \c         ...
4789 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4790 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4791 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4792 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4793 following:
4795 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4796 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4798 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4799 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4800 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4801 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4802 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4803 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4804 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4805 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4806 But no worry, it's trivial to fix:
4808 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4809 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4810 \c         jmp     rbx
4811 \c         ...
4812 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4813 \c         dq      case1-dsptch
4814 \c         ...
4816 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4817 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4818 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4819 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4820 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4821 these image-relative references:
4823 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4824 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4825 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4826 \c         add     rbx,rax
4827 \c         jmp     rbx
4828 \c         ...
4829 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4830 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4832 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4833 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4834 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4835 become apparent in next paragraph.
4837 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4838 operand only:
4840 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4841 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4842 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4843 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4845 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
4847 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4848 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4849 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4850 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4851 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4852 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4853 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4854 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4855 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4856 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4857 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4858 top of the stack.
4860 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4861 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4862 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4863 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4864 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4865 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4866 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4867 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4868 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4869 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4870 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4871 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4872 copying caller's return address to the top of stack and this would
4873 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4874 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4875 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4876 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4877 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4878 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4879 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4880 no, no trace of failure is left.
4882 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4883 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4884 is checked for presence of reference to custom language-specific
4885 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4886 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
4887 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
4888 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
4889 information about current callee's stack frame and where non-volatile
4890 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
4891 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
4892 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
4893 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
4894 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
4895 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
4896 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
4897 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
4898 terminating the application.
4900 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
4901 facilitate generation of above mentioned detailed information about
4902 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
4903 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
4904 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
4905 leaf function:
4907 \c default rel
4908 \c section .text
4909 \c extern  MessageBoxA
4910 \c handler:
4911 \c         sub     rsp,40
4912 \c         mov     rcx,0
4913 \c         lea     rdx,[text]
4914 \c         lea     r8,[caption]
4915 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
4916 \c         call    MessageBoxA
4917 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4918 \c                         ; for exception handler
4919 \c         add     rsp,40
4920 \c         ret
4921 \c global  main
4922 \c main:
4923 \c         xor     rax,rax
4924 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
4925 \c         ret
4926 \c main_end:
4927 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4928 \c caption:db      'SEGV',0
4929 \c 
4930 \c section .pdata  rdata align=4
4931 \c         dd      main wrt ..imagebase
4932 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
4933 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
4934 \c section .xdata  rdata align=8
4935 \c xmain:  db      9,0,0,0
4936 \c         dd      handler wrt ..imagebase
4937 \c section .drectve info
4938 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4940 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
4941 start and end addresses of function" along with reference to associated
4942 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
4943 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
4944 designated exception handler. References are \e{required} to be
4945 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
4946 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
4947 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
4948 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
4949 references, not only above listed required ones, placed into these two
4950 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
4951 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
4952 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
4953 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
4955 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
4956 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
4957 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
4958 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
4959 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
4960 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
4961 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
4962 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
4963 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
4964 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
4965 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
4966 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
4967 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
4968 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
4969 unwinding procedure. Consider following example:
4971 \c function:
4972 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
4973 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
4974 \c         push    rbx
4975 \c         push    rbp
4976 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
4977 \c         sub     r11,rcx
4978 \c         and     r11,-64
4979 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
4980 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
4981 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
4982 \c magic_point:
4983 \c         ...
4984 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
4985 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
4986 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
4987 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
4988 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
4989 \c         ret
4991 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
4992 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
4993 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
4994 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
4995 custom language-specific exception handler would look like this:
4997 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
4998 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
4999 \c {   ULONG64 *rsp;
5000 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5001 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5002 \c     else
5003 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5004 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5005 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5006 \c         context->R15 = rsp[-1];
5007 \c     }
5008 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5009 \c 
5010 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5011 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5012 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5013 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5014 \c     return ExceptionContinueSearch;
5015 \c }
5017 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5018 structure does not have to contain any information about stack frame
5019 and its layout.
5021 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5023 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5024 linking with the \i{DJGPP} linker.
5026 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5028 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5029 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5030 the \c{info} section type are not supported.
5032 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
5034 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
5035 linking with the \i{Mac OSX} linker.
5037 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5039 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5040 Format} Object Files
5042 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},
5043 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5044 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5045 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5047 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5049 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5050 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5051  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5052  most systems which support ELF.
5054 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5055 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5057 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5058 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5059 and properties of sections you declare. Section types and properties
5060 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5061 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
5062 overridden by these qualifiers.
5064 The available qualifiers are:
5066 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5067 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5068 which is not, such as an informational or comment section.
5070 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5071 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5072 which should not.
5074 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5075 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5076 not.
