Add the -MP option to emit phony targets
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob6b19199160724b6b6bc77f39871ff25407aa4f20
1 \#
2 \# Source code to NASM documentation
3 \#
4 \M{category}{Programming}
5 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
6 \M{year}{2008}
7 \M{author}{The NASM Development Team}
8 \M{license}{All rights reserved. This document is redistributable under the license given in the file "COPYING" distributed in the NASM archive.}
9 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
10 \M{infoname}{NASM}
11 \M{infofile}{nasm}
12 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
13 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
14 \IR{-D} \c{-D} option
15 \IR{-E} \c{-E} option
16 \IR{-F} \c{-F} option
17 \IR{-I} \c{-I} option
18 \IR{-M} \c{-M} option
19 \IR{-MD} \c{-MD} option
20 \IR{-MF} \c{-MF} option
21 \IR{-MG} \c{-MG} option
22 \IR{-MP} \c{-MP} option
23 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
24 \IR{-MT} \c{-MT} option
25 \IR{-On} \c{-On} option
26 \IR{-P} \c{-P} option
27 \IR{-U} \c{-U} option
28 \IR{-X} \c{-X} option
29 \IR{-a} \c{-a} option
30 \IR{-d} \c{-d} option
31 \IR{-e} \c{-e} option
32 \IR{-f} \c{-f} option
33 \IR{-g} \c{-g} option
34 \IR{-i} \c{-i} option
35 \IR{-l} \c{-l} option
36 \IR{-o} \c{-o} option
37 \IR{-p} \c{-p} option
38 \IR{-s} \c{-s} option
39 \IR{-u} \c{-u} option
40 \IR{-v} \c{-v} option
41 \IR{-w} \c{-w} option
42 \IR{-y} \c{-y} option
43 \IR{-Z} \c{-Z} option
44 \IR{!=} \c{!=} operator
45 \IR{$, here} \c{$}, Here token
46 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
47 \IR{$$} \c{$$} token
48 \IR{%} \c{%} operator
49 \IR{%%} \c{%%} operator
50 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
51 \IA{%-1}{%+1}
52 \IR{%0} \c{%0} parameter count
53 \IR{&} \c{&} operator
54 \IR{&&} \c{&&} operator
55 \IR{*} \c{*} operator
56 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
57 \IR{/} \c{/} operator
58 \IR{//} \c{//} operator
59 \IR{<} \c{<} operator
60 \IR{<<} \c{<<} operator
61 \IR{<=} \c{<=} operator
62 \IR{<>} \c{<>} operator
63 \IR{=} \c{=} operator
64 \IR{==} \c{==} operator
65 \IR{>} \c{>} operator
66 \IR{>=} \c{>=} operator
67 \IR{>>} \c{>>} operator
68 \IR{?} \c{?} MASM syntax
69 \IR{^} \c{^} operator
70 \IR{^^} \c{^^} operator
71 \IR{|} \c{|} operator
72 \IR{||} \c{||} operator
73 \IR{~} \c{~} operator
74 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
75 \IA{%$$}{%$}
76 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
77 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
78 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
79 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
80 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
81 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
82 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
83 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
84 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
85 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
86 variables
87 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
88 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
89 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
90 \IR{autoconf} Autoconf
91 \IR{bin} bin
92 \IR{bitwise and} bitwise AND
93 \IR{bitwise or} bitwise OR
94 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
95 \IR{block ifs} block IFs
96 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
97 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
98 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
99 \IR{bsd} BSD
100 \IR{c calling convention} C calling convention
101 \IR{c symbol names} C symbol names
102 \IA{critical expressions}{critical expression}
103 \IA{command line}{command-line}
104 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
105 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
106 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
107 \IA{character constants}{character constant}
108 \IR{common object file format} Common Object File Format
109 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
110 in \c{elf}
111 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
112 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
113 \IR{declaring structure} declaring structures
114 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
115 \IR{devpac} DevPac
116 \IR{djgpp} DJGPP
117 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
118 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
119 \IR{dos} DOS
120 \IR{dos archive} DOS archive
121 \IR{dos source archive} DOS source archive
122 \IA{effective address}{effective addresses}
123 \IA{effective-address}{effective addresses}
124 \IR{elf} ELF
125 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
126 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
127 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
128 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
129 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
130 \IR{freebsd} FreeBSD
131 \IR{freelink} FreeLink
132 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
