preproc.c: revamped context-local fall-through warning message
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob26f1b1bd9ebb3aea136f9a34f067be63c2b389db
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#
3 \#   Copyright 1996-2010 The NASM Authors - All Rights Reserved
4 \#   See the file AUTHORS included with the NASM distribution for
5 \#   the specific copyright holders.
6 \#
7 \#   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8 \#   modification, are permitted provided that the following
9 \#   conditions are met:
11 \#   * Redistributions of source code must retain the above copyright
12 \#     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13 \#   * Redistributions in binary form must reproduce the above
14 \#     copyright notice, this list of conditions and the following
15 \#     disclaimer in the documentation and/or other materials provided
16 \#     with the distribution.
18 \#     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
19 \#     CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
20 \#     INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
21 \#     MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22 \#     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
23 \#     CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24 \#     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
25 \#     NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
26 \#     LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27 \#     HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
28 \#     CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
29 \#     OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
30 \#     EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
32 \# --------------------------------------------------------------------------
34 \# Source code to NASM documentation
36 \M{category}{Programming}
37 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
38 \M{year}{1996-2010}
39 \M{author}{The NASM Development Team}
40 \M{copyright_tail}{-- All Rights Reserved}
41 \M{license}{This document is redistributable under the license given in the file "LICENSE" distributed in the NASM archive.}
42 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
43 \M{infoname}{NASM}
44 \M{infofile}{nasm}
45 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
46 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
47 \IR{-D} \c{-D} option
48 \IR{-E} \c{-E} option
49 \IR{-F} \c{-F} option
50 \IR{-I} \c{-I} option
51 \IR{-M} \c{-M} option
52 \IR{-MD} \c{-MD} option
53 \IR{-MF} \c{-MF} option
54 \IR{-MG} \c{-MG} option
55 \IR{-MP} \c{-MP} option
56 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
57 \IR{-MT} \c{-MT} option
58 \IR{-O} \c{-O} option
59 \IR{-P} \c{-P} option
60 \IR{-U} \c{-U} option
61 \IR{-X} \c{-X} option
62 \IR{-a} \c{-a} option
63 \IR{-d} \c{-d} option
64 \IR{-e} \c{-e} option
65 \IR{-f} \c{-f} option
66 \IR{-g} \c{-g} option
67 \IR{-i} \c{-i} option
68 \IR{-l} \c{-l} option
69 \IR{-o} \c{-o} option
70 \IR{-p} \c{-p} option
71 \IR{-s} \c{-s} option
72 \IR{-u} \c{-u} option
73 \IR{-v} \c{-v} option
74 \IR{-W} \c{-W} option
75 \IR{-w} \c{-w} option
76 \IR{-y} \c{-y} option
77 \IR{-Z} \c{-Z} option
78 \IR{!=} \c{!=} operator
79 \IR{$, here} \c{$}, Here token
80 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
81 \IR{$$} \c{$$} token
82 \IR{%} \c{%} operator
83 \IR{%%} \c{%%} operator
84 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
85 \IA{%-1}{%+1}
86 \IR{%0} \c{%0} parameter count
87 \IR{&} \c{&} operator
88 \IR{&&} \c{&&} operator
89 \IR{*} \c{*} operator
90 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
91 \IR{/} \c{/} operator
92 \IR{//} \c{//} operator
93 \IR{<} \c{<} operator
94 \IR{<<} \c{<<} operator
95 \IR{<=} \c{<=} operator
96 \IR{<>} \c{<>} operator
97 \IR{=} \c{=} operator
98 \IR{==} \c{==} operator
99 \IR{>} \c{>} operator
100 \IR{>=} \c{>=} operator
101 \IR{>>} \c{>>} operator
102 \IR{?} \c{?} MASM syntax
103 \IR{^} \c{^} operator
104 \IR{^^} \c{^^} operator
105 \IR{|} \c{|} operator
106 \IR{||} \c{||} operator
107 \IR{~} \c{~} operator
108 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
109 \IA{%$$}{%$}
110 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
111 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
112 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
113 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
114 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
115 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
116 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
117 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
118 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
119 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
120 variables
121 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
122 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
123 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
124 \IR{autoconf} Autoconf
125 \IR{bin} bin
126 \IR{bitwise and} bitwise AND
127 \IR{bitwise or} bitwise OR
128 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
129 \IR{block ifs} block IFs
130 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
131 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
132 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
133 \IR{bsd} BSD
134 \IR{c calling convention} C calling convention
135 \IR{c symbol names} C symbol names
136 \IA{critical expressions}{critical expression}
137 \IA{command line}{command-line}
138 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
139 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
140 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
141 \IA{character constants}{character constant}
142 \IR{common object file format} Common Object File Format
143 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
144 in \c{elf}
145 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
146 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
147 \IR{declaring structure} declaring structures
148 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
149 \IR{devpac} DevPac
150 \IR{djgpp} DJGPP
151 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
152 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
153 \IR{dos} DOS
154 \IR{dos archive} DOS archive
155 \IR{dos source archive} DOS source archive
156 \IA{effective address}{effective addresses}
157 \IA{effective-address}{effective addresses}
158 \IR{elf} ELF
159 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
160 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
161 \IR{elf32} \c{elf32}
162 \IR{elf64} \c{elf64}
163 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
164 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
165 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
166 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
167 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
168 \IR{freebsd} FreeBSD
169 \IR{freelink} FreeLink
170 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
171 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
172 convention
173 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
174 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
175 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
176 \IR{got} GOT
177 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
178 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
179 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
180 \IR{intel number formats} Intel number formats
181 \IR{linux, elf} Linux, ELF
182 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
183 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
184 \IR{logical and} logical AND
185 \IR{logical or} logical OR
186 \IR{logical xor} logical XOR
187 \IR{mach object file format} Mach, object file format
188 \IR{mach-o} Mach-O
189 \IR{macho32} \c{macho32}
190 \IR{macho64} \c{macho64}
191 \IR{macos x} MacOS X
192 \IR{masm} MASM
193 \IA{memory reference}{memory references}
194 \IR{minix} Minix
195 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
196 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
197 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
198 \IR{mmx registers} MMX registers
199 \IA{modr/m}{modr/m byte}
200 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
201 \IR{ms-dos} MS-DOS
202 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
203 \IR{multipush} \c{multipush} macro
204 \IR{nan} NaN
205 \IR{nasm version} NASM version
206 \IR{netbsd} NetBSD
207 \IR{omf} OMF
208 \IR{openbsd} OpenBSD
209 \IR{operating system} operating system
210 \IR{os/2} OS/2
211 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
212 \IR{passes} passes, assembly
213 \IR{perl} Perl
214 \IR{pic} PIC
215 \IR{pharlap} PharLap
216 \IR{plt} PLT
217 \IR{plt} \c{PLT} relocations
218 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
219 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
220 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
221 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
222 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
223 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
224 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
225 Object File Format
226 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
227 \IA{repeating}{repeating code}
228 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
229 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
230 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
231 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
232 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
233 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
234 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
235 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
236 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
237 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
238 \IR{shift command} \c{shift} command
239 \IA{sib}{sib byte}
240 \IR{sib byte} SIB byte
241 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
242 \IA{sectalign}{sectalign}
243 \IR{solaris x86} Solaris x86
244 \IA{standard section names}{standardized section names}
245 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
246 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
247 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
248 \IR{tlink} \c{TLINK}
249 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
250 \IR{unicode} Unicode
251 \IR{unix} Unix
252 \IR{utf-8} UTF-8
253 \IR{utf-16} UTF-16
254 \IR{utf-32} UTF-32
255 \IA{sco unix}{unix, sco}
256 \IR{unix, sco} Unix, SCO
257 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
258 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
259 \IA{unix system v}{unix, system v}
260 \IR{unix, system v} Unix, System V
261 \IR{unixware} UnixWare
262 \IR{val} VAL
263 \IR{version number of nasm} version number of NASM
264 \IR{visual c++} Visual C++
265 \IR{www page} WWW page
266 \IR{win32} Win32
267 \IR{win32} Win64
268 \IR{windows} Windows
269 \IR{windows 95} Windows 95
270 \IR{windows nt} Windows NT
271 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
272 \# \IC{program entry point}{start point, program}
273 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
274 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
275 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
278 \C{intro} Introduction
280 \H{whatsnasm} What Is NASM?
282 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
283 for portability and modularity. It supports a range of object file
284 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
285 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
286 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
287 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
288 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
289 strong support for macros.
292 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
294 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
295 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
296 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
297 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
299 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
300 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
302 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
303 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
304 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
305 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
306 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
307 it (properly.)
309 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
310 doesn't seem to have much (or any) documentation.
312 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
313 DOS.
315 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
316 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
317 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
318 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
319 It's expensive too. And it's DOS-only.
321 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
322 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
323 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
324 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
325 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
326 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
327 Again.
330 \S{legal} \i{License} Conditions
332 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
333 distribution archive, for the license conditions under which you may
334 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
335 known as the simplified BSD license.
337 Copyright 1996-2010 the NASM Authors - All rights reserved.
339 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
340 modification, are permitted provided that the following conditions are
341 met:
343 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
344 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
346 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
347 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
348 documentation and/or other materials provided with the distribution.
349       
350 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
351 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
352 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
353 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
354 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
355 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
356 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
357 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
358 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
359 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
360 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
361 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
362 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
365 \H{contact} Contact Information
367 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
368 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
369 (see below for the link).
370 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
372 NASM has a \i{website} at
373 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
374 google for us!
376 \i{New releases}, \i{release candidates}, and \I{snapshots, daily
377 development}\i{daily development snapshots} of NASM are available from
378 the official web site.
380 Announcements are posted to
381 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
382 and to the web site
383 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
385 If you want information about the current development status, please
386 subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list; see link from the
387 website.
390 \H{install} Installation
392 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
394 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
395 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
396 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
397 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
399 The archive will contain a set of executable files: the NASM
400 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
401 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
402 RDOFF file format.
404 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
405 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
406 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
407 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
408 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
409 under other versions of Windows as well.)
411 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
412 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
413 so you can delete it if you need to save space; however, you may
414 want to keep the documentation or test programs.
416 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
417 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
418 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
419 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
420 the source archive.
422 Note that a number of files are generated from other files by Perl
423 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
424 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
425 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
426 documentation. It is possible future source distributions may not
427 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
428 platforms, including DOS and Windows, are available from
429 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
432 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
434 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
435 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
436 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
437 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
438 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
440 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
441 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
442 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
443 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
444 accordingly.
446 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
447 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
448 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
449 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
450 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
451 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
452 install the programs yourself.
454 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
455 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
456 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
457 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
460 \C{running} Running NASM
462 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
464 To assemble a file, you issue a command of the form
466 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
468 For example,
470 \c nasm -f elf myfile.asm
472 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
474 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
476 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
478 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
479 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
480 to give a listing file name, for example:
482 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
484 To get further usage instructions from NASM, try typing
486 \c nasm -h
488 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
489 are.
491 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
492 or \c{ELF}, type
494 \c file nasm
496 (in the directory in which you put the NASM binary when you
497 installed it). If it says something like
499 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
501 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
502 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
504 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
506 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
507 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
508 and are rare these days.)
510 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
511 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
512 messages.
515 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
517 NASM will normally choose the name of your output file for you;
518 precisely how it does this is dependent on the object file format.
519 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
520 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
521 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
522 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
523 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{ieee}, \c{macho32} and \c{macho64})
524 it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith} and \c{srec},
525 it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec}, respectively,
526 and for the \c{bin} format it will simply remove the extension, so
527 that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
529 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
530 has the same name as the input file, in which case it will give a
531 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
533 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
534 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
535 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
536 with the name you wish for the output file, either with or without
537 an intervening space. For example:
539 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
540 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
542 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
543 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
546 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
548 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
549 output file format for you itself. In the distribution versions of
550 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
551 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
552 choose what you want the default to be.
554 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
555 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
557 A complete list of the available output file formats can be given by
558 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
561 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
563 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
564 optional space) by a file name, NASM will generate a
565 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
566 code are listed on the left, and the actual source code, with
567 expansions of multi-line macros (except those which specifically
568 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
569 right. For example:
571 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
573 If a list file is selected, you may turn off listing for a
574 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
575 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
576 form" (without the brackets). This can be used to list only
577 sections of interest, avoiding excessively long listings.
580 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
582 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
583 This can be redirected to a file for further processing. For example:
585 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
588 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
590 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
591 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
592 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
593 dependency list without a prefix.
596 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
598 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
599 output to a file, rather than to stdout.  For example:
601 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
604 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
606 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
607 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
608 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
609 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
610 updated dependencies with every assembly session.  For example:
612 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
615 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
617 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
618 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
619 specified by the \c{-o} option.
622 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
624 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
625 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
626 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
627 quotable in Make.
630 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
632 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
633 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
634 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
635 file has been removed.
638 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
640 This option is used to select the format of the debug information
641 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
642 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
643 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
644 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
645 if \c{-F} is specified.
647 A complete list of the available debug file formats for an output
648 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
649 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
651 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
652 is not built into NASM by default. For information on how
653 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
656 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
658 This option can be used to generate debugging information in the specified
659 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
660 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
661 If no debug information is currently implemented in the selected output
662 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
665 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
667 This option can be used to select an error reporting format for any
668 error messages that might be produced by NASM.
670 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
671 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
672 the default and looks like this:
674 \c filename.asm:65: error: specific error message
676 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
677 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
678 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
679 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
680 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
682 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
683 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
685 \c filename.asm(65) : error: specific error message
687 where the only difference is that the line number is in parentheses
688 instead of being delimited by colons.
690 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
692 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
694 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
695 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
696 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
697 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
698 example) you want to load them into an editor.
700 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
701 which causes errors to be sent to the specified files rather than
702 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
703 the errors into a file by typing
705 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
707 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
708 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
709 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
711 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
713 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
714 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
715 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
716 program, you can type:
718 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
720 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
723 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
725 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
726 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
727 search for the given file not only in the current directory, but also
728 in any directories specified on the command line by the use of the
729 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
730 library}, for example, by typing
732 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
734 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
735 optional).
737 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
738 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
739 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
740 prepended exactly as written to the name of the include file.
741 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
742 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
744 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
745 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
746 to search for the file \c{foobar.i}...)
748 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
749 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
750 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
751 \k{nasmenv}).
753 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
754 be specified as \c{-I}.
757 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
759 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
760 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
761 option. So running
763 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
765 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
766 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
768 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
769 option can also be specified as \c{-P}.
772 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
774 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
775 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
776 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
777 could code
779 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
781 as an alternative to placing the directive
783 \c %define FOO 100
785 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
786 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
787 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
788 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
789 \c{-dDEBUG}.
791 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
792 be specified as \c{-D}.
795 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
797 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
798 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
799 option specified earlier on the command lines.
801 For example, the following command line:
803 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
805 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
806 program. This is useful to override options specified at a different
807 point in a Makefile.