5078 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5079 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5080 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5081 contents given, such as a BSS section.
5083 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5084 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5085 requirements of the section.
5087 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5088 qualifiers are:
5090 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
5091 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
5092 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
5093 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
5094 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
5096 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
5097 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
5100 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5101 Symbols and \i\c{WRT}
5103 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5104 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5105 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5106 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
5107 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5109 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5110 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5111 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5112 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5113 types.
5115 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5116 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5117 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5118 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5120 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5121 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5122 beginning of the current section to the global offset table.
5123 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5124 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5125 result to get the real address of the GOT.
5127 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5128 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5129 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5130 would give the real address of the location you wanted.
5132 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5133 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5134 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5135 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5136 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5137 address of the symbol.
5139 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5140 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5141 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5142 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5143 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5144 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5145 entries absolutely.
5147 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5148 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5149 relative to the start of the section and then adding on the offset
5150 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5151 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5152 peculiarity of the dynamic linker.
5154 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5155 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5158 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5159 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5161 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5162 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5163 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5164 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5165 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5166 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5167 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5168 to specify these features.
5170 You can specify whether a global variable is a function or a data
5171 object by suffixing the name with a colon and the word
5172 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5173 \c{data}.) For example:
5175 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5177 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5178 \c{hashtable} as a data object.
5180 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5181 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5182 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5183 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5185 \c global   hashlookup:function hidden
5187 You can also specify the size of the data associated with the
5188 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5189 forward references) after the type specifier. Like this:
5191 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5193 \c hashtable:
5194 \c         db this,that,theother  ; some data here
5195 \c .end:
5197 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5198 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5200 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5201 writing shared library code. For more information, see
5202 \k{picglobal}.
5205 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5206 \I{COMMON, elf extensions to}
5208 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5209 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5210 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5211 power of two) after the name and size of the common variable,
5212 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5213 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5215 \c common  dwordarray 128:4
5217 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5218 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5221 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5222 \I{ELF, 16-bit code and}
5224 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5225 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5226 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5227 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5228 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5229 these relocations is generated.
5231 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5232 \I{ELF, Debug formats and}
5234 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5235 Line number information is generated for all executable sections, but please
5236 note that only the ".text" section is executable by default.
5238 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5240 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5241 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5242 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5243 the magic number in the first four bytes of the file is
5244 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5245 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5246 implementation does not.
5248 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5250 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5251 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5252 extensions to any standard directives. It supports only the three
5253 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5256 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5257 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5259 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5260 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5261 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5262 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5263 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5264 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5265 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5267 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5269 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5270 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5271 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5272 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5273 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5275 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5276 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5277 this.
5280 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5282 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5283 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5284 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5285 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5286 itself \c{a.out}.
5288 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5289 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5291 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5292 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5293 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5294 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5295 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5298 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5299 Format}
5301 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5302 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5303 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5304 format the internal structure of the assembler.
5306 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5307 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5308 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5309 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5311 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5312 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5313 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5314 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5315 execute an RDF executable under Linux.
5317 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5318 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5321 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5323 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5324 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5325 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5326 which is the name of the module:
5328 \c     library  mylib.rdl
5331 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5333 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5334 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5335 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5336 of current module:
5338 \c     module  mymodname
5340 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5341 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5342 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5344 \c     module  $kernel.core
5347 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5348 rdf extensions to}
5350 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5351 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5352 telling the linker do not strip it from target executable or library
5353 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5354 is a procedure (function) or data object.
5356 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5357 symbol exported:
5359 \c     global  sys_open:export
5361 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5362 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5364 \c     global  sys_open:export proc
5366 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5367 or \i\c{object} to the directive:
5369 \c     global  kernel_ticks:export data
5372 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5373 rdf extensions to}
5375 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5376 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5377 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5378 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5379 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5380 (function) or data object. For example:
5382 \c     library $libc
5383 \c     extern  _open:import
5384 \c     extern  _printf:import proc
5385 \c     extern  _errno:import data
5387 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5388 a hint as to where to find requested symbols.
5391 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5393 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5394 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5395 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5396 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5398 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5399 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5400 transactions between the main body of NASM and the output-format
5401 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5402 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5403 of the various requests the main program makes of the output driver,
5404 and in what order they happen.
5406 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5408 \c nasm -f dbg filename.asm
5410 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5411 However, this will not work well on files which were designed for a
5412 different object format, because each object format defines its own
5413 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5414 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5415 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5416 native object format selected:
5418 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5419 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5421 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5422 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5423 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5424 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5425 the final diagnostic output.
5427 This workaround will still typically not work for programs intended
5428 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5429 directives have side effects of defining the segment and group names
5430 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5431 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5432 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5433 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5435 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5436 them all to its output file.