133 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
134 convention
135 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
136 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
137 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
138 \IR{got} GOT
139 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
140 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
141 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
142 \IR{intel number formats} Intel number formats
143 \IR{linux, elf} Linux, ELF
144 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
145 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
146 \IR{logical and} logical AND
147 \IR{logical or} logical OR
148 \IR{logical xor} logical XOR
149 \IR{masm} MASM
150 \IA{memory reference}{memory references}
151 \IR{minix} Minix
152 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
153 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
154 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
155 \IR{mmx registers} MMX registers
156 \IA{modr/m}{modr/m byte}
157 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
158 \IR{ms-dos} MS-DOS
159 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
160 \IR{multipush} \c{multipush} macro
161 \IR{nan} NaN
162 \IR{nasm version} NASM version
163 \IR{netbsd} NetBSD
164 \IR{omf} OMF
165 \IR{openbsd} OpenBSD
166 \IR{operating system} operating system
167 \IR{os/2} OS/2
168 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
169 \IR{passes} passes, assembly
170 \IR{perl} Perl
171 \IR{pic} PIC
172 \IR{pharlap} PharLap
173 \IR{plt} PLT
174 \IR{plt} \c{PLT} relocations
175 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
176 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
177 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
178 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
179 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
180 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
181 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
182 Object File Format
183 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
184 \IA{repeating}{repeating code}
185 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
186 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
187 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
188 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
189 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
190 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
191 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
192 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
193 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
194 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
195 \IR{shift command} \c{shift} command
196 \IA{sib}{sib byte}
197 \IR{sib byte} SIB byte
198 \IR{solaris x86} Solaris x86
199 \IA{standard section names}{standardized section names}
200 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
201 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
202 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
203 \IR{tlink} \c{TLINK}
204 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
205 \IR{unix} Unix
206 \IA{sco unix}{unix, sco}
207 \IR{unix, sco} Unix, SCO
208 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
209 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
210 \IA{unix system v}{unix, system v}
211 \IR{unix, system v} Unix, System V
212 \IR{unixware} UnixWare
213 \IR{val} VAL
214 \IR{version number of nasm} version number of NASM
215 \IR{visual c++} Visual C++
216 \IR{www page} WWW page
217 \IR{win32} Win32
218 \IR{win32} Win64
219 \IR{windows} Windows
220 \IR{windows 95} Windows 95
221 \IR{windows nt} Windows NT
222 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
223 \# \IC{program entry point}{start point, program}
224 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
225 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
226 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
229 \C{intro} Introduction
231 \H{whatsnew} Documentation Changes for Version 2.00
233 \S{p64Bit} 64-Bit Support
235 \b Writing 64-bit Code \k{64bit}
237 \b elf32 and elf64 output formats \k{elffmt}
239 \b win64 output format \k{win64fmt}
241 \b Numeric constants in DQ directive \k{db}
243 \b oword, do and reso \k{db}
245 \b Stack Relative Preprocessor Directives \k{stackrel}
247 \S{fpenhance} Floating Point Enhancements
249 \b 8-, 16- and 128-bit floating-point format \k{fltconst}
251 \b Floating-point option control \k{FLOAT}
253 \b Infinity and NaN \k{fltconst}
255 \S{elfenhance} ELF Enhancements
257 \b Symbol Visibility \k{elfglob}
259 \b Setting OSABI value in ELF header \k{abisect}
261 \b Debug Formats \k{elfdbg}
263 \S{cmdenhance} Command Line Options
265 \b Generate Makefile Dependencies \k{opt-MG}
267 \b Send Errors to a File \k{opt-Z}
269 \b Unlimited Optimization Passes \k{opt-On}
271 \S{oenhance} Other Enhancements
273 \b %IFN and %ELIFN \k{condasm}
275 \b Logical Negation Operator \c{!} \k{expmul}
277 \b Current BITS Mode \k{bitsm}
279 \b Use of \c{%+} \k{concat%+}
281 \H{whatsnasm} What Is NASM?