809 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
810 be specified as \c{-U}.
813 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
815 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
816 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
817 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
818 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
819 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
820 if the \c{-o} option is also used).
822 This option cannot be applied to programs which require the
823 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
824 which depend on the values of symbols: so code such as
826 \c %assign tablesize ($-tablestart)
828 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
830 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
831 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
832 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
834 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
836 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
837 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
838 completely and assume the compiler has already done it, to save time
839 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
840 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
841 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
844 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
846 NASM defaults to not optimizing operands which can fit into a signed byte.
847 This means that if you want the shortest possible object code,
848 you have to enable optimization.
850 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
851 levels of optimization.  The syntax is:
853 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
854         if a short form is not specified, except conditional jumps.
855         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
857 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
858         which will fit in a signed byte are optimized,
859         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
860         to the long form unless otherwise specified.
862 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
863         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
864         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
865         has been used (see \k{strict}).  For compatability with earlier
866         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
867         one. This number has no effect on the actual number of passes.
869 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses, and is the default
870 since NASM 2.09.
872 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
873 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
876 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
878 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
879 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
881 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
883 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
884 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
885 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
886 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
887 Note that you lose the ability to override the default address type for
888 the instruction.
890 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
891 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
892 \c{include}, \c{local})
894 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
896 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
897 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
898 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
899 conditions are reported like errors, but come up with the word
900 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
901 generating an output file and returning a success status to the
902 operating system.
904 Some conditions are even less severe than that: they are only
905 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
906 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
907 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
908 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
909 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
910 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
912 The \i{suppressible warning} classes are:
914 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
915 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
916 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
917 you might want to disable it.
919 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
920 warning class is disabled by default.
922 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
923 parameters than optional parameters. This warning class
924 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
926 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
927 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
928 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
929 see \k{syntax} for more information.
931 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
932 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
934 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
935 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
936 This warning class is disabled by default.
938 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
939 Enabled by default.
941 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
942 Disabled by default.
944 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
945 Disabled by default.
947 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
948 Enabled by default.
950 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
951 Enabled by default.
953 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
954 default.
956 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
957 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
959 In addition, you can set warning classes across sections.
960 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
961 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
962 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
963 (without the brackets) exists.
965 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
966 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
967 \c{-w-warning}, respectively.
970 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
972 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
973 and the date on which it was compiled.
975 You will need the version number if you report a bug.
977 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
979 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
980 debug info formats for the given output format. The default format
981 is indicated by an asterisk. For example:
983 \c nasm -f elf -y
985 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
986 \c   ('*' denotes default):
987 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
988 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
991 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
993 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
994 (respectively) the given argument to all \c{global} or
995 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
996 underscore to all global and external variables, as C sometimes
997 (but not always) likes it.
1000 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
1002 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1003 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1004 processed before the real command line. You can use this to define
1005 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1006 options in the \c{NASMENV} variable.
1008 The value of the variable is split up at white space, so that the
1009 value \c{-s -ic:\\nasmlib\\} will be treated as two separate options.
1010 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1011 what you might want, because it will be split at the space and the
1012 NASM command-line processing will get confused by the two
1013 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1015 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1016 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1017 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1018 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1019 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib\\} is equivalent to setting it to \c{-s
1020 -ic:\\nasmlib\\}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1022 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1023 changed with version 0.98.31.
1026 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1028 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1029 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1030 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1031 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1032 skipping this section.
1035 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1037 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1038 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1039 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1040 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1041 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1042 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1043 will distinguish between labels differing only in case.
1046 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1048 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1049 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1050 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1051 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1052 if you declare, for example,
1054 \c foo     equ     1
1055 \c bar     dw      2
1057 then the two lines of code
1059 \c         mov     ax,foo
1060 \c         mov     ax,bar
1062 generate completely different opcodes, despite having
1063 identical-looking syntaxes.
1065 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1066 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1067 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1068 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1069 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1070 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1071 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1072 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1074 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1075 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1076 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1077 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1078 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1079 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1081 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1082 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1083 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1084 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1085 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1086 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1087 \e{everything} is a label.
1089 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1090 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1091 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1092 portion outside square brackets and another portion inside. The
1093 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1094 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1097 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1099 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1100 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1101 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1102 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1103 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1104 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1105 \c{mov word [var],2}.
1107 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1108 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1109 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1110 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1111 the strings being manipulated.
1114 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1116 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1117 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1118 choose to put in your segment registers, and will never
1119 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1122 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1124 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1125 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1126 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1127 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1128 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1129 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1130 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1131 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1132 track of which external variable definitions are far and which are
1133 near.
1136 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1138 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1139 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1140 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1141 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1143 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1144 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1145 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1146 on a misunderstanding by the authors.
1149 \S{qsother} Other Differences
1151 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1152 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1154 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1155 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1156 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1157 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1158 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1159 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1160 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1162 In addition to all of this, macros and directives work completely
1163 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1164 details.
1167 \C{lang} The NASM Language
1169 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1171 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1172 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1173 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1175 \c label:    instruction operands        ; comment
1177 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1178 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1179 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1180 presence and nature of the instruction field.
1182 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1183 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1184 backslash-ended line.
1186 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1187 have white space before them, or instructions may have no space
1188 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1189 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1190 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1191 valid source line which does nothing but define a label. Running
1192 NASM with the command-line option
1193 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1194 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1196 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1197 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1198 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1199 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1200 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1201 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1202 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1203 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1204 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1205 an identifier is 4095 characters.
1207 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1208 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1209 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1210 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1211 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1212 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1213 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1214 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1215 override}segment register as an instruction prefix: coding
1216 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1217 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1218 syntactic features of the language, but for instructions such as
1219 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1220 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1221 \c{es lodsb}.
1223 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1224 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1225 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1227 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1228 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1230 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1231 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1232 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1233 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1234 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1235 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1237 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1238 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1239 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1240 \# Details of
1241 \# all forms of each supported instruction are given in
1242 \# \k{iref}.
1243 For example, you can code:
1245 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1246 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1248 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1249 \c         fadd    to st1          ; so does this
1251 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1252 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1253 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1256 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1258 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1259 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1260 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1261 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1262 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1263 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1264 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1265 prefix.
1268 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1270 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1271 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1272 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1273 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1275 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1276 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1277 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1278 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1279 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1280 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1281 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1282 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1283 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1284 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1285 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1286 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1287 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1289 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1292 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1294 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1295 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1296 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1297 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1298 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1299 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1300 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1301 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1302 expression}: see \k{crit}.
1304 For example:
1306 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1307 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1308 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1309 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1311 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1313 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1314 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1315 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1316 directly into a game executable file. It can be called in one of
1317 these three ways:
1319 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1320 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1321 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1322 \c                                    ; actually include at most 512
1324 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1325 macro version searches for the file in the include file search path
1326 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1327 overridden if desired.
1330 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1332 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1333 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1334 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1335 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1336 example,
1338 \c message         db      'hello, world'
1339 \c msglen          equ     $-message
1341 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1342 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1343 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1344 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1345 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1346 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1349 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1351 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1352 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1353 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1354 code
1356 \c zerobuf:        times 64 db 0
1358 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1359 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1360 \e{expression}, so you can do things like
1362 \c buffer: db      'hello, world'
1363 \c         times 64-$+buffer db ' '
1365 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1366 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1367 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1369 \c         times 100 movsb
1371 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1372 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1373 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1375 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1377 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1378 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1379 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1380 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1381 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1384 \H{effaddr} Effective Addresses
1386 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1387 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1388 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1389 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1390 example:
1392 \c wordvar dw      123
1393 \c         mov     ax,[wordvar]
1394 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1395 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1397 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1398 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1400 More complicated effective addresses, such as those involving more
1401 than one register, work in exactly the same way:
1403 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1404 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1406 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1407 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1408 all right:
1410 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1411 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1413 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1414 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1415 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1416 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1417 generate the latter on the grounds that the former requires four
1418 bytes to store a zero offset.
1420 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1421 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1422 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1423 default segment registers.
1425 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1426 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1427 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1428 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1429 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1430 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1431 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1432 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1433 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1434 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1435 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1437 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1438 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1439 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1440 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1441 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1442 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1443 the offset to be lost.
1445 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1446 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1447 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1448 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1449 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1450 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1452 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1453 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1454 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1455 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1458 \H{const} \i{Constants}
1460 NASM understands four different types of constant: numeric,
1461 character, string and floating-point.
1464 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1466 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1467 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1468 suffix \c{H} or \c{X}, \c{D} or \c{T}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} or
1469 \c{Y} for \i{hexadecimal}, \i{decimal}, \i{octal} and \i{binary}
1470 respectively, or you can prefix \c{0x}, for hexadecimal in the style
1471 of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal in the style of Borland
1472 Pascal or Motorola Assemblers. Note, though, that the \I{$,
1473 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1474 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1475 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1476 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0d} or
1477 \c{0t} for decimal, \c{0o} or \c{0q} for octal, and \c{0b} or \c{0y}
1478 for binary.  Please note that unlike C, a \c{0} prefix by itself does
1479 \e{not} imply an octal constant!
1481 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1482 up long strings.
1484 Some examples (all producing exactly the same code):
1486 \c         mov     ax,200          ; decimal
1487 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1488 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1489 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1490 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1491 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1492 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1493 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1494 \c         mov     ax,310q         ; octal
1495 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1496 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1497 \c         mov     ax,0q310        ; hex yet again
1498 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1499 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1500 \c         mov     ax,1100_1000y   ; same binary constant once more
1501 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1502 \c         mov     ax,0y1100_1000  ; same binary constant yet again
1504 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1506 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1507 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1508 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1509 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1510 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1511 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1512 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1515 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1517 \c       \'          single quote (')
1518 \c       \"          double quote (")
1519 \c       \`          backquote (`)
1520 \c       \\\          backslash (\)
1521 \c       \?          question mark (?)
1522 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1523 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1524 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1525 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1526 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1527 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1528 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1529 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1530 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1531 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1532 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1533 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1535 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1536 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1537 sequence.
1539 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1540 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1542 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1543 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1544 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1547 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1549 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1550 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1552 A character constant with more than one byte will be arranged
1553 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1555 \c           mov eax,'abcd'
1557 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1558 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1559 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1560 the sense of character constants understood by the Pentium's
1561 \i\c{CPUID} instruction.
1564 \S{strconst} \i{String Constants}
1566 String constants are character strings used in the context of some
1567 pseudo-instructions, namely the
1568 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1569 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1570 certain preprocessor directives.
1572 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1573 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1574 for the conditions. So the following are equivalent:
1576 \c       db    'hello'               ; string constant
1577 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1579 And the following are also equivalent:
1581 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1582 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1583 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1585 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1586 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1587 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1588 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1589 or four-character constants are treated as strings when they are
1590 operands to \c{DW}, and so forth.
1592 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1594 The special operators \i\c{__utf16__} and \i\c{__utf32__} allows
1595 definition of Unicode strings.  They take a string in UTF-8 format and
1596 converts it to (littleendian) UTF-16 or UTF-32, respectively.
1598 For example:
1600 \c %define u(x) __utf16__(x)
1601 \c %define w(x) __utf32__(x)
1603 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1604 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1606 \c{__utf16__} and \c{__utf32__} can be applied either to strings
1607 passed to the \c{DB} family instructions, or to character constants in
1608 an expression context.
1610 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1612 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1613 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1614 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1615 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1616 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1617 \i\c{__float128h__}.
1619 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1620 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1621 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1622 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1623 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.
1625 NASM also support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x},
1626 hexadecimal digits, period, optionally more hexadeximal digits, then
1627 optionally a \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent
1628 in decimal notation.  As an extension, NASM additionally supports the
1629 \c{0h} and \c{$} prefixes for hexadecimal, as well binary and octal
1630 floating-point, using the \c{0b} or \c{0y} and \c{0o} or \c{0q}
1631 prefixes, respectively.
1633 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1634 floating-point constants as well.
1636 Some examples:
1638 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1639 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1640 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1641 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1642 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1643 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1644 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1645 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1646 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1647 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1648 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1650 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1651 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1652 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1653 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1654 called a "\i{minifloat}."
1656 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1657 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1658 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1659 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1660 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1661 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1662 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1663 floating-point number, respectively.
1665 For example:
1667 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1669 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1670 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1672 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1674 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1675 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1676 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1677 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1678 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1679 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1680 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1681 of floating-point routines, which would significantly increase the
1682 size of the assembler for very little benefit.
1684 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1685 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1686 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1687 respectively.  These are normally used as macros:
1689 \c %define Inf __Infinity__
1690 \c %define NaN __QNaN__
1692 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1694 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1696 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1697 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1698 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1700 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1701 digits.
1703 For example:
1705 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1706 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1707 \c       dt +0p33
1708 \c       dt 33p
1711 \H{expr} \i{Expressions}
1713 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1714 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1715 appropriate size.
1717 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1718 calculations to involve the current assembly position: the
1719 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1720 position at the beginning of the line containing the expression; so
1721 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1722 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1723 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1725 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1726 increasing order of \i{precedence}.
1729 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1731 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1732 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1733 arithmetic operator supported by NASM.
1736 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1738 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1741 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1743 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1746 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1748 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1749 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1750 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1751 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1752 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1755 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1756 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1758 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1759 subtraction.
1762 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1763 \i{Multiplication} and \i{Division}
1765 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1766 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1767 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1768 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1769 \i{signed modulo} operators respectively.
1771 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1772 operation of the signed modulo operator.
1774 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1775 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1776 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1779 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1780 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1782 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1783 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1784 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1785 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1786 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1787 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1790 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1792 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1793 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1794 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1795 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1797 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1798 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1799 the symbol makes sense. So the code
1801 \c         mov     ax,seg symbol
1802 \c         mov     es,ax
1803 \c         mov     bx,symbol
1805 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1807 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1808 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1809 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1810 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1811 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1813 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1814 \c         mov     es,ax
1815 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1817 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1818 pointer to the symbol \c{symbol}.
1820 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1821 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1822 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1823 could code either of
1825 \c         call    (seg procedure):procedure
1826 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1828 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1829 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1830 practice.)
1832 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1833 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1834 to \c{CALL} in these examples.
1836 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1837 must code
1839 \c         dw      symbol, seg symbol
1841 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1842 invent one using the macro processor.
1845 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1847 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1848 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1849 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1850 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1851 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1852 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1853 in \c{BITS 16} mode,
1855 \c         push dword 33
1857 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1859 \c         push strict dword 33
1861 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1862 21 00 00 00}.
1864 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1865 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1868 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1870 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1871 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1872 called \e{Critical Expressions}.
1874 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1875 code and data, so that the second pass, when generating all the
1876 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1877 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1878 symbol declared after the code in question. For example,
1880 \c         times (label-$) db 0
1881 \c label:  db      'Where am I?'