5439 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5441 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5442 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5443 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5444 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5445 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5448 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5450 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5451 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5452 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5453 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5454 support the \c{.COM} format.
5456 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5457 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5458 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5459 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5460 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5461 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5462 Yann Guidon for contributing the code for this.
5464 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5465 future releases.
5468 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5470 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5471 by linking \c{.OBJ} files together.
5473 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5474 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5475 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5476 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5477 An LZH archiver can be found at
5478 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5479 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5480 sources) called \i{FREELINK}, available from
5481 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5482 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5483 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5484 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5485 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5487 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5488 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5489 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5490 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5491 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5492 field in the output file header; if more than one defines a start
5493 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5495 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5496 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5497 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5498 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5499 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5500 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5502 \c segment code
5504 \c ..start:
5505 \c         mov     ax,data
5506 \c         mov     ds,ax
5507 \c         mov     ax,stack
5508 \c         mov     ss,ax
5509 \c         mov     sp,stacktop
5511 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5512 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5513 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5514 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5515 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5516 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5517 execute on.
5519 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5520 beginning of this code, which means that will be the entry point
5521 into the resulting executable file.
5523 \c         mov     dx,hello
5524 \c         mov     ah,9
5525 \c         int     0x21
5527 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5528 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5529 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5530 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5532 \c         mov     ax,0x4c00
5533 \c         int     0x21
5535 This terminates the program using another DOS system call.
5537 \c segment data
5539 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5541 The data segment contains the string we want to display.
5543 \c segment stack stack
5544 \c         resb 64
5545 \c stacktop:
5547 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5548 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5549 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5550 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5551 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5552 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5553 type \c{STACK}.
5555 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5556 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5557 world' and then exit.
5560 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5562 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5563 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5564 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5565 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5566 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5567 \c{.EXE} files.
5569 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5570 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5571 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5573 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5574 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5575 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5576 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5577 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5578 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5579 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5580 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5581 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5583 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5584 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5585 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5586 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5587 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5588 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5589 explicitly issue one of your own.
5591 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5592 since this would require a relocation in the header, and things
5593 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5594 base by copying it out of \c{CS} instead.
5596 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5597 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5598 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5599 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5600 \c{EXE_stack 64}.
5602 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5603 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5604 \c{binexe.asm}.
5607 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5609 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5610 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5611 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5612 output format.
5615 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5617 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5618 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5619 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5620 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5621 like
5623 \c         org 100h
5625 \c section .text
5627 \c start:
5628 \c         ; put your code here
5630 \c section .data
5632 \c         ; put data items here
5634 \c section .bss
5636 \c         ; put uninitialized data here
5638 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5639 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5640 you want to and the code will still end up at the front of the file
5641 where it belongs.
5643 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5644 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5645 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5646 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5647 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5648 run.
5650 To assemble the above program, you should use a command line like
5652 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5654 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5655 explicit output file name were specified, so you have to override it
5656 and give the desired file name.
5659 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5661 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5662 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5663 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5664 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5665 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5666 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5667 file.
5669 If you do this, you need to take care of several things:
5671 \b The first object file containing code should start its code
5672 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5673 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5674 segment, so that the linker or converter program does not have to
5675 adjust address references within the file when generating the
5676 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5677 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5678 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5679 in MASM-compatible assemblers.
5681 \b You don't need to define a stack segment.
5683 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5684 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5685 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5686 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5689 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5691 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5692 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5693 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5694 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5695 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5696 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5697 your code segment.
5699 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5700 the various routines inside the driver which do the work. This
5701 structure should be defined at the start of the code segment, even
5702 though it is not actually code.
5704 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5705 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5706 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5707 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5710 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5712 This section covers the basics of writing assembly routines that
5713 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5714 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5715 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5718 \S{16cunder} External Symbol Names
5720 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5721 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5722 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5723 appears in the C program. So, for example, the function a C
5724 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5725 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5726 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5727 not have to worry about name clashes with C symbols.
5729 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5730 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5732 \c %macro  cglobal 1
5734 \c   global  _%1
5735 \c   %define %1 _%1
5737 \c %endmacro
5739 \c %macro  cextern 1
5741 \c   extern  _%1
5742 \c   %define %1 _%1
5744 \c %endmacro
5746 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5747 \c{%rep} construct could solve this.)
5749 If you then declare an external like this:
5751 \c cextern printf
5753 then the macro will expand it as
5755 \c extern  _printf
5756 \c %define printf _printf
5758 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5759 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5761 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5762 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5763 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5765 Also see \k{opt-pfix}.