283 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed for
284 portability and modularity. It supports a range of object file
285 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF}, \c{Mach-O},
286 Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will also output plain
287 binary files. Its syntax is designed to be simple and easy to understand, similar
288 to Intel's but less complex. It supports from the upto and including \c{Pentium},
289 \c{P6}, \c{MMX}, \c{3DNow!}, \c{SSE}, \c{SSE2}, \c{SSE3} and \c{x64} opcodes. NASM has
290 a strong support for macro conventions.
293 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
295 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
296 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
297 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
298 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
300 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
301 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
303 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
304 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
305 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
306 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
307 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
308 it (properly.)
310 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
311 doesn't seem to have much (or any) documentation.
313 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
314 DOS.
316 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
317 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
318 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
319 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
320 It's expensive too. And it's DOS-only.
322 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
323 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
324 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
325 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
326 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
327 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
328 Again.
331 \S{legal} License Conditions
333 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
334 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
335 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
336 Public License, LGPL.
339 \H{contact} Contact Information
341 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
342 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
343 (see below for the link).
344 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
346 NASM has a \i{WWW page} at
347 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
348 not there, google for us!
351 The original authors are \i{e\-mail}able as
352 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
353 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
354 The latter is no longer involved in the development team.
356 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
357 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
358 and to
359 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
361 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
363 Announcements are posted to
364 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
365 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
366 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
368 If you want information about NASM beta releases, and the current
369 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
370 by registering at
371 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
374 \H{install} Installation
376 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
378 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
379 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
380 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
381 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
383 The archive will contain a set of executable files: the NASM
384 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
385 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
386 RDOFF file format.
388 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
389 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
390 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
391 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
392 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
393 under other versions of Windows as well.)
395 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
396 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
397 so you can delete it if you need to save space; however, you may
398 want to keep the documentation or test programs.
400 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
401 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
402 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
403 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
404 the source archive.
406 Note that a number of files are generated from other files by Perl
407 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
408 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
409 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
410 documentation. It is possible future source distributions may not
411 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
412 platforms, including DOS and Windows, are available from
413 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
416 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
418 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
419 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
420 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
421 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
422 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
424 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
425 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
426 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
427 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
428 accordingly.
430 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
431 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
432 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
433 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
434 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
435 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
436 install the programs yourself.
438 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
439 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
440 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
441 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
444 \C{running} Running NASM
446 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
448 To assemble a file, you issue a command of the form
450 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
452 For example,
454 \c nasm -f elf myfile.asm
456 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
458 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
460 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
462 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
463 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
464 to give a listing file name, for example:
466 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
468 To get further usage instructions from NASM, try typing
470 \c nasm -h
472 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
473 are.
475 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
476 or \c{ELF}, type
478 \c file nasm
480 (in the directory in which you put the NASM binary when you
481 installed it). If it says something like
483 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
485 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
486 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
488 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
490 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
491 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
492 and are rare these days.)
494 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
495 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
496 messages.
499 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
501 NASM will normally choose the name of your output file for you;
502 precisely how it does this is dependent on the object file format.
503 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
504 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
505 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
506 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
507 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
508 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
509 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
510 the output file \c{myfile}.
512 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
513 has the same name as the input file, in which case it will give a
514 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
516 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
517 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
518 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
519 with the name you wish for the output file, either with or without
520 an intervening space. For example:
522 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
523 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
525 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
526 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
529 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
531 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
532 output file format for you itself. In the distribution versions of
533 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
534 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
535 choose what you want the default to be.
537 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
538 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
540 A complete list of the available output file formats can be given by
541 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
544 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
546 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
547 optional space) by a file name, NASM will generate a
548 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
549 code are listed on the left, and the actual source code, with
550 expansions of multi-line macros (except those which specifically
551 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
552 right. For example:
554 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
556 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
557 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
558 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
559 form" (without the brackets). This can be used to list only 
560 sections of interest, avoiding excessively long listings.
563 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
565 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
566 This can be redirected to a file for further processing. For example:
568 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
571 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
573 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
574 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
575 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
576 dependency list without a prefix.
579 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
581 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
582 output to a file, rather than to stdout.  For example:
584 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
587 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
589 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
590 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
591 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
592 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
593 updated dependencies with every assembly session.  For example:
595 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
598 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
600 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
601 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
602 specified by the \c{-o} option.
605 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
607 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
608 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
609 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
610 quotable in Make.
613 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
615 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
616 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
617 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
618 file has been removed.