1883 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1884 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1885 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1886 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1887 code
1889 \c         times (label-$+1) db 0
1890 \c label:  db      'NOW where am I?'
1892 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1893 wrong!
1895 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1896 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1897 value is required to be computable in the first pass, and which must
1898 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1899 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1901 \H{locallab} \i{Local Labels}
1903 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1904 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1905 label, which means that it is associated with the previous non-local
1906 label. So, for example:
1908 \c label1  ; some code
1910 \c .loop
1911 \c         ; some more code
1913 \c         jne     .loop
1914 \c         ret
1916 \c label2  ; some code
1918 \c .loop
1919 \c         ; some more code
1921 \c         jne     .loop
1922 \c         ret
1924 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1925 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1926 are kept separate by virtue of each being associated with the
1927 previous non-local label.
1929 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1930 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1931 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1932 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1933 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1934 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1935 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1936 to, you could write
1938 \c label3  ; some more code
1939 \c         ; and some more
1941 \c         jmp label1.loop
1943 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1944 define a label which can be referenced from anywhere but which
1945 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1946 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1947 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1948 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1949 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1950 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1951 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1952 to the local label mechanism. So you could code
1954 \c label1:                         ; a non-local label
1955 \c .local:                         ; this is really label1.local
1956 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1957 \c label2:                         ; another non-local label
1958 \c .local:                         ; this is really label2.local
1960 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1962 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1963 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1964 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}),
1965 \c{..imagebase} is used to find out the offset from a base address
1966 of the current image in the \c{win64} output format (see \k{win64pic}).
1967 So just keep in mind that symbols beginning with a double period are
1968 special.
1971 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1973 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1974 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1975 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1976 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1977 sign.
1979 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1980 character into a single line.  Thus:
1982 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1983 \c         THIS_VALUE
1985 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1986 sequence.
1988 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1990 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1992 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1993 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1994 things like
1996 \c %define ctrl    0x1F &
1997 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1999 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
2001 which will expand to
2003 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
2005 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
2006 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
2007 not at definition time. Thus the code
2009 \c %define a(x)    1+b(x)
2010 \c %define b(x)    2*x
2012 \c         mov     ax,a(8)
2014 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2015 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2017 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2018 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2019 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2020 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2021 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2022 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2023 \c{bar}.
2025 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2026 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2027 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2028 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2029 Hence, if you code
2031 \c %define a(x)    1+a(x)
2033 \c         mov     ax,a(3)
2035 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2036 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2037 for an example of its use.
2039 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2040 macros: if you write
2042 \c %define foo(x)   1+x
2043 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2045 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2046 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2047 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2048 you define
2050 \c %define foo bar
2052 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2053 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2054 \e{with} parameters, and vice versa.
2056 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2057 perfectly well define a macro with
2059 \c %define foo bar
2061 and then re-define it later in the same source file with
2063 \c %define foo baz
2065 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2066 according to the most recent definition. This is particularly useful
2067 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2069 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2070 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2073 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2075 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2076 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2077 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2078 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2079 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2081 Suppose you have the following code:
2083 \c %define  isTrue  1
2084 \c %define  isFalse isTrue
2085 \c %define  isTrue  0
2087 \c val1:    db      isFalse
2089 \c %define  isTrue  1
2091 \c val2:    db      isFalse
2093 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2094 This is because, when a single-line macro is defined using
2095 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2096 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2097 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2098 time it is 1.
2100 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2101 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2102 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2104 \c %xdefine isTrue  1
2105 \c %xdefine isFalse isTrue
2106 \c %xdefine isTrue  0
2108 \c val1:    db      isFalse
2110 \c %xdefine isTrue  1
2112 \c val2:    db      isFalse
2114 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2115 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2116 the time that \c{isFalse} was defined.
2119 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2121 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2122 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2123 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2124 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2126 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2128 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2129 select between them.  Similarly, the two statements:
2131 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2132 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2134 have, in fact, exactly the same effect.
2136 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2137 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2140 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2142 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2143 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2144 several similar macros that perform similar functions.
2146 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2147 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2149 As an example, consider the following:
2151 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2153 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2154 \c         .COM1addr       RESW    1
2155 \c         .COM2addr       RESW    1
2156 \c         ; ..and so on
2157 \c endstruc
2159 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2160 we can end up with:
2162 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2163 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2165 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2166 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2168 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2170 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2172 Now the above code can be written as:
2174 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2175 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2177 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2178 in turn, reduce typing errors).
2181 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2183 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2184 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2185 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2186 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2187 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2188 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2190 For example:
2192 \c %idefine Foo mov %?,%??
2194 \c         foo
2195 \c         FOO
2197 will expand to:
2199 \c         mov foo,Foo
2200 \c         mov FOO,Foo
2202 The sequence:
2204 \c %idefine keyword $%?
2206 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2207 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2209 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2212 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2214 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2215 example, the following sequence:
2217 \c %define foo bar
2218 \c %undef  foo
2220 \c         mov     eax, foo
2222 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2223 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2225 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2226 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2227 \k{opt-u}.
2230 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2232 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2233 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2234 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2235 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2237 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2238 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2239 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2240 \c{%assign} directive is processed.
2242 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2243 later, so you can do things like
2245 \c %assign i i+1
2247 to increment the numeric value of a macro.
2249 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2250 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2251 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2253 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2254 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2255 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2256 involving a register).
2259 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2261 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2262 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2263 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2264 before definition.
2266 For example:
2268 \c %defstr test TEST
2270 is equivalent to
2272 \c %define test 'TEST'
2274 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2275 \k{getenv}):
2277 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2280 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2282 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2283 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2284 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2286 For example:
2288 \c %deftok test 'TEST'
2290 is equivalent to
2292 \c %define test TEST
2295 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2297 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2298 supports a few simple string handling macro operators from which
2299 more complex operations can be constructed.
2301 All the string operators define or redefine a value (either a string
2302 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2303 value, it may change the style of quoting of the input string or
2304 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2306 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2308 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2309 a single-line macro.
2311 For example:
2313 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2315 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2316 Similarly:
2318 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2320 ... would assign the value \c{`"foo"\\\\'bar'`} to \c{beta}.
2322 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2325 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2327 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2328 For example:
2330 \c %strlen charcnt 'my string'
2332 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2333 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2334 was a literal string but it could also have been a single-line
2335 macro that expands to a string, as in the following example:
2337 \c %define sometext 'my string'
2338 \c %strlen charcnt sometext
2340 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2341 assigned the value of 9.
2344 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2346 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2347 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2348 than the description:
2350 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2351 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2352 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2353 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2354 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2355 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2357 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2358 single-line macro to be created and the second is the string. The
2359 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2360 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2361 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2362 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2363 values out of range result in an empty string.  A negative length
2364 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2365 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2368 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2370 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2371 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2372 this.
2374 \c %macro  prologue 1
2376 \c         push    ebp
2377 \c         mov     ebp,esp
2378 \c         sub     esp,%1
2380 \c %endmacro
2382 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2383 invoke the macro with a call such as
2385 \c myfunc:   prologue 12
2387 which would expand to the three lines of code
2389 \c myfunc: push    ebp
2390 \c         mov     ebp,esp
2391 \c         sub     esp,12
2393 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2394 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2395 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2396 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2397 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2398 \c{%3} and so on.
2400 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2401 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2403 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2404 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2405 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2406 things like
2408 \c %macro  silly 2
2410 \c     %2: db      %1
2412 \c %endmacro
2414 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2415 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2416 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2419 \#\S{mlrmacro} \i{Recursive Multi-Line Macros}: \I\c{%irmacro}\i\c{%rmacro}
2421 \#A multi-line macro cannot be referenced within itself, in order to
2422 \#prevent accidental infinite recursion.
2424 \#Recursive multi-line macros allow for self-referencing, with the
2425 \#caveat that the user is aware of the existence, use and purpose of
2426 \#recursive multi-line macros. There is also a generous, but sane, upper
2427 \#limit to the number of recursions, in order to prevent run-away memory
2428 \#consumption in case of accidental infinite recursion.
2430 \#As with non-recursive multi-line macros, recursive multi-line macros are
2431 \#\i{case-sensitive}, unless you define them using the alternative
2432 \#directive \c{%irmacro}.
2434 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2436 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2437 defining the same macro name several times with different numbers of
2438 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2439 parameters at all. So you could define
2441 \c %macro  prologue 0
2443 \c         push    ebp
2444 \c         mov     ebp,esp
2446 \c %endmacro
2448 to define an alternative form of the function prologue which
2449 allocates no local stack space.
2451 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2452 instruction; for example, you might want to define
2454 \c %macro  push 2
2456 \c         push    %1
2457 \c         push    %2
2459 \c %endmacro
2461 so that you could code
2463 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2464 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2466 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2467 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2468 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2469 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2470 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2471 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2474 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2476 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2477 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2478 calling the same macro multiple times will use a different label
2479 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2480 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2481 flag is set by doing this:
2483 \c %macro  retz 0
2485 \c         jnz     %%skip
2486 \c         ret
2487 \c     %%skip:
2489 \c %endmacro
2491 You can call this macro as many times as you want, and every time
2492 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2493 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2494 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2495 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2496 interfering with the local label mechanism, as described in
2497 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2498 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2499 they interfere with macro-local labels.
2502 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2504 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2505 command line into one parameter definition, possibly after
2506 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2507 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2508 you might want to be able to write
2510 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2512 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2513 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2514 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2515 the last defined one along with the separating commas. So if you
2516 code:
2518 \c %macro  writefile 2+
2520 \c         jmp     %%endstr
2521 \c   %%str:        db      %2
2522 \c   %%endstr:
2523 \c         mov     dx,%%str
2524 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2525 \c         mov     bx,%1
2526 \c         mov     ah,0x40
2527 \c         int     0x21
2529 \c %endmacro
2531 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2532 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2533 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2534 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2535 \c{db}.
2537 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2538 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2539 \c{%macro} line.
2541 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2542 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2543 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2544 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2545 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2546 into account when overloading macros, and will not allow you to
2547 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2548 example).
2550 Of course, the above macro could have been implemented as a
2551 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2552 look like
2554 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2556 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2557 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2558 definition.
2560 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2562 \S{mlmacrange} \i{Macro Parameters Range}
2564 NASM allows you to expand parameters via special construction \c{%\{x:y\}}
2565 where \c{x} is the first parameter index and \c{y} is the last. Any index can
2566 be either negative or positive but must never be zero.
2568 For example
2570 \c %macro mpar 1-*
2571 \c      db %{3:5}
2572 \c %endmacro
2574 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2576 expands to \c{3,4,5} range.
2578 Even more, the parameters can be reversed so that
2580 \c %macro mpar 1-*
2581 \c      db %{5:3}
2582 \c %endmacro
2584 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2586 expands to \c{5,4,3} range.
2588 But even this is not the last. The parameters can be addressed via negative
2589 indices so NASM will count them reversed. The ones who know Python may see
2590 the analogue here.
2592 \c %macro mpar 1-*
2593 \c      db %{-1:-3}
2594 \c %endmacro
2596 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2598 expands to \c{6,5,4} range.
2600 Note that NASM uses \i{comma} to separate parameters being expanded.
2602 By the way, here is a trick - you might use the index \c{%{-1:-1}}
2603 which gives you the \i{last} argument passed to a macro.
2605 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2607 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2608 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2609 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2611 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2613 \c         writefile 2,%1
2614 \c         mov     ax,0x4c01
2615 \c         int     0x21
2617 \c %endmacro
2619 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2620 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2621 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2622 called with no parameters, in which case it will use the default
2623 error message supplied in the macro definition.
2625 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2626 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2627 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2628 optional ones. So if a macro definition began with the line
2630 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2632 then it could be called with between one and three parameters, and
2633 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2634 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2635 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2637 You can provide extra information to a macro by providing
2638 too many default parameters:
2640 \c %macro quux 1 something
2642 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2643 more information.
2644 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2645 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2646 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2647 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2648 when the macro is defined, not when it is expanded.
2650 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2651 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2652 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2653 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2654 parameters were really passed to the macro call.
2656 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2657 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2658 and more useful, by changing the first line of the definition to
2660 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2662 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2663 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2664 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2667 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2669 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2670 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2671 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2672 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2673 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2674 Examples are given in \k{rotate}.
2677 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2679 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2680 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2681 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2682 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2683 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2684 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2686 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2687 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2688 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2689 argument list reappear on the right, and vice versa.
2691 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2692 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2693 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2694 parameters are rotated to the right.
2696 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2697 restore a set of registers might work as follows:
2699 \c %macro  multipush 1-*
2701 \c   %rep  %0
2702 \c         push    %1
2703 \c   %rotate 1
2704 \c   %endrep
2706 \c %endmacro
2708 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2709 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2710 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2711 one place to the left, so that the original second argument is now
2712 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2713 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2714 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2716 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2717 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2718 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2720 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2721 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2722 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2723 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2724 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2725 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2726 order from the one in which they were pushed.
2728 This can be done by the following definition:
2730 \c %macro  multipop 1-*
2732 \c   %rep %0
2733 \c   %rotate -1
2734 \c         pop     %1
2735 \c   %endrep
2737 \c %endmacro
2739 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2740 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2741 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2742 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2743 iterated through in reverse order.
2746 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2748 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2749 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2750 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2751 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2752 table, you could code something like
2754 \c %macro keytab_entry 2
2756 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2757 \c                 db      %2
2759 \c %endmacro
2761 \c keytab:
2762 \c           keytab_entry F1,128+1
2763 \c           keytab_entry F2,128+2
2764 \c           keytab_entry Return,13
2766 which would expand to
2768 \c keytab:
2769 \c keyposF1        equ     $-keytab
2770 \c                 db     128+1
2771 \c keyposF2        equ     $-keytab
2772 \c                 db      128+2
2773 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2774 \c                 db      13
2776 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2777 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2779 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2780 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2781 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2782 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2783 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2784 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2785 (literal text to be concatenated to the parameter).
2787 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2788 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2789 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2790 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2791 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2792 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2793 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2794 real names of macro-local labels means that the two usages
2795 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2796 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2798 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2799 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2800 purpose of concatenation.
2802 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2805 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2807 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2808 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2809 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2810 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2811 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2812 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2813 condition code.
2815 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2816 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2817 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2818 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2820 \c %macro  retc 1
2822 \c         j%-1    %%skip
2823 \c         ret
2824 \c   %%skip:
2826 \c %endmacro
2828 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2829 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2830 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2831 \c{JPE}.
2833 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2834 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2835 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2836 because no inverse condition code exists.
2839 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2841 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2842 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2843 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2844 see which instructions in the macro expansion are generating what
2845 code; however, for some macros this clutters the listing up
2846 unnecessarily.
2848 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2849 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2850 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2851 the number of parameters, like this:
2853 \c %macro foo 1.nolist
2855 Or like this:
2857 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2859 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2861 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2862 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2863 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2864 that argument specification.