5767 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5769 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5770 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5771 writing for. This means you have to keep track of the following
5772 things:
5774 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5775 functions are near. This means that function pointers, when stored
5776 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5777 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5778 never changes its value, and always gives the segment part of the
5779 full function address), and that functions are called using ordinary
5780 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5781 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5782 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5783 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5785 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5786 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5787 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5788 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5789 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5790 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5791 \c{CALL FAR} to call external routines.
5793 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5794 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5795 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5796 segment part of the full data item address).
5798 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5799 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5800 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5801 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5802 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5803 pointers you are passed.
5805 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5806 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5807 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5808 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5809 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5811 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5812 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5813 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5814 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5815 and global data items can both be accessed easily without changing
5816 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5817 segments. However, some memory models (though not the standard
5818 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5819 same value to be removed. Be careful about functions' local
5820 variables in this latter case.
5822 In models with a single code segment, the segment is called
5823 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5824 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5825 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5826 called \i\c{_DATA}.
5829 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5831 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5832 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5833 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5834 doing the calling and the function which gets called.
5836 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5837 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5838 argument specified to the function is pushed last).
5840 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5841 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5842 memory model.
5844 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5845 actually necessary, in functions which do not need to access their
5846 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5847 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5848 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5849 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5850 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5851 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5853 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5854 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5855 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5856 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5857 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5858 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5859 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5860 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5861 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5862 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5863 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5864 parameters in reverse order means that the function knows where to
5865 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5866 remaining ones.
5868 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5869 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5870 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5872 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5873 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5874 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5875 compiler) returned in \c{ST0}.
5877 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5878 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5879 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5880 memory model.
5882 \b When the caller regains control from the callee, the function
5883 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5884 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5885 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5886 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5887 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5888 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5889 removing.
5891 It is instructive to compare this calling convention with that for
5892 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5893 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5894 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5895 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5896 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5897 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5898 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5899 which means that a compiler can give better guarantees about
5900 sequence points without performance suffering.
5902 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5903 The following example is for small model:
5905 \c global  _myfunc
5907 \c _myfunc:
5908 \c         push    bp
5909 \c         mov     bp,sp
5910 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5911 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5913 \c         ; some more code
5915 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5916 \c         pop     bp
5917 \c         ret
5919 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5920 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5921 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5922 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5923 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5924 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5926 At the other end of the process, to call a C function from your
5927 assembly code, you would do something like this:
5929 \c extern  _printf
5931 \c       ; and then, further down...
5933 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5934 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5935 \c       call    _printf
5936 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5938 \c       ; then those data items...
5940 \c segment _DATA
5942 \c myint         dw    1234
5943 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5945 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5946 code
5948 \c     int myint = 1234;
5949 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5951 In large model, the function-call code might look more like this. In
5952 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5953 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5954 it first.
5956 \c       push    word [myint]
5957 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5958 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5959 \c       call    far _printf
5960 \c       add    sp,byte 6
5962 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5963 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5964 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5965 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5966 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5967 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5968 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5969 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5970 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5971 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5972 word of parameters.
5975 \S{16cdata} Accessing Data Items
5977 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5978 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5979 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5980 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5981 accessed from assembler as
5983 \c extern _i
5985 \c         mov ax,[_i]
5987 And to declare your own integer variable which C programs can access
5988 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5989 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5991 \c global  _j
5993 \c _j      dw      0
5995 To access a C array, you need to know the size of the components of
5996 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5997 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5998 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5999 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6000 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6001 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6002 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6004 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6005 the base of the structure to the field you are interested in. You
6006 can either do this by converting the C structure definition into a
6007 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6008 one offset and using just that.
6010 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6011 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6012 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6013 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6014 Typically, you might find that a structure like
6016 \c struct {
6017 \c     char c;
6018 \c     int i;
6019 \c } foo;
6021 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6022 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6023 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6024 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6025 out how your own compiler does it.
6028 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6030 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6031 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6032 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6033 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6034 the work involved in keeping track of the calling convention.
6036 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6037 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6039 An example of an assembly function using the macro set is given
6040 here:
6042 \c proc    _nearproc
6044 \c %$i     arg
6045 \c %$j     arg
6046 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6047 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6048 \c         add     ax,[bx]
6050 \c endproc
6052 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6053 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6054 integer. It returns \c{i + *j}.
6056 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6057 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6058 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6059 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6060 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6061 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6062 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6064 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6065 compact-model code) by default. You can have it generate far
6066 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6067 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6068 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6069 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6070 dependency on whether data pointers are far or not.
6072 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6073 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6074 many function parameters will be of type \c{int}.