621 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
623 This option is used to select the format of the debug information emitted 
624 into the output file, to be used by a debugger (or \e{will} be). Use
625 of this switch does \e{not} enable output of the selected debug info format.
626 Use \c{-g}, see \k{opt-g}, to enable output.
628 A complete list of the available debug file formats for an output format
629 can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format> -y}. (As of 2.00,
630 only "-f elf32", "-f elf64", "-f ieee", and "-f obj" provide debug information.) 
631 See \k{opt-y}.
633 This should not be confused with the "-f dbg" output format option which 
634 is not built into NASM by default. For information on how
635 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}
638 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
640 This option can be used to generate debugging information in the specified
641 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
642 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
643 If no debug information is currently implemented in the selected output 
644 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
647 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
649 This option can be used to select an error reporting format for any 
650 error messages that might be produced by NASM.
652 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
653 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
654 the default and looks like this:
656 \c filename.asm:65: error: specific error message 
658 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
659 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
660 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
661 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
662 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
664 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
665 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
667 \c filename.asm(65) : error: specific error message
669 where the only difference is that the line number is in parentheses
670 instead of being delimited by colons.  
672 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
674 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
676 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
677 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
678 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
679 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
680 example) you want to load them into an editor.
682 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
683 which causes errors to be sent to the specified files rather than
684 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
685 the errors into a file by typing
687 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
689 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
690 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
691 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
693 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
695 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
696 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
697 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
698 program, you can type:
700 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
702 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
705 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
707 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{incbin} directive in 
708 a source file (see \k{include} or \k{incbin}), 
709 it will search for the given file not only in the
710 current directory, but also in any directories specified on the
711 command line by the use of the \c{-i} option. Therefore you can
712 include files from a \i{macro library}, for example, by typing
714 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
716 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
717 optional).
719 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
720 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
721 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
722 prepended exactly as written to the name of the include file.
723 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
724 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
726 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
727 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
728 to search for the file \c{foobar.i}...)
730 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
731 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
732 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
733 \k{nasmenv}).
735 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
736 be specified as \c{-I}.
739 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
741 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
742 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
743 option. So running
745 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
747 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
748 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
750 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
751 option can also be specified as \c{-P}.
754 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
756 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
757 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
758 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
759 could code
761 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
763 as an alternative to placing the directive
765 \c %define FOO 100
767 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
768 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
769 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
770 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
771 \c{-dDEBUG}.
773 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
774 be specified as \c{-D}.
777 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
779 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
780 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
781 option specified earlier on the command lines.
783 For example, the following command line:
785 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
787 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
788 program. This is useful to override options specified at a different
789 point in a Makefile.
791 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
792 be specified as \c{-U}.
795 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
797 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
798 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
799 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
800 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
801 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
802 if the \c{-o} option is also used).
804 This option cannot be applied to programs which require the
805 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
806 which depend on the values of symbols: so code such as
808 \c %assign tablesize ($-tablestart)
810 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
812 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
813 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
814 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
816 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
818 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
819 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
820 completely and assume the compiler has already done it, to save time
821 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
822 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
823 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
826 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
828 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
829 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
830 optimally, you have to enable extra passes.
832 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
833 The syntax is:
835 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
836         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
837         Immediate operands take their long forms if a short form is
838         not specified.
840 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
841         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
842         -O0, but will produce successful assembly more often if
843         branch offset sizes are not specified.
844         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
845         are optimized, unless the long form is specified.
847 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
848         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
849         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
850         The number specifies the maximum number of passes.  The more
851         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
853 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
854         to do unlimited passes.
856 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
857 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
860 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
862 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
863 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
865 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
867 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
868 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
869 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
870 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
871 Note that you lose the ability to override the default address type for
872 the instruction.
874 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
875 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
876 \c{include}, \c{local})
878 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
880 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
881 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
882 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
883 conditions are reported like errors, but come up with the word
884 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
885 generating an output file and returning a success status to the
886 operating system.
888 Some conditions are even less severe than that: they are only
889 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
890 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
891 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
892 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
893 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
894 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
896 The \i{suppressible warning} classes are:
898 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
899 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
900 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
901 you might want to disable it.
903 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
904 warning class is enabled by default.
906 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
907 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
908 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
909 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
911 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
912 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
913 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
914 enabled by default.