2866 For example:
2868 \c %macro foo 1-3
2869 \c         ; Do something
2870 \c %endmacro
2871 \c %unmacro foo 1-3
2873 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2875 \c %macro bar 1-3
2876 \c         ; Do something
2877 \c %endmacro
2878 \c %unmacro bar 1
2880 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2881 specification does not match exactly.
2884 \#\S{exitmacro} Exiting Multi-Line Macros: \i\c{%exitmacro}
2886 \#Multi-line macro expansions can be arbitrarily terminated with
2887 \#the \c{%exitmacro} directive.
2889 \#For example:
2891 \#\c %macro foo 1-3
2892 \#\c         ; Do something
2893 \#\c     %if<condition>
2894 \#\c         %exitmacro
2895 \#\c     %endif
2896 \#\c         ; Do something
2897 \#\c %endmacro
2899 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2901 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2902 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2903 syntax of this feature looks like this:
2905 \c %if<condition>
2906 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2907 \c %elif<condition2>
2908 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2909 \c %else
2910 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2911 \c %endif
2913 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2915 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2916 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2918 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2919 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2920 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2921 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2923 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2924 single-line macro existence}
2926 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2927 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2928 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2929 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2931 For example, when debugging a program, you might want to write code
2932 such as
2934 \c           ; perform some function
2935 \c %ifdef DEBUG
2936 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2937 \c %endif
2938 \c           ; go and do something else
2940 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2941 version of the program which produced debugging messages, and remove
2942 the option to generate the final release version of the program.
2944 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2945 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2946 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2947 \i\c{%elifndef}.
2950 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2951 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2953 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2954 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2956 For example, you may be working with a large project and not have control
2957 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2958 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2959 does exist.
2961 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2962 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2964 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2966 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2968 \c %else
2970 \c      %macro MyMacro 1-3
2972 \c              ; insert code to define the macro
2974 \c      %endmacro
2976 \c %endif
2978 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2979 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2980 conflict.
2982 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2983 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2984 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2987 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2988 stack}
2990 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2991 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2992 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2993 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2994 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2996 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2997 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
3000 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
3001 arbitrary numeric expressions}
3003 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
3004 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
3005 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
3006 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
3007 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
3009 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
3010 a critical expression (see \k{crit}).
3012 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
3013 set of \i{relational operators} which are not normally available in
3014 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
3015 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
3016 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
3017 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
3018 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
3019 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
3020 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
3021 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
3022 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
3023 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
3024 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
3025 for true and 0 for false.
3027 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
3028 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
3030 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
3031 Identity\I{testing, exact text identity}
3033 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
3034 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
3035 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
3036 Differences in white space are not counted.
3038 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
3040 For example, the following macro pushes a register or number on the
3041 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
3043 \c %macro  pushparam 1
3045 \c   %ifidni %1,ip
3046 \c         call    %%label
3047 \c   %%label:
3048 \c   %else
3049 \c         push    %1
3050 \c   %endif
3052 \c %endmacro
3054 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
3055 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
3056 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
3057 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
3059 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
3060 Types\I{testing, token types}
3062 Some macros will want to perform different tasks depending on
3063 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
3064 example, a string output macro might want to be able to cope with
3065 being passed either a string constant or a pointer to an existing
3066 string.
3068 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
3069 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
3070 the first token in the parameter exists and is an identifier.
3071 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3072 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3074 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3075 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3077 \c %macro writefile 2-3+
3079 \c   %ifstr %2
3080 \c         jmp     %%endstr
3081 \c     %if %0 = 3
3082 \c       %%str:    db      %2,%3
3083 \c     %else
3084 \c       %%str:    db      %2
3085 \c     %endif
3086 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3087 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3088 \c   %else
3089 \c                 mov     dx,%2
3090 \c                 mov     cx,%3
3091 \c   %endif
3092 \c                 mov     bx,%1
3093 \c                 mov     ah,0x40
3094 \c                 int     0x21
3096 \c %endmacro
3098 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3099 the following two ways:
3101 \c         writefile [file], strpointer, length
3102 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3104 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3105 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3106 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3107 it itself and works out the address and length for itself.
3109 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3110 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3111 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3112 which case, all but the first two would be lumped together into
3113 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3115 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3116 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3117 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3118 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3120 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3122 Some macros will want to do different things depending on if it is
3123 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3124 versus a multi-token sequence.
3126 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3127 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3128 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3130 For example:
3132 \c %iftoken 1
3134 will assemble the subsequent code, but
3136 \c %iftoken -1
3138 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3139 \c{-}, and the number \c{1}.
3141 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3142 variants are also provided.
3144 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3146 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3147 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3148 any tokens at all, whitespace excepted.
3150 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3151 variants are also provided.
3153 \S{ifenv} \i\c{%ifenv}: Test If Environment Variable Exists
3155 The conditional assembly construct \c{%ifenv} assembles the
3156 subsequent code if and only if the environment variable referenced by
3157 the \c{%!<env>} directive exists.
3159 The usual \i\c{%elifenv}, \i\c\{%ifnenv}, and \i\c{%elifnenv}
3160 variants are also provided.
3162 Just as for \c{%!<env>} the argument should be written as a string if
3163 it contains characters that would not be legal in an identifier.  See
3164 \k{getenv}.
3166 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3168 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3169 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3170 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3171 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3173 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3174 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3175 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3176 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3178 \c %assign i 0
3179 \c %rep    64
3180 \c         inc     word [table+2*i]
3181 \c %assign i i+1
3182 \c %endrep
3184 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3185 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3186 \c{[table+126]}.
3188 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3189 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3190 terminate the loop, like this:
3192 \c fibonacci:
3193 \c %assign i 0
3194 \c %assign j 1
3195 \c %rep 100
3196 \c %if j > 65535
3197 \c     %exitrep
3198 \c %endif
3199 \c         dw j
3200 \c %assign k j+i
3201 \c %assign i j
3202 \c %assign j k
3203 \c %endrep
3205 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3207 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3208 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3209 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3210 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3211 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3212 be gradually used up and other applications to start crashing.
3214 Note a maximum repeat count is limited by 62 bit number, though it
3215 is hardly possible that you ever need anything bigger.
3218 \H{files} Source Files and Dependencies
3220 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3222 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3224 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3225 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3226 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3228 \c %include "macros.mac"
3230 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3231 file containing the \c{%include} directive.
3233 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3234 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3235 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3236 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3237 line using the \c{-i} option.
3239 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3240 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3241 the form
3243 \c %ifndef MACROS_MAC
3244 \c     %define MACROS_MAC
3245 \c     ; now define some macros
3246 \c %endif
3248 then including the file more than once will not cause errors,
3249 because the second time the file is included nothing will happen
3250 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3252 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3253 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3254 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3257 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3259 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3260 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3261 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3262 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3264 For example,
3266 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3268 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3269 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3272 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3274 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3275 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3276 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3278 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3279 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3280 \c{INCBIN} directive looks like:
3282 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3283 \c %pathsearch dep %1
3284 \c %depend dep
3285 \c         incbin dep,%2
3286 \c %endmacro
3288 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3289 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3290 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3293 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3295 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3296 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3297 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3298 described in \k{macropkg}.
3300 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3301 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3302 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3303 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3305 \c %use altreg
3306 \c %use 'altreg'
3308 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3309 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3310 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3312 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3314 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3315 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3316 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3317 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3318 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3319 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3320 able to nest these loops.
3322 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3323 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3324 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3325 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3326 define labels that are local to a particular context on the stack.
3329 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3330 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3332 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3333 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3334 which is the name of the context. For example:
3336 \c %push    foobar
3338 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3339 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3340 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3341 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3342 single macro definition.)
3344 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3345 context from the context stack and destroys it, along with any
3346 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3347 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3350 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3352 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3353 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3354 is used to define a label which is local to the context on the top
3355 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3356 above could be implemented by means of:
3358 \c %macro repeat 0
3360 \c     %push   repeat
3361 \c     %$begin:
3363 \c %endmacro
3365 \c %macro until 1
3367 \c         j%-1    %$begin
3368 \c     %pop
3370 \c %endmacro
3372 and invoked by means of, for example,
3374 \c         mov     cx,string
3375 \c         repeat
3376 \c         add     cx,3
3377 \c         scasb
3378 \c         until   e
3380 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3381 in \c{AL}.
3383 If you need to define, or access, labels local to the context
3384 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3385 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3388 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3390 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3391 a particular context, in just the same way:
3393 \c %define %$localmac 3
3395 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3396 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3397 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3400 \S{ctxfallthrough} \i{Context Fall-Through Lookup}
3402 Context fall-through lookup (automatic searching of outer contexts)
3403 is a feature that was added in NASM version 0.98.03. Unfortunately,
3404 this feature is unintuitive and can result in buggy code that would
3405 have otherwise been prevented by NASM's error reporting. As a result,
3406 this feature has been \e{deprecated}. NASM version 2.09 will issue a
3407 warning when usage of this \e{deprecated} feature is detected. Starting
3408 with NASM version 2.10, usage of this \e{deprecated} feature will simply
3409 result in an \e{expression syntax error}.
3411 An example usage of this \e{deprecated} feature follows:
3413 \c %macro ctxthru 0
3414 \c %push ctx1
3415 \c     %assign %$external 1
3416 \c         %push ctx2
3417 \c             %assign %$internal 1
3418 \c             mov eax, %$external
3419 \c             mov eax, %$internal
3420 \c         %pop
3421 \c %pop
3422 \c %endmacro
3424 As demonstrated, \c{%$external} is being defined in the \c{ctx1}
3425 context and referenced within the \c{ctx2} context. With context
3426 fall-through lookup, referencing an undefined context-local macro
3427 like this implicitly searches through all outer contexts until a match
3428 is made or isn't found in any context. As a result, \c{%$external}
3429 referenced within the \c{ctx2} context would implicitly use \c{%$external}
3430 as defined in \c{ctx1}. Most people would expect NASM to issue an error in
3431 this situation because \c{%$external} was never defined within \c{ctx2} and also
3432 isn't qualified with the proper context depth, \c{%$$external}.
3434 Here is a revision of the above example with proper context depth:
3436 \c %macro ctxthru 0
3437 \c %push ctx1
3438 \c     %assign %$external 1
3439 \c         %push ctx2
3440 \c             %assign %$internal 1
3441 \c             mov eax, %$$external
3442 \c             mov eax, %$internal
3443 \c         %pop
3444 \c %pop
3445 \c %endmacro
3447 As demonstrated, \c{%$external} is still being defined in the \c{ctx1}
3448 context and referenced within the \c{ctx2} context. However, the
3449 reference to \c{%$external} within \c{ctx2} has been fully qualified with
3450 the proper context depth, \c{%$$external}, and thus is no longer ambiguous,
3451 unintuitive or erroneous.
3454 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3456 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3457 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3458 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3459 have the side effect of destroying all context-local labels and
3460 macros associated with the context that was just popped.
3462 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3463 with a different name, without touching the associated macros and
3464 labels. So you could replace the destructive code
3466 \c %pop
3467 \c %push   newname
3469 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3472 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3474 This example makes use of almost all the context-stack features,
3475 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3476 implement a block IF statement as a set of macros.
3478 \c %macro if 1
3480 \c     %push if
3481 \c     j%-1  %$ifnot
3483 \c %endmacro
3485 \c %macro else 0
3487 \c   %ifctx if
3488 \c         %repl   else
3489 \c         jmp     %$ifend
3490 \c         %$ifnot:
3491 \c   %else
3492 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3493 \c   %endif
3495 \c %endmacro
3497 \c %macro endif 0
3499 \c   %ifctx if
3500 \c         %$ifnot:
3501 \c         %pop
3502 \c   %elifctx      else
3503 \c         %$ifend:
3504 \c         %pop
3505 \c   %else
3506 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3507 \c   %endif
3509 \c %endmacro
3511 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3512 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3513 that the macros are issued in the right order (for example, not
3514 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3515 not.
3517 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3518 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3519 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3520 to do different things depending on whether the context on top of
3521 the stack is \c{if} or \c{else}.
3523 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3524 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3525 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3526 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3527 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3529 A sample usage of these macros might look like:
3531 \c         cmp     ax,bx
3533 \c         if ae
3534 \c                cmp     bx,cx
3536 \c                if ae
3537 \c                        mov     ax,cx
3538 \c                else
3539 \c                        mov     ax,bx
3540 \c                endif
3542 \c         else
3543 \c                cmp     ax,cx
3545 \c                if ae
3546 \c                        mov     ax,cx
3547 \c                endif
3549 \c         endif
3551 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3552 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3553 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3554 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
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.
3678 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3680 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3681 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3682 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3683 right macros by means of code like this:
3685 \c %ifdef F1
3686 \c     ; do some setup
3687 \c %elifdef F2
3688 \c     ; do some different setup
3689 \c %else
3690 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3691 \c %endif
3693 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3694 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3695 having to wait until the program crashes on being run and then not
3696 knowing what went wrong.
3698 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3700 \c %ifdef F1
3701 \c     ; do some setup
3702 \c %elifdef F2
3703 \c     ; do some different setup
3704 \c %else
3705 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3706 \c     %define F1
3707 \c %endif
3709 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3710 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3711 depend on symbol values.
3713 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3714 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3715 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3716 messages.
3718 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3719 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3720 are expanded in it, which can be used to display more information to
3721 the user.  For example:
3723 \c %if foo > 64
3724 \c     %assign foo_over foo-64
3725 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3726 \c %endif
3729 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3731 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3732 information from external sources. Currently they include:
3734 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3735 preprocessor (see \k{line}).
3737 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3738 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3740 \S{line} \i\c{%line} Directive
3742 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3743 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3744 this other file would be an original source file, with the current
3745 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3746 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3747 number of the original source file, instead of the file that is being
3748 read by NASM.
3750 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3751 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3752 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3754 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3756 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3757 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3758 which specifies a line increment value; each line of the input file
3759 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3760 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3761 specifies the file name of the original source file.
3763 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3764 all file name and line numbers relative to the values specified
3765 therein.
3768 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3770 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3771 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3772 to store the contents of an environment variable into a string, which
3773 could be used at some other point in your code.
3775 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3776 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3777 could do that as follows:
3779 \c %defstr FOO          %!FOO
3781 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3783 If the name of the environment variable contains non-identifier
3784 characters, you can use string quotes to surround the name of the
3785 variable, for example:
3787 \c %defstr C_colon      %!'C:'
3790 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3792 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3793 when it starts to process any source file. If you really need a
3794 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3795 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3796 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3798 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3799 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3800 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3801 described here.
3804 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3806 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3807 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3808 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3809 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3810 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3811 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3812 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3814 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3815 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3818 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3820 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3821 representing the full version number of the version of nasm being used.
3822 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3823 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3824 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3825 would be equivalent to:
3827 \c         dd      0x00622001
3831 \c         db      1,32,98,0
3833 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3834 line is used just to give an indication of the order that the separate
3835 values will be present in memory.