6076 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6078 \c %define FARCODE
6080 \c proc    _farproc
6082 \c %$i     arg
6083 \c %$j     arg     4
6084 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6085 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6086 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6087 \c         add     ax,[bx]
6089 \c endproc
6091 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6092 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6093 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6096 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6098 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6099 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6101 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6102 not required for Pascal.
6104 \b The memory model is always large: functions are far, data
6105 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6106 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6107 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6108 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6109 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6110 data declared in a Pascal program goes into the default data
6111 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6112 when control is passed to your assembly code. The only things that
6113 do not live in the default data segment are local variables (they
6114 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6115 data \e{pointers}, however, are far.
6117 \b The function calling convention is different - described below.
6119 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6121 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6122 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6123 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6126 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6128 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6129 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6130 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6131 used to denote the function doing the calling and the function which
6132 gets called.
6134 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6135 after another, in normal order (left to right, so that the first
6136 argument specified to the function is pushed first).
6138 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6139 control to the callee.
6141 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6142 actually necessary, in functions which do not need to access their
6143 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6144 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6145 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6146 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6147 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6148 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6150 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6151 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6152 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6153 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6154 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6155 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6156 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6158 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6159 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6160 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6162 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6163 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6164 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6165 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6166 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6167 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6168 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6169 places the returned string value at that location. The pointer is
6170 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6171 \c{RETF} instruction.
6173 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6174 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6175 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6176 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6177 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6178 to be removed from the stack as a side effect of the return
6179 instruction.
6181 \b When the caller regains control from the callee, the function
6182 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6183 do nothing further.
6185 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6186 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6188 \c global  myfunc
6190 \c myfunc: push    bp
6191 \c         mov     bp,sp
6192 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6193 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6194 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6196 \c         ; some more code
6198 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6199 \c         pop     bp
6200 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6202 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6203 assembly code, you would do something like this:
6205 \c extern  SomeFunc
6207 \c        ; and then, further down...
6209 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6210 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6211 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6212 \c        call   far SomeFunc
6214 This is equivalent to the Pascal code
6216 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6217 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6220 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6221 Name Restrictions
6223 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6224 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6225 reading and understanding the various information contained in a
6226 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6227 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6228 restrictions:
6230 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6231 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6233 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6234 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6236 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6237 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6239 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6240 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6243 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6245 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6246 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6247 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6248 definition ensures that functions are far (it implies
6249 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6250 generated with an operand.
6252 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6253 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6254 reverse order. For example:
6256 \c %define PASCAL
6258 \c proc    _pascalproc
6260 \c %$j     arg 4
6261 \c %$i     arg
6262 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6263 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6264 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6265 \c         add     ax,[bx]
6267 \c endproc
6269 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6270 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6271 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6272 and the contents of the pointer. The only difference between this
6273 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6274 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6275 reverse order.
6278 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6280 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6281 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6282 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6283 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6284 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6285 shared libraries.
6287 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6288 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6289 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6290 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6291 address space no matter what segment you work relative to, and that
6292 you should ignore all segment registers completely. When writing
6293 flat-model application code, you never need to use a segment
6294 override or modify any segment register, and the code-section
6295 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6296 space as the data-section addresses you access your variables by and
6297 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6298 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6299 offset part.
6302 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6304 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6305 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6306 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6309 \S{32cunder} External Symbol Names
6311 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6312 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6313 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6314 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6315 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6316 underscore on their assembly-language names.
6318 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6319 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6320 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6321 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6322 though, the leading underscore should not be used.
6324 See also \k{opt-pfix}.
6326 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6328 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6329 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6330 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6331 the function doing the calling and the function which gets called.
6333 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6334 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6335 argument specified to the function is pushed last).
6337 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6338 control to the callee.
6340 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6341 actually necessary, in functions which do not need to access their
6342 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6343 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6344 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6345 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6346 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6347 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6349 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6350 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6351 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6352 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6353 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6354 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6355 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6356 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6357 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6358 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6359 and type of the remaining ones.
6361 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6362 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6363 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6365 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6366 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6367 of the value. Floating-point results are typically returned in
6368 \c{ST0}.
6370 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6371 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6372 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6374 \b When the caller regains control from the callee, the function
6375 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6376 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6377 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6378 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6379 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6380 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6381 removing.
6383 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6384 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6385 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6386 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6387 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6388 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6389 still pushed in right-to-left order.
6391 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6393 \c global  _myfunc
6395 \c _myfunc:
6396 \c         push    ebp
6397 \c         mov     ebp,esp
6398 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6399 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6401 \c         ; some more code
6403 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6404 \c         ret
6406 At the other end of the process, to call a C function from your
6407 assembly code, you would do something like this:
6409 \c extern  _printf
6411 \c         ; and then, further down...