916 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
917 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
918 This warning class is enabled by default.
920 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
921 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
922 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
923 brackets) exists. 
926 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
928 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
929 and the date on which it was compiled.
931 You will need the version number if you report a bug.
933 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
935 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
936 debug info formats for the given output format. The default format 
937 is indicated by an asterisk. For example:
939 \c nasm -f elf -y
941 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
942 \c   ('*' denotes default):
943 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
944 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
947 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
949 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
950 (respectively) the given argument to all \c{global} or
951 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
952 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
953 (but not always) likes it.
956 \S{nasmenv} The \c{NASMENV} \i{Environment} Variable
958 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
959 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
960 processed before the real command line. You can use this to define
961 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
962 options in the \c{NASMENV} variable.
964 The value of the variable is split up at white space, so that the
965 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
966 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
967 what you might want, because it will be split at the space and the
968 NASM command-line processing will get confused by the two
969 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
971 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
972 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
973 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
974 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
975 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
976 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
978 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
979 changed with version 0.98.31.
982 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
984 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
985 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
986 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
987 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
988 skipping this section.
991 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
993 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
994 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
995 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
996 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
997 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
998 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
999 will distinguish between labels differing only in case.
1002 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1004 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1005 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1006 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1007 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1008 if you declare, for example,
1010 \c foo     equ     1
1011 \c bar     dw      2
1013 then the two lines of code
1015 \c         mov     ax,foo
1016 \c         mov     ax,bar
1018 generate completely different opcodes, despite having
1019 identical-looking syntaxes.
1021 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1022 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1023 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1024 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1025 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1026 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1027 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1028 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1030 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1031 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1032 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1033 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1034 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1035 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1037 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1038 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1039 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1040 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1041 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1042 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1043 \e{everything} is a label.
1045 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1046 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1047 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1048 portion outside square brackets and another portion inside. The
1049 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1050 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1053 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1055 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1056 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1057 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1058 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1059 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1060 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1061 \c{mov word [var],2}.
1063 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1064 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1065 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1066 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1067 the strings being manipulated.
1070 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1072 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1073 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1074 choose to put in your segment registers, and will never
1075 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1078 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1080 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1081 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1082 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1083 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1084 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1085 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1086 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1087 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1088 track of which external variable definitions are far and which are
1089 near.
1092 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1094 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1095 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1096 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1097 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1099 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1100 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1101 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1102 on a misunderstanding by the authors.
1105 \S{qsother} Other Differences
1107 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1108 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1110 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1111 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1112 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1113 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1114 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1115 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1116 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1118 In addition to all of this, macros and directives work completely
1119 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1120 details.
1123 \C{lang} The NASM Language
1125 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1127 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1128 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1129 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1131 \c label:    instruction operands        ; comment
1133 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1134 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1135 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1136 presence and nature of the instruction field.
1138 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1139 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1140 backslash-ended line.
1142 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1143 have white space before them, or instructions may have no space
1144 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1145 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1146 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1147 valid source line which does nothing but define a label. Running
1148 NASM with the command-line option
1149 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1150 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1152 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1153 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1154 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1155 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1156 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1157 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1158 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1159 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1160 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1161 an identifier is 4095 characters.
1163 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1164 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1165 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1166 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1167 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1168 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1169 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1170 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1171 override}segment register as an instruction prefix: coding
1172 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1173 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1174 syntactic features of the language, but for instructions such as
1175 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1176 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1177 \c{es lodsb}.
1179 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1180 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1181 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1183 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1184 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1186 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1187 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1188 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1189 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1190 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1191 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1193 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1194 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1195 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1196 \# Details of
1197 \# all forms of each supported instruction are given in
1198 \# \k{iref}.
1199 For example, you can code:
1201 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1202 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1204 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1205 \c         fadd    to st1          ; so does this
1207 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1208 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1209 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1212 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1214 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1215 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1216 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1217 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1218 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1219 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1220 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1221 prefix.
1224 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1226 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1227 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1228 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1229 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1231 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1232 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1233 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1234 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1235 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1236 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1237 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1238 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1239 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1240 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1241 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1242 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1243 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1245 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1248 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1250 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1251 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1252 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1253 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1254 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1255 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1256 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1257 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1258 expression}: see \k{crit}.