3838 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3840 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3841 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3843 \c         db      __NASM_VER__
3845 would expand to
3847 \c         db      "0.98.32"
3850 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3852 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3853 name and line number containing the current instruction. The macro
3854 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3855 current input file (which may change through the course of assembly
3856 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3857 numeric constant giving the current line number in the input file.
3859 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3860 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3861 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3862 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3863 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3864 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3865 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3866 here'. You could then write a macro
3868 \c %macro  notdeadyet 0
3870 \c         push    eax
3871 \c         mov     eax,__LINE__
3872 \c         call    stillhere
3873 \c         pop     eax
3875 \c %endmacro
3877 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3878 find the crash point.
3881 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3883 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3884 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3885 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3886 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3887 mode-dependent macros.
3889 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3891 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3892 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3893 list.
3895 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3896 \c  %define NEWLINE 13, 10
3897 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3898 \c  %define NEWLINE 10
3899 \c %endif
3902 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3904 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3905 assembly session.
3907 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3908 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3909 respectively.)
3911 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3912 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3913 \c{HHMMSS} respectively.
3915 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3916 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3917 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3918 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3920 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3921 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3922 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3923 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3924 undefined.
3926 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3927 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3928 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3929 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3930 local time as if it was UTC.
3932 All instances of time and date macros in the same assembly session
3933 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3934 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3935 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3936 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3937 clock:
3939 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3940 \c       __TIME__             "00:00:42"
3941 \c       __DATE_NUM__         20100101
3942 \c       __TIME_NUM__         000042
3943 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3944 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3945 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3946 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3947 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3950 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3951 Include Test
3953 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3954 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3955 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3956 testing if a particular package is invoked or not.
3958 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3959 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3962 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
3964 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
3965 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
3966 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
3967 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
3969 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
3970 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
3971 change in future versions of NASM.}
3974 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3976 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3977 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3978 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3979 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3981 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
3982 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
3983 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
3984 the value of the base offset, and the name of the data type with the
3985 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
3986 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
3987 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
3988 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
3989 the definition.
3991 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3992 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3994 \c struc   mytype
3996 \c   mt_long:      resd    1
3997 \c   mt_word:      resw    1
3998 \c   mt_byte:      resb    1
3999 \c   mt_str:       resb    32
4001 \c endstruc
4003 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
4004 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
4005 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
4006 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
4008 The reason why the structure type name is defined at zero by default
4009 is a side effect of allowing structures to work with the local label
4010 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
4011 more than one structure, you can define the above structure like this:
4013 \c struc mytype
4015 \c   .long:        resd    1
4016 \c   .word:        resw    1
4017 \c   .byte:        resb    1
4018 \c   .str:         resb    32
4020 \c endstruc
4022 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
4023 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
4025 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
4026 support any form of period notation to refer to the elements of a
4027 structure once you have one (except the above local-label notation),
4028 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
4029 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
4030 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
4031 ax,[mystruc+mytype.word]}.
4033 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
4034 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
4036 \c push ebp
4037 \c mov ebp, esp
4038 \c sub esp, 40
4040 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
4042 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
4044 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
4045 a base offset:
4047 \c struc mytype, -40
4049 And access an element this way:
4051 \c mov [ebp + mytype.word], ax
4054 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
4055 \i{Instances of Structures}
4057 Having defined a structure type, the next thing you typically want
4058 to do is to declare instances of that structure in your data
4059 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
4060 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
4061 you code something like this:
4063 \c mystruc:
4064 \c     istruc mytype
4066 \c         at mt_long, dd      123456
4067 \c         at mt_word, dw      1024
4068 \c         at mt_byte, db      'x'
4069 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
4071 \c     iend
4073 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
4074 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
4075 specified structure field, and then to declare the specified data.
4076 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
4077 they were specified in the structure definition.
4079 If the data to go in a structure field requires more than one source
4080 line to specify, the remaining source lines can easily come after
4081 the \c{AT} line. For example:
4083 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
4084 \c                     db      190,100,0
4086 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
4087 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
4088 line:
4090 \c         at mt_str
4091 \c                 db      'hello, world'
4092 \c                 db      13,10,0
4095 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
4097 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
4098 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
4099 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
4100 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
4102 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
4103 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
4104 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
4105 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
4106 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
4108 Both macros require their first argument to be a power of two; they
4109 both compute the number of additional bytes required to bring the
4110 length of the current section up to a multiple of that power of two,
4111 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
4112 perform the alignment.
4114 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
4115 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
4116 second argument is specified, the two macros are equivalent.
4117 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
4118 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
4119 except for special purposes.
4121 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
4122 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
4123 power of two, or if their second argument generates more than one
4124 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
4125 thing.
4127 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4128 be used within structure definitions:
4130 \c struc mytype2
4132 \c   mt_byte:
4133 \c         resb 1
4134 \c         alignb 2
4135 \c   mt_word:
4136 \c         resw 1
4137 \c         alignb 4
4138 \c   mt_long:
4139 \c         resd 1
4140 \c   mt_str:
4141 \c         resb 32
4143 \c endstruc
4145 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4146 relative to the base of the structure.
4148 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4149 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4150 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4151 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4152 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4153 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4154 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4156 Both \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} do call \c{SECTALIGN} macro implicitly.
4157 See \k{sectalign} for details.
4159 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4162 \S{sectalign} \i\c{SECTALIGN}: Section Alignment
4164 The \c{SECTALIGN} macros provides a way to modify alignment attribute
4165 of output file section. Unlike the \c{align=} attribute (which is allowed
4166 at section definition only) the \c{SECTALIGN} macro may be used at any time.
4168 For example the directive
4170 \c SECTALIGN 16
4172 sets the section alignment requirements to 16 bytes. Once increased it can
4173 not be decreased, the magnitude may grow only.
4175 Note that \c{ALIGN} (see \k{align}) calls the \c{SECTALIGN} macro implicitly
4176 so the active section alignment requirements may be updated. This is by default
4177 behaviour, if for some reason you want the \c{ALIGN} do not call \c{SECTALIGN}
4178 at all use the directive
4180 \c SECTALIGN OFF
4182 It is still possible to turn in on again by
4184 \c SECTALIGN ON
4187 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4189 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4190 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4191 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4192 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4194 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4195 quoted or not.
4198 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4200 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4201 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4202 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4203 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4204 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4205 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4207 Example use:
4209 \c %use altreg
4211 \c proc:
4212 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4213 \c       ret
4215 See also \k{reg64}.
4218 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4220 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4221 macro which is more powerful than the default (and
4222 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4223 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4224 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4225 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4226 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4227 sequence.
4229 The specific instructions generated can be controlled with the
4230 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4231 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4232 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1
4233 (or set it to \c{nojmp}). The following modes are possible:
4235 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4236 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4237 default.
4239 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4240 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4241 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4243 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4244 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4245 threshold is 16.
4247 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4248 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4249 threshold is 16.
4251 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4252 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4253 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4254 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4256 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4257 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4258 are used internally by this macro package.
4261 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4263 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4264 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4265 directives. These are described in this chapter.
4267 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4268 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4269 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4270 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4271 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4272 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4274 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4275 directives are not.
4277 In addition to the universal directives described in this chapter,
4278 each object file format can optionally supply extra directives in
4279 order to control particular features of that file format. These
4280 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4281 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4284 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4286 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4287 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4288 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4289 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4291 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4292 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4293 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4294 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4295 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4296 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4297 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4298 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4300 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4301 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4302 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4303 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4304 device drivers and boot loader software.
4306 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4307 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4308 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4309 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4311 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4312 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4313 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4314 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4315 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4316 need an 0x67.
4318 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4319 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4320 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4322 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4323 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4324 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4325 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4326 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4327 necessary.
4329 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4330 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4331 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4332 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4333 REX prefix is used.
4335 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4336 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4337 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4339 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4341 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4343 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4344 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4347 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4349 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4350 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4351 specify most features directly.  However, this is occationally
4352 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4353 to use.
4355 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4356 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4357 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4358 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4359 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4360 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4362 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4363 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4364 other special functions in 64-bit mode, and generating
4365 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4367 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4369 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4370 Sections}
4372 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4373 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4374 which section of the output file the code you write will be
4375 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4376 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4377 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4378 define a new section, if you try to switch to a section that does
4379 not (yet) exist.
4381 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4382 \k{multisec}, all support
4383 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4384 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4385 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4386 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4387 name that has one.
4390 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4392 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4393 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4394 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4395 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4396 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4397 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4398 it. So the user-level directive
4400 \c         SECTION .text
4402 expands to the two lines
4404 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4405 \c         [SECTION .text]
4407 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4408 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4409 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4411 \c %macro  writefile 2+
4413 \c         [section .data]
4415 \c   %%str:        db      %2
4416 \c   %%endstr:
4418 \c         __SECT__
4420 \c         mov     dx,%%str
4421 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4422 \c         mov     bx,%1
4423 \c         mov     ah,0x40
4424 \c         int     0x21
4426 \c %endmacro
4428 This form of the macro, once passed a string to output, first
4429 switches temporarily to the data section of the file, using the
4430 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4431 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4432 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4433 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4434 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4435 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4436 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4437 code in any of several separate code sections.
4440 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4442 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4443 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4444 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4445 given absolute address. The only instructions you can use in this
4446 mode are the \c{RESB} family.
4448 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4450 \c absolute 0x1A
4452 \c     kbuf_chr    resw    1
4453 \c     kbuf_free   resw    1
4454 \c     kbuf        resw    16
4456 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4457 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4458 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4460 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4461 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4463 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4464 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4466 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4467 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4468 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4469 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4471 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4473 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4475 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4476 \c setup:
4477 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4479 \c absolute setup
4481 \c runtimevar1     resw    1
4482 \c runtimevar2     resd    20
4484 \c tsr_end:
4486 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4487 after the setup has finished running, the space it took up can be
4488 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4489 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4490 needs to be made resident.
4493 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4495 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4496 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4497 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4498 defined in some other module and needs to be referred to by this
4499 one. Not every object-file format can support external variables:
4500 the \c{bin} format cannot.
4502 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4503 argument is the name of a symbol:
4505 \c extern  _printf
4506 \c extern  _sscanf,_fscanf
4508 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4509 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4510 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4511 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4512 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4513 by means of the directive
4515 \c extern  _variable:wrt dgroup
4517 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4518 only in that it can take only one argument at a time: the support
4519 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4521 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4522 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4523 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4526 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4528 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4529 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4530 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4531 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4532 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4534 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4535 the definition of the symbol.
4537 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4538 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4539 \c{GLOBAL} directive. For example:
4541 \c global _main
4542 \c _main:
4543 \c         ; some code
4545 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4546 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4547 example, lets you specify whether global data items are functions or
4548 data:
4550 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4552 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4553 user-level form only in that it can take only one argument at a
4554 time.
4557 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4559 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4560 A common variable is much like a global variable declared in the
4561 uninitialized data section, so that
4563 \c common  intvar  4
4565 is similar in function to
4567 \c global  intvar
4568 \c section .bss
4570 \c intvar  resd    1
4572 The difference is that if more than one module defines the same
4573 common variable, then at link time those variables will be
4574 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4575 at the same piece of memory.
4577 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4578 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4579 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4580 specify the alignment requirements of a common variable:
4582 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4583 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4585 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4586 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4587 only one argument at a time.
4590 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4592 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4593 are available on the specified CPU.
4595 Options are:
4597 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4599 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4601 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4603 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4605 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4607 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4609 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4611 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4613 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4615 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4617 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4619 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4621 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4623 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4625 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4627 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4629 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4631 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4632 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4633 instructions are available.
4636 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4638 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4639 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4640 this behaviour:
4642 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4644 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4646 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4648 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4650 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4652 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4654 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4656 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4657 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4658 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4660 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4661 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4664 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4666 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4667 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4668 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4669 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4670 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4671 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4673 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4674 output file based on the input file name and the chosen output
4675 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4676 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4677 name, and substituting an extension defined by the output format.
4678 The extensions are given with each format below.
4681 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4683 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4684 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4685 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4686 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4687 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4688 development.
4690 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4691 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4693 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4694 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4695 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4696 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4698 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4699 leaves your file name as it is once the original extension has been
4700 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4701 into a binary file called \c{binprog}.
4704 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4706 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4707 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4708 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4709 the program begins at when it is loaded into memory.
4711 For example, the following code will generate the longword
4712 \c{0x00000104}:
4714 \c         org     0x100
4715 \c         dd      label
4716 \c label:
4718 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4719 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4720 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4721 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4722 offset which is added to all internal address references within the
4723 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4724 does. See \k{proborg} for further comments.
4727 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4728 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4730 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4731 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4732 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4733 end of the section-definition line. For example,
4735 \c section .data   align=16
4737 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4738 aligned on a 16-byte boundary.
4740 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4741 section start address must be forced to zero. The alignment value
4742 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4743 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4746 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4748 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4749 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4751 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4752 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4753 of course).
4755 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4756 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4757 \i\c{start=}.
4759 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4760 for the calculation of all memory references within that section
4761 with \i\c{vstart=}.
4763 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4764 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4765 start address.
4767 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4768 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4769 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4771 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4772 is directed by default into the \c{.text} section.
4774 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4775 by default.
4777 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4778 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4779 has been specified.
4781 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4782 alignment has been specified.
4784 \b Sections may not overlap.
4786 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4787 which may be used in your code.
4789 \S{map}\i{Map Files}
4791 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4792 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4793 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4794 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4795 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4796 brackets must be used.
4799 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4801 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4802 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4803 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4804 similar utilities.
4806 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4807 the \c{ith} file format.
4809 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4812 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4814 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4815 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4816 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4817 similar utilities.
4819 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4820 the \c{srec} file format.
4822 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4825 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4827 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4828 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4829 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4830 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4832 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4834 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4835 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4836 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4837 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4838 file format.
4840 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4841 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4842 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4844 If your source file contains code before specifying an explicit
4845 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4846 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4848 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4849 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4850 address of the segment. So, for example:
4852 \c segment data
4854 \c dvar:   dw      1234
4856 \c segment code
4858 \c function:
4859 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4860 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4861 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4862 \c         ret
4864 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4865 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4866 like
4868 \c extern  foo
4870 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4871 \c       mov   ds,ax
4872 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4873 \c       mov   es,ax
4874 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4875 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4878 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4879 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4881 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4882 directive to allow you to specify various properties of the segment
4883 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4884 end of the segment-definition line. For example,
4886 \c segment code private align=16
4888 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4889 segment, and requires that the portion of it described in this code
4890 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4892 The available qualifiers are:
4894 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4895 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4896 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4897 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4898 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4899 than stuck end-to-end.
4901 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4902 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4903 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4904 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4905 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4906 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4907 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4908 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4909 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4911 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4912 indicates to the linker that segments of the same class should be
4913 placed near each other in the output file. The class name can be any
4914 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4916 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4917 as an argument, and provides overlay information to an
4918 overlay-capable linker.