6413 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6414 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6415 \c         call    _printf
6416 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6418 \c         ; then those data items...
6420 \c segment _DATA
6422 \c myint       dd   1234
6423 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6425 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6427 \c     int myint = 1234;
6428 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6431 \S{32cdata} Accessing Data Items
6433 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6434 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6435 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6436 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6437 accessed from assembler as
6439 \c           extern _i
6440 \c           mov eax,[_i]
6442 And to declare your own integer variable which C programs can access
6443 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6444 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6446 \c           global _j
6447 \c _j        dd 0
6449 To access a C array, you need to know the size of the components of
6450 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6451 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6452 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6453 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6454 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6455 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6456 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6457 are also 4 bytes long.
6459 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6460 the base of the structure to the field you are interested in. You
6461 can either do this by converting the C structure definition into a
6462 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6463 one offset and using just that.
6465 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6466 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6467 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6468 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6469 Typically, you might find that a structure like
6471 \c struct {
6472 \c     char c;
6473 \c     int i;
6474 \c } foo;
6476 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6477 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6478 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6479 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6480 out how your own compiler does it.
6483 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6485 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6486 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6487 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6488 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6489 the work involved in keeping track of the calling convention.
6491 An example of an assembly function using the macro set is given
6492 here:
6494 \c proc    _proc32
6496 \c %$i     arg
6497 \c %$j     arg
6498 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6499 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6500 \c         add     eax,[ebx]
6502 \c endproc
6504 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6505 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6506 integer. It returns \c{i + *j}.
6508 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6509 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6510 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6511 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6512 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6513 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6514 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6516 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6517 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6518 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6521 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6522 Libraries}
6524 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6525 because it contains support for \i{position-independent code}
6526 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6527 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6528 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6530 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6531 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6532 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6533 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6535 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6536 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6537 of the running process. The contents of the library's code section
6538 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6540 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6541 this:
6543 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6545 Instead, the linker provides an area of memory called the
6546 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6547 constant distance from your library's code, so if you can find out
6548 where your library is loaded (which is typically done using a
6549 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6550 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6551 linker-generated entries in the GOT.
6553 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6554 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6555 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6556 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6557 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6558 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6561 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6563 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6564 external symbol:
6566 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6567 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6569 At the beginning of any function in your shared library which plans
6570 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6571 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6572 in this form:
6574 \c func:   push    ebp
6575 \c         mov     ebp,esp
6576 \c         push    ebx
6577 \c         call    .get_GOT
6578 \c .get_GOT:
6579 \c         pop     ebx
6580 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6582 \c         ; the function body comes here
6584 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6585 \c         mov     esp,ebp
6586 \c         pop     ebp
6587 \c         ret
6589 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6590 second leading underscore.)
6592 The first two lines of this function are simply the standard C
6593 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6594 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6595 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6596 libraries use this register to store the address of the GOT.
6598 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6599 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6600 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6601 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6602 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6603 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6604 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6605 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6606 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6607 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6608 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6609 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6610 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6611 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6612 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6613 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6615 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6616 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6617 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6619 \c %macro  get_GOT 0
6621 \c         call    %%getgot
6622 \c   %%getgot:
6623 \c         pop     ebx
6624 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6626 \c %endmacro
6628 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6630 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6631 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6632 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6633 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6634 way this works is like this:
6636 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6638 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6639 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6640 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6641 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6643 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6644 them, they are shared between code modules in the library, but do
6645 not get exported from the library to the program that loaded it.
6646 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6647 can access them in the same way as local variables, using the above
6648 \c{..gotoff} mechanism.
6650 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6651 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6652 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6655 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6657 If your library needs to get at an external variable (external to
6658 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6659 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6660 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6661 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6662 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6663 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6664 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6665 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6666 you would code
6668 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6670 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6671 linker, when it builds the shared library, collects together every
6672 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6673 has every necessary entry present.
6675 Common variables must also be accessed in this way.
6678 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6680 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6681 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6682 you have to give the size of the data item. This is because the
6683 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6684 entries for any exported functions, and also moves exported data
6685 items away from the library's data section in which they were
6686 declared.
6688 So to export a function to users of the library, you must use
6690 \c global  func:function           ; declare it as a function
6692 \c func:   push    ebp
6694 \c         ; etc.
6696 And to export a data item such as an array, you would have to code
6698 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6700 \c array:  resd    128
6701 \c .end:
6703 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6704 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6705 end up living in the data section of the main program, rather than
6706 in your library's data section, where you declared it. So you will
6707 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6708 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6709 effectively, it has become).
6711 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6712 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6713 sort of code:
6715 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6717 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6718 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6719 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6720 pointing at your data section instead of at the exported global
6721 which resides elsewhere.
6723 Instead of the above code, then, you must write
6725 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6727 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6728 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6729 at that address, rather than just relocating by section base.
6731 Either method will work for functions: referring to one of your
6732 functions by means of
6734 \c funcptr:        dd      my_function
6736 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6738 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6740 will give the address of the procedure linkage table for the
6741 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6742 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6745 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6747 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6748 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6749 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6750 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6751 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6752 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6753 in the main program can be transparently passed off to their real
6754 destinations.
6756 To call an external routine, you must use another special PIC
6757 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6758 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6759 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6760 ..plt}.
6763 \S{link} Generating the Library File
6765 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6766 you then generate your shared library with a command such as
6768 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6769 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6771 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6772 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6773 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6774 library file name, with a version number, into the library:
6776 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6778 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6779 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6782 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6784 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6785 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6786 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6787 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6788 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6789 one, or jumps between different-size segments.
6792 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6794 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6795 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6796 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6797 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6798 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6799 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6800 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6801 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6803 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6804 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6805 segment, so just coding, for example,
6807 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6809 will not work, since the offset part of the address will be
6810 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6811 one.
6813 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6814 generate the required instruction by coding it manually, using
6815 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6816 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6818 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6820 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6821 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6822 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6823 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6824 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6825 segment to a 32-bit one.
6827 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6828 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6830 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6832 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6833 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6834 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6837 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6838 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6840 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6841 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6842 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6843 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6844 32-bit segment, or vice versa.
6846 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6847 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6848 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6849 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6851 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6852 the address, since any effective address containing a 32-bit
6853 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6855 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6856 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6858 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6859 instruction and a register) if you already know the precise offset
6860 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6861 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6862 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6864 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6865 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6867 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6869 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6870 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6871 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6873 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6875 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6876 which controls the size of the data stored at the address, with the
6877 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6878 address itself. The two can quite easily be different:
6880 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6882 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6883 offset.
6885 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6886 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6888 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6890 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6891 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6892 offset), and calls that address.
6895 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6897 The other way you might want to access data might be using the
6898 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6899 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6900 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6901 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6903 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6904 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6905 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6906 desired address into \c{ESI} and then code
6908 \c         a32     lodsb
6910 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6911 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6912 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6913 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6915 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6916 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6917 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6918 instructions with implicit addressing:
6919 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6920 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6921 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6922 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6923 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6924 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6925 Also, the
6926 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6927 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6928 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6929 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6930 size from the code segment.
6932 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6933 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6934 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6935 give the value of the segment register being manipulated. To force
6936 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6937 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6939 \c         o16 push    ss
6940 \c         o16 push    ds
6942 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6943 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6944 one.
6946 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6947 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6950 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6952 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6953 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6954 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6955 write position-independent code for shared libraries.
6957 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6958 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6959 registers, which still add their bases.
6961 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6962 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6963 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6964 probably desirable to make that the default, using the directive
6965 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6967 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6968 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6969 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6970 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6971 Please see the ABI documentation for your platform.
6973 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6974 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6975 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6976 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6978 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6979 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6980 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6981 set to zero.
6983 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6985 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6986 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6988 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6989 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6990 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6991 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6993 This is consistent with the AMD documentation and most other
6994 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6995 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6996 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6997 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6998 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6999 the NASM source distribution.
7001 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
7003 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7004 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7005 immediates to 32 bits.
7007 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7009 \c      MOV reg64,imm64
7011 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7012 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7013 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7014 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7015 immediate as \c{DWORD}:
7017 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7018 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7019 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7020 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7022 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7024 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7025 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7026 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7027 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7028 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7029 displacement size as \c{QWORD}:
7031 \c      default abs
7033 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7034 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7035 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7037 \c      default rel
7039 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7040 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7041 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7042 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7044 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7045 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7047 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7049 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7051 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
7053 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7054 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7056 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7057 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7058 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7059 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7060 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7062 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7064 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7065 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7066 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7067 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
7069 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7071 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7073 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7075 \c      void foo(long a, double b, int c)
7077 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7079 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7081 The Win64 ABI is described at:
7083 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7085 What follows is a simplified summary.
7087 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7088 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7089 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7090 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7091 use by the function without saving.
7093 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7095 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7096 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7097 return is \c{XMM0} only.
7099 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7101 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7103 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7105 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7107 \C{trouble} Troubleshooting
7109 This chapter describes some of the common problems that users have
7110 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7111 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7112 that isn't listed here.
7115 \H{problems} Common Problems
7117 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7119 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7120 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7121 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7122 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7123 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7124 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7125 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7126 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7127 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
7130 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7132 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7133 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7134 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7135 longer.