4920 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4921 the effect of recording the choice in the object file and also
4922 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4923 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4925 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4926 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4927 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4928 defines the group if it is not already defined.
4930 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4931 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4932 are currently known to make sensible use of this feature;
4933 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4934 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4935 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4937 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4938 class, no overlay, and \c{USE16}.
4941 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4943 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4944 single segment register can be used to refer to all the segments in
4945 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4946 you can code
4948 \c segment data
4950 \c         ; some data
4952 \c segment bss
4954 \c         ; some uninitialized data
4956 \c group dgroup data bss
4958 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4959 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4960 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4961 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4962 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4963 segment register.
4965 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4966 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4967 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4968 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4969 base rather than the segment base.
4971 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4972 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4973 segment which is part of more than one group will default to being
4974 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4976 A group does not have to contain any segments; you can still make
4977 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4978 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4979 \c{FLAT} with no segments in it.
4982 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4984 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4985 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4986 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4987 segment, group and symbol names that are written to the object file
4988 to be forced to upper case just before being written. Within a
4989 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4990 be written entirely in upper case if desired.
4992 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4995 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4996 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4998 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4999 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
5000 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
5001 as well as using the \c{IMPORT} directive.
5003 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
5004 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
5005 wish to import and the name of the library you wish to import it
5006 from. For example:
5008 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
5010 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
5011 known in the library you are importing it from, in case this is not
5012 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
5013 once you have imported it. For example:
5015 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
5018 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
5019 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
5021 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
5022 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
5023 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
5024 using the \c{EXPORT} directive.
5026 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
5027 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
5028 optional second parameter (separated by white space from the first)
5029 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
5030 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
5031 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
5032 off.
5034 Further parameters can be given to define attributes of the exported
5035 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
5036 space. If further parameters are given, the external name must also
5037 be specified, even if it is the same as the internal name. The
5038 available attributes are:
5040 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
5041 resident by the system loader. This is an optimisation for
5042 frequently used symbols imported by name.
5044 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
5045 does not make use of any initialized data.
5047 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
5048 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
5049 between 32-bit and 16-bit segments.
5051 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
5052 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
5053 the desired number.
5055 For example:
5057 \c     export  myfunc
5058 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
5059 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
5060 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
5063 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
5064 Point}
5066 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
5067 define the program entry point, where execution will begin when the
5068 program is run. If the object file that defines the entry point is
5069 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
5070 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
5071 begin.
5074 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
5075 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
5077 If you declare an external symbol with the directive
5079 \c     extern  foo
5081 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
5082 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
5083 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
5084 \c{foo} you will usually need to do something like
5086 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
5087 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
5088 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
5090 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
5091 is going to be accessible from a given segment or group, say
5092 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
5093 simply code
5095 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
5097 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
5098 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
5099 alternative form
5101 \c     extern  foo:wrt dgroup
5103 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
5104 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
5105 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
5106 \c{foo wrt dgroup}.
5108 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
5109 to make externals appear to be relative to any group or segment in
5110 your program. It can also be applied to common variables: see
5111 \k{objcommon}.
5114 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
5115 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
5117 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
5118 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
5119 specify which your variables should be by the use of the syntax
5121 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
5122 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
5124 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
5125 OMF specification says that they are declared as a number of
5126 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
5127 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
5128 five-byte elements or one ten-byte element.
5130 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
5131 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
5132 the variable size, to match when resolving common variables declared
5133 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
5134 the element size on your far common variables. This is done by the
5135 following syntax:
5137 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
5138 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
5140 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
5141 keyword is not required when an element size is specified, since
5142 only far commons may have element sizes at all. So the above
5143 declarations could equivalently be
5145 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
5146 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
5148 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
5149 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
5150 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
5152 \c common  foo     10:wrt dgroup
5153 \c common  bar     16:far 2:wrt data
5154 \c common  baz     24:wrt data:6
5157 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5159 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5160 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5161 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5162 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5164 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5166 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5167 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5168 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5169 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5170 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5171 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5172 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5173 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5176 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5177 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5179 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5180 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5181 and properties of sections you declare. Section types and properties
5182 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5183 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5184 these qualifiers.
5186 The available qualifiers are:
5188 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5189 code section. This marks the section as readable and executable, but
5190 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5191 section is code.
5193 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5194 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5195 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5196 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5198 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5199 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5200 constants in it.
5202 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5203 which is not included in the executable file by the linker, but may
5204 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5205 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5206 linker to interpret the contents of the section as command-line
5207 options.
5209 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5210 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5211 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5212 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5213 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5214 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5215 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5216 for data (and BSS) sections.
5217 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5218 alignment), though the value does not matter.
5220 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5221 qualifiers are:
5223 \c section .text    code  align=16
5224 \c section .data    data  align=4
5225 \c section .rdata   rdata align=8
5226 \c section .bss     bss   align=4
5228 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5230 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5232 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5233 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5234 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5235 designated read-only table and have alleged entry point verified
5236 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5237 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5238 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5239 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5240 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5241 will not be performed for application in question. Table omission is by
5242 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5243 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5244 \c{/safeseh} command line option.
5246 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5247 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5248 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5250 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5252 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5254 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5255 line to source code:
5257 \c $@feat.00 equ 1
5259 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5260 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5261 developer would choose to assign another value in source file, it would
5262 still be perfectly possible.
5264 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5265 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5266 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5267 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5268 table." Its typical use would be:
5270 \c section .text
5271 \c extern  _MessageBoxA@16
5272 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5273 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5274 \c %endif
5275 \c handler:
5276 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5277 \c         push    DWORD caption
5278 \c         push    DWORD text
5279 \c         push    DWORD 0
5280 \c         call    _MessageBoxA@16
5281 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5282 \c                         ; for exception handler
5283 \c         ret
5284 \c global  _main
5285 \c _main:
5286 \c         push    DWORD handler
5287 \c         push    DWORD [fs:0]
5288 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5289 \c         xor     eax,eax
5290 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5291 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5292 \c         add     esp,4
5293 \c         ret
5294 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5295 \c caption:db      'SEGV',0
5297 \c section .drectve info
5298 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5300 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5301 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5302 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5303 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5304 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5305 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5306 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5307 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5308 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5309 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5310 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5311 no notification is provided and user is left with no clue on what
5312 caused application failure.
5314 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5315 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5316 data for "safe exception handler table" causes no backward
5317 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5318 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5321 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5323 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5324 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5325 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5326 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5327 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5329 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5331 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5332 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5333 references. Consider a switch dispatch table:
5335 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
5336 \c         ...
5337 \c dsptch: dq      case0
5338 \c         dq      case1
5339 \c         ...
5341 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5342 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5343 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
5344 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
5345 following:
5347 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5348 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
5350 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5351 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5352 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5353 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5354 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5355 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5356 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5357 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5358 But no worry, it's trivial to fix:
5360 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5361 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
5362 \c         jmp     rbx
5363 \c         ...
5364 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5365 \c         dq      case1-dsptch
5366 \c         ...
5368 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5369 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5370 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5371 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5372 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5373 these image-relative references:
5375 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5376 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
5377 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5378 \c         add     rbx,rax
5379 \c         jmp     rbx
5380 \c         ...
5381 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5382 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5384 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5385 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5386 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5387 become apparent in next paragraph.
5389 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5390 operand only:
5392 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5393 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5394 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5395 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5397 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5399 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5400 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5401 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5402 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5403 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5404 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5405 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5406 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5407 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5408 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5409 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5410 top of the stack.
5412 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5413 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5414 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5415 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5416 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5417 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5418 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5419 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5420 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5421 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5422 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5423 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5424 copying caller's return address to the top of stack and this would
5425 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5426 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5427 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5428 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5429 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5430 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5431 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5432 no, no trace of failure is left.
5434 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5435 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5436 is checked for presence of reference to custom language-specific
5437 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5438 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5439 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5440 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5441 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5442 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5443 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5444 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5445 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5446 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5447 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5448 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5449 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5450 terminating the application.
5452 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5453 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5454 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5455 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5456 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5457 leaf function:
5459 \c default rel
5460 \c section .text
5461 \c extern  MessageBoxA
5462 \c handler:
5463 \c         sub     rsp,40
5464 \c         mov     rcx,0
5465 \c         lea     rdx,[text]
5466 \c         lea     r8,[caption]
5467 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5468 \c         call    MessageBoxA
5469 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5470 \c                         ; for exception handler
5471 \c         add     rsp,40
5472 \c         ret
5473 \c global  main
5474 \c main:
5475 \c         xor     rax,rax
5476 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5477 \c         ret
5478 \c main_end:
5479 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5480 \c caption:db      'SEGV',0
5482 \c section .pdata  rdata align=4
5483 \c         dd      main wrt ..imagebase
5484 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5485 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5486 \c section .xdata  rdata align=8
5487 \c xmain:  db      9,0,0,0
5488 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5489 \c section .drectve info
5490 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5492 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5493 start and end addresses of function" along with reference to associated
5494 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5495 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5496 designated exception handler. References are \e{required} to be
5497 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5498 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5499 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5500 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5501 references, not only above listed required ones, placed into these two
5502 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5503 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5504 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5505 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5507 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5508 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5509 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5510 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5511 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5512 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5513 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5514 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5515 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5516 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5517 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5518 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5519 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5520 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5521 unwinding procedure. Consider following example:
5523 \c function:
5524 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5525 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5526 \c         push    rbx
5527 \c         push    rbp
5528 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5529 \c         sub     r11,rcx
5530 \c         and     r11,-64
5531 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5532 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5533 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5534 \c magic_point:
5535 \c         ...
5536 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5537 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5538 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5539 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5540 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5541 \c         ret
5543 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5544 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5545 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5546 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5547 custom language-specific exception handler would look like this:
5549 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5550 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5551 \c {   ULONG64 *rsp;
5552 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5553 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5554 \c     else
5555 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5556 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5557 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5558 \c         context->R15 = rsp[-1];
5559 \c     }
5560 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5562 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5563 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5564 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5565 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5566 \c     return ExceptionContinueSearch;
5567 \c }
5569 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5570 structure does not have to contain any information about stack frame
5571 and its layout.
5573 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5575 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5576 linking with the \i{DJGPP} linker.
5578 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5580 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5581 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5582 the \c{info} section type are not supported.
5584 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5586 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5587 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5588 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5590 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5592 \H{elffmt} \i\c{elf32} and \i\c{elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5593 Format} Object Files
5595 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},
5596 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5597 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5598 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5600 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5602 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5603 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5604  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5605  most systems which support ELF.
5607 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5608 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5610 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5611 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5612 and properties of sections you declare. Section types and properties
5613 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5614 names}, but may still be
5615 overridden by these qualifiers.
5617 The available qualifiers are:
5619 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5620 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5621 which is not, such as an informational or comment section.
5623 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5624 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5625 which should not.
5627 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5628 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5629 not.
5631 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5632 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5633 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5634 contents given, such as a BSS section.
5636 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5637 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5638 requirements of the section.
5640 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5641 thread local variables.
5643 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5644 qualifiers are:
5646 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5647 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5649 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5650 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5651 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5652 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5653 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5654 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5655 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5656 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5657 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5658 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5659 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5661 (Any section name other than those in the above table
5662  is treated by default like \c{other} in the above table.
5663  Please note that section names are case sensitive.)
5666 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5667 Symbols and \i\c{WRT}
5669 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5670 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5671 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5672 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5673 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5675 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5676 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5677 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5678 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5679 types.
5681 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5682 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5683 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5684 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5686 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5687 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5688 beginning of the current section to the global offset table.
5689 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5690 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5691 result to get the real address of the GOT.
5693 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5694 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5695 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5696 would give the real address of the location you wanted.
5698 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5699 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5700 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5701 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5702 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5703 address of the symbol.
5705 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5706 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5707 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5708 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5709 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5710 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5711 entries absolutely.
5713 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5714 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5715 relative to the start of the section and then adding on the offset
5716 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5717 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5718 peculiarity of the dynamic linker.
5720 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5721 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5723 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5724 Symbols and \i\c{WRT}
5726 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5727 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5728 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5729 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5730 of the symbol with code such as:
5732 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5733 \c        mov  [gs:eax],ebx
5736 \b In ELF64 mode, referring to an external or global symbol using
5737 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5738 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5739 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5740 of the symbol with code such as:
5742 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5743 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5746 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5747 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5749 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5750 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5751 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5752 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5753 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5754 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5755 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5756 to specify these features.
5758 You can specify whether a global variable is a function or a data
5759 object by suffixing the name with a colon and the word
5760 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5761 \c{data}.) For example:
5763 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5765 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5766 \c{hashtable} as a data object.
5768 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5769 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5770 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5771 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5773 \c global   hashlookup:function hidden
5775 You can also specify the size of the data associated with the
5776 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5777 forward references) after the type specifier. Like this:
5779 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5781 \c hashtable:
5782 \c         db this,that,theother  ; some data here
5783 \c .end:
5785 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5786 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5788 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5789 writing shared library code. For more information, see
5790 \k{picglobal}.
5793 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5794 \I{COMMON, elf extensions to}
5796 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5797 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5798 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5799 power of two) after the name and size of the common variable,
5800 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5801 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5803 \c common  dwordarray 128:4
5805 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5806 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5809 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5810 \I{ELF, 16-bit code and}
5812 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5813 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5814 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5815 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5816 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5817 these relocations is generated.
5819 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5820 \I{ELF, Debug formats and}
5822 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5823 Line number information is generated for all executable sections, but please
5824 note that only the ".text" section is executable by default.
5826 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5828 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5829 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5830 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5831 the magic number in the first four bytes of the file is
5832 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5833 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5834 implementation does not.
5836 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5838 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5839 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5840 extensions to any standard directives. It supports only the three
5841 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5844 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5845 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5847 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5848 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5849 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5850 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5851 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5852 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5853 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5855 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5857 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5858 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5859 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5860 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5861 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5863 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5864 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5865 this.
5868 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5870 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5871 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5872 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5873 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5874 itself \c{a.out}.
5876 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5877 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5879 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5880 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5881 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5882 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5883 only special symbol supported is \c{..start}.
5886 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5887 Format}
5889 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5890 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5891 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5892 format the internal structure of the assembler.
5894 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5895 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5896 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5897 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5899 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5900 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5901 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5902 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5903 execute an RDF executable under Linux.
5905 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5906 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5909 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5911 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5912 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5913 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5914 which is the name of the module:
5916 \c     library  mylib.rdl
5919 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5921 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5922 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5923 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5924 of current module:
5926 \c     module  mymodname
5928 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5929 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5930 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5932 \c     module  $kernel.core
5935 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5936 rdf extensions to}
5938 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5939 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5940 telling the linker do not strip it from target executable or library
5941 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5942 is a procedure (function) or data object.
5944 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5945 symbol exported:
5947 \c     global  sys_open:export
5949 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5950 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5952 \c     global  sys_open:export proc
5954 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5955 or \i\c{object} to the directive:
5957 \c     global  kernel_ticks:export data
5960 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
5961 rdf extensions to}
5963 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
5964 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5965 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5966 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5967 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5968 (function) or data object. For example:
5970 \c     library $libc
5971 \c     extern  _open:import
5972 \c     extern  _printf:import proc
5973 \c     extern  _errno:import data
5975 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5976 a hint as to where to find requested symbols.
5979 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5981 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5982 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5983 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
5984 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5986 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5987 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5988 transactions between the main body of NASM and the output-format
5989 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5990 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5991 of the various requests the main program makes of the output driver,
5992 and in what order they happen.
5994 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5996 \c nasm -f dbg filename.asm
5998 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5999 However, this will not work well on files which were designed for a
6000 different object format, because each object format defines its own
6001 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
6002 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
6003 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
6004 native object format selected:
6006 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
6007 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
6009 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
6010 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
6011 directives are converted into primitive form correctly. Then the
6012 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
6013 the final diagnostic output.
6015 This workaround will still typically not work for programs intended
6016 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
6017 directives have side effects of defining the segment and group names
6018 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
6019 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
6020 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
6021 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
6023 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
6024 them all to its output file.
6027 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
6029 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
6030 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
6031 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
6032 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
6033 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
6036 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
6038 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
6039 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
6040 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
6041 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
6042 support the \c{.COM} format.
6044 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
6045 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
6046 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
6047 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
6048 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
6049 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
6050 Yann Guidon for contributing the code for this.
6052 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
6053 future releases.
6056 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
6058 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
6059 by linking \c{.OBJ} files together.
6061 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
6062 linker; if you have none of these, there is a free linker called
6063 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
6064 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
6065 An LZH archiver can be found at
6066 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
6067 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
6068 sources) called \i{FREELINK}, available from
6069 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
6070 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
6071 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
6072 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
6073 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
6075 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
6076 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
6077 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
6078 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
6079 point, the linker will not know what value to give the entry-point
6080 field in the output file header; if more than one defines a start
6081 point, the linker will not know \e{which} value to use.
6083 An example of a NASM source file which can be assembled to a
6084 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
6085 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
6086 the segment registers, and declaring a start point. This file is
6087 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
6088 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
6090 \c segment code
6092 \c ..start:
6093 \c         mov     ax,data
6094 \c         mov     ds,ax
6095 \c         mov     ax,stack
6096 \c         mov     ss,ax
6097 \c         mov     sp,stacktop
6099 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
6100 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
6101 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
6102 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
6103 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
6104 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
6105 execute on.
6107 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
6108 beginning of this code, which means that will be the entry point
6109 into the resulting executable file.
6111 \c         mov     dx,hello
6112 \c         mov     ah,9
6113 \c         int     0x21
6115 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
6116 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
6117 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
6118 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
6120 \c         mov     ax,0x4c00
6121 \c         int     0x21
6123 This terminates the program using another DOS system call.
6125 \c segment data
6127 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
6129 The data segment contains the string we want to display.
6131 \c segment stack stack
6132 \c         resb 64
6133 \c stacktop:
6135 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
6136 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
6137 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
6138 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
6139 necessary to the correct running of the program, but linkers are
6140 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
6141 type \c{STACK}.
6143 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
6144 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
6145 world' and then exit.
6148 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
6150 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
6151 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
6152 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
6153 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
6154 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6155 \c{.EXE} files.
6157 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6158 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6159 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6161 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6162 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6163 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6164 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6165 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6166 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6167 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6168 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6169 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6171 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6172 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6173 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6174 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6175 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6176 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6177 explicitly issue one of your own.
6179 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6180 since this would require a relocation in the header, and things
6181 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6182 base by copying it out of \c{CS} instead.
6184 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6185 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6186 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6187 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6188 \c{EXE_stack 64}.
6190 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6191 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6192 \c{binexe.asm}.
6195 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6197 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6198 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6199 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6200 output format.
6203 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6205 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6206 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6207 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6208 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6209 like
6211 \c         org 100h
6213 \c section .text
6215 \c start:
6216 \c         ; put your code here
6218 \c section .data
6220 \c         ; put data items here
6222 \c section .bss
6224 \c         ; put uninitialized data here
6226 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6227 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6228 you want to and the code will still end up at the front of the file
6229 where it belongs.
6231 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6232 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6233 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6234 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6235 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6236 run.
6238 To assemble the above program, you should use a command line like
6240 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6242 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6243 explicit output file name were specified, so you have to override it
6244 and give the desired file name.
6247 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6249 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6250 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6251 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6252 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6253 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6254 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6255 file.
6257 If you do this, you need to take care of several things:
6259 \b The first object file containing code should start its code
6260 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6261 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6262 segment, so that the linker or converter program does not have to
6263 adjust address references within the file when generating the
6264 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6265 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6266 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6267 in MASM-compatible assemblers.
6269 \b You don't need to define a stack segment.
6271 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6272 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6273 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6274 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6277 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6279 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6280 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6281 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6282 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6283 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6284 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6285 your code segment.
6287 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6288 the various routines inside the driver which do the work. This
6289 structure should be defined at the start of the code segment, even
6290 though it is not actually code.
6292 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6293 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6294 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6295 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6298 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6300 This section covers the basics of writing assembly routines that
6301 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6302 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6303 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6306 \S{16cunder} External Symbol Names
6308 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6309 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6310 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6311 appears in the C program. So, for example, the function a C
6312 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6313 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6314 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6315 not have to worry about name clashes with C symbols.
6317 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6318 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6320 \c %macro  cglobal 1
6322 \c   global  _%1
6323 \c   %define %1 _%1
6325 \c %endmacro
6327 \c %macro  cextern 1
6329 \c   extern  _%1
6330 \c   %define %1 _%1
6332 \c %endmacro
6334 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6335 \c{%rep} construct could solve this.)
6337 If you then declare an external like this:
6339 \c cextern printf
6341 then the macro will expand it as
6343 \c extern  _printf
6344 \c %define printf _printf
6346 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6347 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6349 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6350 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6351 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6353 Also see \k{opt-pfix}.
6355 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6357 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6358 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6359 writing for. This means you have to keep track of the following
6360 things:
6362 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6363 functions are near. This means that function pointers, when stored
6364 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6365 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6366 never changes its value, and always gives the segment part of the
6367 full function address), and that functions are called using ordinary
6368 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6369 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6370 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6371 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6373 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6374 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6375 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6376 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6377 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6378 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6379 \c{CALL FAR} to call external routines.
6381 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6382 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6383 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6384 segment part of the full data item address).
6386 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6387 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6388 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6389 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6390 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6391 pointers you are passed.
6393 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6394 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6395 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6396 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6397 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6399 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6400 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6401 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6402 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6403 and global data items can both be accessed easily without changing
6404 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6405 segments. However, some memory models (though not the standard
6406 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6407 same value to be removed. Be careful about functions' local
6408 variables in this latter case.
6410 In models with a single code segment, the segment is called
6411 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6412 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6413 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6414 called \i\c{_DATA}.
6417 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6419 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6420 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6421 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6422 doing the calling and the function which gets called.
6424 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6425 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6426 argument specified to the function is pushed last).
6428 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6429 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6430 memory model.
6432 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6433 actually necessary, in functions which do not need to access their
6434 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6435 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6436 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6437 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6438 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6439 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6441 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6442 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6443 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6444 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6445 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6446 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6447 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6448 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6449 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6450 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6451 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6452 parameters in reverse order means that the function knows where to
6453 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6454 remaining ones.
6456 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6457 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6458 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6460 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6461 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6462 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6463 compiler) returned in \c{ST0}.
6465 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6466 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6467 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6468 memory model.
6470 \b When the caller regains control from the callee, the function
6471 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6472 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6473 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6474 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6475 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6476 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6477 removing.
6479 It is instructive to compare this calling convention with that for
6480 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6481 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6482 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6483 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6484 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6485 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6486 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6487 which means that a compiler can give better guarantees about
6488 sequence points without performance suffering.
6490 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6491 The following example is for small model:
6493 \c global  _myfunc
6495 \c _myfunc:
6496 \c         push    bp
6497 \c         mov     bp,sp
6498 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6499 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6501 \c         ; some more code
6503 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6504 \c         pop     bp
6505 \c         ret
6507 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6508 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6509 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6510 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6511 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6512 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6514 At the other end of the process, to call a C function from your
6515 assembly code, you would do something like this:
6517 \c extern  _printf
6519 \c       ; and then, further down...
6521 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6522 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6523 \c       call    _printf
6524 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6526 \c       ; then those data items...
6528 \c segment _DATA
6530 \c myint         dw    1234
6531 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6533 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6534 code
6536 \c     int myint = 1234;
6537 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6539 In large model, the function-call code might look more like this. In
6540 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6541 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6542 it first.
6544 \c       push    word [myint]
6545 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6546 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6547 \c       call    far _printf
6548 \c       add    sp,byte 6
6550 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6551 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6552 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6553 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6554 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6555 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6556 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6557 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6558 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6559 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6560 word of parameters.
6563 \S{16cdata} Accessing Data Items
6565 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6566 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6567 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6568 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6569 accessed from assembler as
6571 \c extern _i
6573 \c         mov ax,[_i]
6575 And to declare your own integer variable which C programs can access
6576 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6577 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6579 \c global  _j
6581 \c _j      dw      0
6583 To access a C array, you need to know the size of the components of
6584 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6585 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6586 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6587 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6588 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6589 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6590 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6592 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6593 the base of the structure to the field you are interested in. You
6594 can either do this by converting the C structure definition into a
6595 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6596 one offset and using just that.
6598 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6599 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6600 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6601 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6602 Typically, you might find that a structure like
6604 \c struct {
6605 \c     char c;
6606 \c     int i;
6607 \c } foo;
6609 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6610 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6611 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6612 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6613 out how your own compiler does it.
6616 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6618 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6619 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6620 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6621 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6622 the work involved in keeping track of the calling convention.
6624 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6625 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6627 An example of an assembly function using the macro set is given
6628 here:
6630 \c proc    _nearproc
6632 \c %$i     arg
6633 \c %$j     arg
6634 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6635 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6636 \c         add     ax,[bx]
6638 \c endproc
6640 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6641 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6642 integer. It returns \c{i + *j}.
6644 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6645 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6646 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6647 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6648 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6649 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6650 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6652 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6653 compact-model code) by default. You can have it generate far
6654 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6655 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6656 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6657 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6658 dependency on whether data pointers are far or not.
6660 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6661 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6662 many function parameters will be of type \c{int}.
6664 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6666 \c %define FARCODE
6668 \c proc    _farproc
6670 \c %$i     arg
6671 \c %$j     arg     4
6672 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6673 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6674 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6675 \c         add     ax,[bx]
6677 \c endproc
6679 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6680 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6681 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6684 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6686 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6687 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6689 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6690 not required for Pascal.
6692 \b The memory model is always large: functions are far, data
6693 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6694 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6695 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6696 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6697 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6698 data declared in a Pascal program goes into the default data
6699 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6700 when control is passed to your assembly code. The only things that
6701 do not live in the default data segment are local variables (they
6702 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6703 data \e{pointers}, however, are far.
6705 \b The function calling convention is different - described below.
6707 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6709 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6710 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6711 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6714 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6716 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6717 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6718 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6719 used to denote the function doing the calling and the function which
6720 gets called.
6722 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6723 after another, in normal order (left to right, so that the first
6724 argument specified to the function is pushed first).
6726 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6727 control to the callee.
6729 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6730 actually necessary, in functions which do not need to access their
6731 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6732 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6733 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6734 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6735 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6736 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6738 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6739 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6740 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6741 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6742 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6743 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6744 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6746 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6747 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6748 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6750 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6751 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6752 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6753 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6754 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6755 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6756 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6757 places the returned string value at that location. The pointer is
6758 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6759 \c{RETF} instruction.
6761 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6762 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6763 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6764 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6765 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6766 to be removed from the stack as a side effect of the return
6767 instruction.
6769 \b When the caller regains control from the callee, the function
6770 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6771 do nothing further.
6773 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6774 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6776 \c global  myfunc
6778 \c myfunc: push    bp
6779 \c         mov     bp,sp
6780 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6781 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6782 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6784 \c         ; some more code
6786 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6787 \c         pop     bp
6788 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6790 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6791 assembly code, you would do something like this:
6793 \c extern  SomeFunc
6795 \c        ; and then, further down...
6797 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6798 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6799 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6800 \c        call   far SomeFunc
6802 This is equivalent to the Pascal code
6804 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6805 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6808 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6809 Name Restrictions
6811 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6812 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6813 reading and understanding the various information contained in a
6814 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6815 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6816 restrictions:
6818 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6819 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6821 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6822 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6824 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6825 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6827 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6828 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6831 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6833 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6834 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6835 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6836 definition ensures that functions are far (it implies
6837 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6838 generated with an operand.
6840 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6841 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6842 reverse order. For example:
6844 \c %define PASCAL
6846 \c proc    _pascalproc
6848 \c %$j     arg 4
6849 \c %$i     arg
6850 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6851 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6852 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6853 \c         add     ax,[bx]
6855 \c endproc
6857 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6858 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6859 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6860 and the contents of the pointer. The only difference between this
6861 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6862 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6863 reverse order.
6866 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6868 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6869 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6870 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6871 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6872 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6873 shared libraries.
6875 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6876 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6877 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6878 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6879 address space no matter what segment you work relative to, and that
6880 you should ignore all segment registers completely. When writing
6881 flat-model application code, you never need to use a segment
6882 override or modify any segment register, and the code-section
6883 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6884 space as the data-section addresses you access your variables by and
6885 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6886 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6887 offset part.
6890 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6892 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6893 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6894 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6897 \S{32cunder} External Symbol Names
6899 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6900 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6901 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6902 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6903 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6904 underscore on their assembly-language names.
6906 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6907 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6908 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6909 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6910 though, the leading underscore should not be used.
6912 See also \k{opt-pfix}.
6914 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6916 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6917 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6918 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6919 the function doing the calling and the function which gets called.
6921 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6922 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6923 argument specified to the function is pushed last).
6925 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6926 control to the callee.
6928 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6929 actually necessary, in functions which do not need to access their
6930 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6931 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6932 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6933 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6934 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6935 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6937 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6938 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6939 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6940 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6941 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6942 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6943 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6944 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6945 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6946 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6947 and type of the remaining ones.
6949 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6950 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6951 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6953 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6954 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6955 of the value. Floating-point results are typically returned in
6956 \c{ST0}.
6958 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6959 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6960 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6962 \b When the caller regains control from the callee, the function
6963 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6964 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6965 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6966 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6967 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6968 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6969 removing.
6971 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6972 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6973 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6974 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6975 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6976 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6977 still pushed in right-to-left order.