7137 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7138 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7139 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7140 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7141 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7142 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7143 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7144 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7145 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7146 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7147 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7148 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
7151 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7153 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7154 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7155 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7156 sector, people who are used to MASM tend to code
7158 \c         ORG 0
7160 \c         ; some boot sector code
7162 \c         ORG 510
7163 \c         DW 0xAA55
7165 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7166 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7167 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7169 \c         ORG 0
7171 \c         ; some boot sector code
7173 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7174 \c         DW 0xAA55
7176 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7177 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7178 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7179 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7180 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7181 find out what's wrong with it.
7184 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7186 The other common problem with the above code is people who write the
7187 \c{TIMES} line as
7189 \c         TIMES 510-$ DB 0
7191 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7192 the difference between them is also a pure number and can happily be
7193 fed to \c{TIMES}.
7195 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7196 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7197 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7198 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7199 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7200 information back to the expression evaluator. So from the
7201 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7202 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7203 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7204 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7206 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7207 line in the form
7209 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7211 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7212 and so their difference is a pure number. This will solve the
7213 problem and generate sensible code.
7216 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7218 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7219 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7220 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7221 \i\c{bugtracker} at
7222 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7223 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7224 contacts in \k{contact}.
7226 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7227 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7228 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7229 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7230 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7231 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7232 there.
7234 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7235 information:
7237 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7238 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7240 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7241 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7242 you were using the standard distribution binaries out of the
7243 archive. If you were using a locally built executable, try to
7244 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7245 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7248 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7249 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7250 \c{NASMENV} environment variable if any.
7252 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7253 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7254 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7255 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7256 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7257 compiler, what version, and what command line or options you used.
7258 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7259 with the command-line version of the compiler.)
7261 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7262 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7263 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7264 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7265 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7266 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7267 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7268 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7269 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7270 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7271 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7272 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7273 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7275 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7276 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7277 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7278 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7279 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7280 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7281 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7282 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7283 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7284 should be 77 instead'.
7286 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7287 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7288 generates the same file, or whether the problem is related to
7289 portability issues between our development platforms and yours. We
7290 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7291 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7292 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7293 for us.
7295 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7296 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7297 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7298 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7299 differently from us.
7302 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7304                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7306 \H{ndisintro} Introduction
7309 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7310 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7311 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7312 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7313 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7315 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7316 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7317 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7318 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7319 disassembles.
7322 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7324 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7325 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7326 are on a Unix system.
7329 \H{ndisrun} Running NDISASM
7331 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7333 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7335 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7336 provided of course that you remember to specify which it is to work
7337 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7338 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7340 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7341 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7342 summary of command line options.
7345 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7347 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7348 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7349 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7350 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7351 this.
7353 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7354 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7355 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7356 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7357 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7359 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7361 \c        ndisasm -o100h filename.com
7363 will do the trick.
7366 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7368 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7369 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7370 will faithfully plough through the data section, producing machine
7371 instructions wherever it can (although most of them will look
7372 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7373 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7374 Then it will reach the code section.
7376 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7377 instruction from part of the data section, and its file position is
7378 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7379 entirely possible that another spurious instruction will get
7380 generated, starting with the final byte of the data section, and
7381 then the correct first instruction in the code section will not be
7382 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7383 ideal.
7385 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7386 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7387 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7388 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7389 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7390 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7391 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7392 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7393 the instructions in your code section.
7395 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7396 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7397 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7400 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7402 rather than
7404 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7406 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7407 to, just by repeating the \c{-s} option.
7410 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7411 \I\c{auto-sync}
7413 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7414 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7415 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7416 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7417 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7418 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7419 needed.
7421 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7422 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7423 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7424 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7426 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7427 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7428 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7429 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7430 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7431 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7432 processed, there isn't much it can do about it...)
7434 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7435 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7436 the register contains) or involves a segment address (in which case
7437 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7438 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7440 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7441 points in all the right places, and save you from having to place
7442 any sync points manually. However, it should be stressed that
7443 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7444 you may still have to place some manually.
7446 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7447 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7448 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7449 options.
7451 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7452 fluke, something in your data section should disassemble to a
7453 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7454 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7455 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7456 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7457 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7458 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7459 suppress disassembly of the data area.
7462 \S{ndisother} Other Options
7464 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7465 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7466 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7467 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7469 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7470 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7471 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7472 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7473 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7474 anyway.
7477 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7479 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7480 possible, should be sent to
7481 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7482 developer's site at
7483 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7484 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7485 new features as well.
7487 \A{inslist} \i{Instruction List}
7489 \H{inslistintro} Introduction
7491 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7492 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7493 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7494  when appropriate, one or more usage flags.
7496 \& inslist.src