6979 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6981 \c global  _myfunc
6983 \c _myfunc:
6984 \c         push    ebp
6985 \c         mov     ebp,esp
6986 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6987 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6989 \c         ; some more code
6991 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6992 \c         ret
6994 At the other end of the process, to call a C function from your
6995 assembly code, you would do something like this:
6997 \c extern  _printf
6999 \c         ; and then, further down...
7001 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
7002 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
7003 \c         call    _printf
7004 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
7006 \c         ; then those data items...
7008 \c segment _DATA
7010 \c myint       dd   1234
7011 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
7013 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
7015 \c     int myint = 1234;
7016 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
7019 \S{32cdata} Accessing Data Items
7021 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
7022 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
7023 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
7024 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
7025 accessed from assembler as
7027 \c           extern _i
7028 \c           mov eax,[_i]
7030 And to declare your own integer variable which C programs can access
7031 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
7032 the \c{_DATA} segment, if necessary):
7034 \c           global _j
7035 \c _j        dd 0
7037 To access a C array, you need to know the size of the components of
7038 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
7039 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
7040 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
7041 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
7042 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
7043 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
7044 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
7045 are also 4 bytes long.
7047 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
7048 the base of the structure to the field you are interested in. You
7049 can either do this by converting the C structure definition into a
7050 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
7051 one offset and using just that.
7053 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
7054 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
7055 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
7056 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
7057 Typically, you might find that a structure like
7059 \c struct {
7060 \c     char c;
7061 \c     int i;
7062 \c } foo;
7064 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
7065 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
7066 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
7067 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
7068 out how your own compiler does it.
7071 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
7073 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
7074 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
7075 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
7076 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
7077 the work involved in keeping track of the calling convention.
7079 An example of an assembly function using the macro set is given
7080 here:
7082 \c proc    _proc32
7084 \c %$i     arg
7085 \c %$j     arg
7086 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
7087 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
7088 \c         add     eax,[ebx]
7090 \c endproc
7092 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
7093 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
7094 integer. It returns \c{i + *j}.
7096 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
7097 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
7098 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
7099 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
7100 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
7101 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
7102 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
7104 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
7105 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
7106 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
7109 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
7110 Libraries}
7112 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
7113 because it contains support for \i{position-independent code}
7114 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
7115 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
7116 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
7118 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
7119 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
7120 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
7121 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
7123 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
7124 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
7125 of the running process. The contents of the library's code section
7126 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
7128 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
7129 this:
7131 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
7133 Instead, the linker provides an area of memory called the
7134 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
7135 constant distance from your library's code, so if you can find out
7136 where your library is loaded (which is typically done using a
7137 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
7138 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
7139 linker-generated entries in the GOT.
7141 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
7142 restrictions: since the data section is writable, it has to be
7143 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
7144 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
7145 you can put ordinary types of relocation in the data section without
7146 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
7149 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
7151 Each code module in your shared library should define the GOT as an
7152 external symbol:
7154 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7155 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7157 At the beginning of any function in your shared library which plans
7158 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7159 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7160 in this form:
7162 \c func:   push    ebp
7163 \c         mov     ebp,esp
7164 \c         push    ebx
7165 \c         call    .get_GOT
7166 \c .get_GOT:
7167 \c         pop     ebx
7168 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7170 \c         ; the function body comes here
7172 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7173 \c         mov     esp,ebp
7174 \c         pop     ebp
7175 \c         ret
7177 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7178 second leading underscore.)
7180 The first two lines of this function are simply the standard C
7181 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7182 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7183 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7184 libraries use this register to store the address of the GOT.
7186 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7187 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7188 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7189 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7190 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7191 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7192 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7193 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7194 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7195 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7196 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7197 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7198 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7199 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7200 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7201 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7203 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7204 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7205 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7207 \c %macro  get_GOT 0
7209 \c         call    %%getgot
7210 \c   %%getgot:
7211 \c         pop     ebx
7212 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7214 \c %endmacro
7216 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7218 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7219 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7220 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7221 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7222 way this works is like this:
7224 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7226 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7227 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7228 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7229 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7231 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7232 them, they are shared between code modules in the library, but do
7233 not get exported from the library to the program that loaded it.
7234 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7235 can access them in the same way as local variables, using the above
7236 \c{..gotoff} mechanism.
7238 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7239 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7240 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7243 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7245 If your library needs to get at an external variable (external to
7246 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7247 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7248 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7249 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7250 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7251 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7252 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7253 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7254 you would code
7256 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7258 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7259 linker, when it builds the shared library, collects together every
7260 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7261 has every necessary entry present.
7263 Common variables must also be accessed in this way.
7266 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7268 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7269 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7270 you have to give the size of the data item. This is because the
7271 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7272 entries for any exported functions, and also moves exported data
7273 items away from the library's data section in which they were
7274 declared.
7276 So to export a function to users of the library, you must use
7278 \c global  func:function           ; declare it as a function
7280 \c func:   push    ebp
7282 \c         ; etc.
7284 And to export a data item such as an array, you would have to code
7286 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7288 \c array:  resd    128
7289 \c .end:
7291 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7292 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7293 end up living in the data section of the main program, rather than
7294 in your library's data section, where you declared it. So you will
7295 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7296 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7297 effectively, it has become).
7299 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7300 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7301 sort of code:
7303 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7305 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7306 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7307 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7308 pointing at your data section instead of at the exported global
7309 which resides elsewhere.
7311 Instead of the above code, then, you must write
7313 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7315 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7316 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7317 at that address, rather than just relocating by section base.
7319 Either method will work for functions: referring to one of your
7320 functions by means of
7322 \c funcptr:        dd      my_function
7324 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7326 \c funcptr:        dd      my_function wrt ..sym
7328 will give the address of the procedure linkage table for the
7329 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7330 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7333 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7335 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7336 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7337 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7338 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7339 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7340 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7341 in the main program can be transparently passed off to their real
7342 destinations.
7344 To call an external routine, you must use another special PIC
7345 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7346 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7347 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7348 ..plt}.
7351 \S{link} Generating the Library File
7353 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7354 you then generate your shared library with a command such as
7356 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7357 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7359 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7360 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7361 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7362 library file name, with a version number, into the library:
7364 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7366 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7367 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7370 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7372 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7373 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7374 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7375 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7376 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7377 one, or jumps between different-size segments.
7380 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7382 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7383 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7384 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7385 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7386 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7387 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7388 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7389 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7391 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7392 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7393 segment, so just coding, for example,
7395 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7397 will not work, since the offset part of the address will be
7398 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7399 one.
7401 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7402 generate the required instruction by coding it manually, using
7403 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7404 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7406 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7408 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7409 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7410 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7411 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7412 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7413 segment to a 32-bit one.
7415 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7416 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7418 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7420 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7421 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7422 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7425 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7426 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7428 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7429 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7430 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7431 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7432 32-bit segment, or vice versa.
7434 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7435 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7436 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7437 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7439 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7440 the address, since any effective address containing a 32-bit
7441 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7443 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7444 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7446 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7447 instruction and a register) if you already know the precise offset
7448 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7449 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7450 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7452 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7453 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7455 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7457 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7458 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7459 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7461 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7463 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7464 which controls the size of the data stored at the address, with the
7465 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7466 address itself. The two can quite easily be different:
7468 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7470 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7471 offset.
7473 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7474 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7476 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7478 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7479 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7480 offset), and calls that address.
7483 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7485 The other way you might want to access data might be using the
7486 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7487 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7488 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7489 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7491 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7492 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7493 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7494 desired address into \c{ESI} and then code
7496 \c         a32     lodsb
7498 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7499 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7500 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7501 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7503 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7504 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7505 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7506 instructions with implicit addressing:
7507 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7508 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7509 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7510 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7511 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7512 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7513 Also, the
7514 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7515 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7516 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7517 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7518 size from the code segment.
7520 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7521 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7522 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7523 give the value of the segment register being manipulated. To force
7524 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7525 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7527 \c         o16 push    ss
7528 \c         o16 push    ds
7530 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7531 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7532 one.
7534 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7535 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7538 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7540 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7541 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7542 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7543 write position-independent code for shared libraries.
7545 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7546 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7547 registers, which still add their bases.
7549 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7550 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7551 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7552 probably desirable to make that the default, using the directive
7553 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7555 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7556 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7557 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7558 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7559 Please see the ABI documentation for your platform.
7561 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7562 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7563 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7564 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7566 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7567 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7568 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7569 set to zero.
7571 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7573 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7574 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7576 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7577 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7578 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7579 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7581 This is consistent with the AMD documentation and most other
7582 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7583 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7584 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7585 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7586 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7587 can be used for this purpose.
7589 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7591 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7592 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7593 immediates to 32 bits.
7595 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7597 \c      MOV reg64,imm64
7599 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7600 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7601 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7602 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7603 immediate as \c{DWORD}:
7605 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7606 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7607 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7608 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7610 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7612 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7613 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7614 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7615 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7616 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7617 displacement size as \c{QWORD}:
7619 \c      default abs
7621 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7622 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7623 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7625 \c      default rel
7627 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7628 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7629 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7630 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7632 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7633 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7635 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7637 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7639 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7641 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7642 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7644 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7645 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7646 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7647 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7648 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7650 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7652 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7653 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7654 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7655 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7657 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7659 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7661 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7663 \c      void foo(long a, double b, int c)
7665 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7667 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7669 The Win64 ABI is described at:
7671 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7673 What follows is a simplified summary.
7675 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7676 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7677 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7678 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7679 use by the function without saving.
7681 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7683 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7684 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7685 return is \c{XMM0} only.
7687 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7689 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7691 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7693 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7695 \C{trouble} Troubleshooting
7697 This chapter describes some of the common problems that users have
7698 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7699 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7700 that isn't listed here.
7703 \H{problems} Common Problems
7705 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7707 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7708 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7709 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7710 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7711 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7712 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7713 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7714 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7715 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7718 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7720 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7721 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7722 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7723 longer.
7725 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7726 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7727 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7728 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7729 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7730 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7731 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7732 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7733 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7734 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7735 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7736 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7739 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7741 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7742 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7743 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7744 sector, people who are used to MASM tend to code
7746 \c         ORG 0
7748 \c         ; some boot sector code
7750 \c         ORG 510
7751 \c         DW 0xAA55
7753 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7754 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7755 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7757 \c         ORG 0
7759 \c         ; some boot sector code
7761 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7762 \c         DW 0xAA55
7764 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7765 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7766 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7767 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7768 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7769 find out what's wrong with it.
7772 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7774 The other common problem with the above code is people who write the
7775 \c{TIMES} line as
7777 \c         TIMES 510-$ DB 0
7779 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7780 the difference between them is also a pure number and can happily be
7781 fed to \c{TIMES}.
7783 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7784 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7785 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7786 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7787 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7788 information back to the expression evaluator. So from the
7789 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7790 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7791 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7792 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7794 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7795 line in the form
7797 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7799 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7800 and so their difference is a pure number. This will solve the
7801 problem and generate sensible code.
7804 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7806 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7807 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7808 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7809 \i\c{bugtracker} at
7810 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7811 (click on "Bug Tracker"), or if that fails then through one of the
7812 contacts in \k{contact}.
7814 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7815 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7816 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7817 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7818 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7819 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7820 there.
7822 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7823 information:
7825 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7826 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7828 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7829 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7830 you were using the standard distribution binaries out of the
7831 archive. If you were using a locally built executable, try to
7832 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7833 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7836 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7837 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7838 \c{NASMENV} environment variable if any.
7840 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7841 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7842 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7843 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7844 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7845 compiler, what version, and what command line or options you used.
7846 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7847 with the command-line version of the compiler.)
7849 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7850 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7851 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7852 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7853 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7854 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7855 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7856 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7857 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7858 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7859 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7860 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7861 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7863 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7864 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7865 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7866 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7867 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7868 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7869 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7870 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7871 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7872 should be 77 instead'.
7874 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7875 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7876 generates the same file, or whether the problem is related to
7877 portability issues between our development platforms and yours. We
7878 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7879 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7880 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7881 for us.
7883 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7884 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7885 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7886 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7887 differently from us.
7890 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7892                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7894 \H{ndisintro} Introduction
7897 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7898 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7899 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7900 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7901 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7903 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7904 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7905 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7906 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7907 disassembles.
7910 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7912 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7913 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7914 are on a Unix system.
7917 \H{ndisrun} Running NDISASM
7919 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7921 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7923 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7924 provided of course that you remember to specify which it is to work
7925 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7926 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7928 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7929 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7930 summary of command line options.
7933 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7935 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7936 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7937 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7938 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7939 this.
7941 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7942 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7943 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7944 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7945 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7947 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7949 \c        ndisasm -o100h filename.com
7951 will do the trick.
7954 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7956 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7957 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7958 will faithfully plough through the data section, producing machine
7959 instructions wherever it can (although most of them will look
7960 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7961 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7962 Then it will reach the code section.
7964 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7965 instruction from part of the data section, and its file position is
7966 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7967 entirely possible that another spurious instruction will get
7968 generated, starting with the final byte of the data section, and
7969 then the correct first instruction in the code section will not be
7970 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7971 ideal.
7973 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7974 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7975 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
7976 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7977 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7978 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7979 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7980 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7981 the instructions in your code section.
7983 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7984 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7985 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7988 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7990 rather than
7992 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7994 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7995 to, just by repeating the \c{-s} option.
7998 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7999 \I\c{auto-sync}
8001 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
8002 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
8003 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
8004 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
8005 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
8006 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
8007 needed.
8009 On the other hand, why should you have to specify the sync point
8010 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
8011 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
8012 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
8014 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
8015 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
8016 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
8017 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
8018 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
8019 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
8020 processed, there isn't much it can do about it...)
8022 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
8023 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
8024 the register contains) or involves a segment address (in which case
8025 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
8026 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
8028 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
8029 points in all the right places, and save you from having to place
8030 any sync points manually. However, it should be stressed that
8031 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
8032 you may still have to place some manually.
8034 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
8035 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
8036 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
8037 options.
8039 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
8040 fluke, something in your data section should disassemble to a
8041 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
8042 sync point in a totally random place, for example in the middle of
8043 one of the instructions in your code section. So you may end up with
8044 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
8045 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
8046 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
8047 suppress disassembly of the data area.
8050 \S{ndisother} Other Options
8052 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
8053 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
8054 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
8055 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
8057 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
8058 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
8059 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
8060 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
8061 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
8062 anyway.
8065 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
8067 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
8068 possible, should be sent to
8069 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
8070 developer's site at
8071 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
8072 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
8073 new features as well.
8075 \A{inslist} \i{Instruction List}
8077 \H{inslistintro} Introduction
8079 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
8080 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
8081 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
8082  when appropriate, one or more usage flags.
8084 \& inslist.src
8086 \A{changelog} \i{NASM Version History}
8088 \& changes.src