1260 For example:
1262 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1263 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1264 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1265 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1267 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1269 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1270 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1271 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1272 directly into a game executable file. It can be called in one of
1273 these three ways:
1275 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1276 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1277 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1278 \c                                    ; actually include at most 512
1281 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1283 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1284 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1285 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1286 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1287 example,
1289 \c message         db      'hello, world'
1290 \c msglen          equ     $-message
1292 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1293 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1294 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1295 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1296 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1297 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1298 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1299 (\k{crit}).
1302 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1304 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1305 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1306 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1307 code
1309 \c zerobuf:        times 64 db 0
1311 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1312 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1313 \e{expression}, so you can do things like
1315 \c buffer: db      'hello, world'
1316 \c         times 64-$+buffer db ' '
1318 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1319 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1320 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1322 \c         times 100 movsb
1324 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1325 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1326 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1328 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1329 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1331 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1332 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1333 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1334 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1335 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1338 \H{effaddr} Effective Addresses
1340 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1341 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1342 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1343 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1344 example:
1346 \c wordvar dw      123
1347 \c         mov     ax,[wordvar]
1348 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1349 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1351 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1352 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1354 More complicated effective addresses, such as those involving more
1355 than one register, work in exactly the same way:
1357 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1358 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1360 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1361 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1362 all right:
1364 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1365 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1367 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1368 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1369 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1370 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1371 generate the latter on the grounds that the former requires four
1372 bytes to store a zero offset.
1374 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1375 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1376 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1377 default segment registers.
1379 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1380 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1381 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1382 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1383 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1384 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1385 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1386 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1387 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1388 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1389 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1391 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1392 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1393 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1394 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1395 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1396 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1397 the offset to be lost.
1399 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1400 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1401 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1402 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1403 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1404 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1406 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1407 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1408 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1409 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1412 \H{const} \i{Constants}
1414 NASM understands four different types of constant: numeric,
1415 character, string and floating-point.
1418 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1420 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1421 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1422 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1423 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1424 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1425 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1426 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1427 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1429 Some examples:
1431 \c         mov     ax,100          ; decimal
1432 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1433 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1434 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1435 \c         mov     ax,777q         ; octal
1436 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1437 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1440 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1442 A character constant consists of up to four characters enclosed in
1443 either single or double quotes. The type of quote makes no
1444 difference to NASM, except of course that surrounding the constant
1445 with single quotes allows double quotes to appear within it and vice
1446 versa.
1448 A character constant with more than one character will be arranged
1449 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1451 \c           mov eax,'abcd'
1453 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1454 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1455 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1456 the sense of character constants understood by the Pentium's
1457 \i\c{CPUID} instruction.
1458 \# (see \k{insCPUID})
1461 \S{strconst} String Constants
1463 String constants are only acceptable to some pseudo-instructions,
1464 namely the \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB}
1465 family and \i\c{INCBIN}.
1467 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1468 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1469 for the conditions. So the following are equivalent:
1471 \c       db    'hello'               ; string constant
1472 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1474 And the following are also equivalent:
1476 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1477 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1478 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1480 Note that when used as operands to the \c{DB} family
1481 pseudo-instructions, quoted strings are treated as a string constants
1482 even if they are short enough to be a character constant, because
1483 otherwise \c{db 'ab'} would have the same effect as \c{db 'a'}, which
1484 would be silly. Similarly, three-character or four-character constants
1485 are treated as strings when they are operands to \c{DW}, and so forth.
1488 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1490 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1491 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1492 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1493 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1494 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1495 \i\c{__float128h__}.
1497 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1498 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1499 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1500 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1501 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1502 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1503 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1504 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1505 notation.
1507 Some examples:
1509 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1510 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1511 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1512 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1513 \c       dq    1.e10                   ; 10,000,000,000
1514 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1515 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1516 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1517 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1519 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1520 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1521 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1522 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1523 called a "\i{minifloat}."
1525 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1526 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1527 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1528 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1529 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1530 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1531 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1532 floating-point number, respectively.
1534 For example:
1536 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1538 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1539 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1541 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1543 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1544 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1545 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1546 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1547 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1548 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1549 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1550 of floating-point routines, which would significantly increase the
1551 size of the assembler for very little benefit.
1553 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1554 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1555 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1556 respectively.  These are normally used as macros:
1558 \c %define Inf __Infinity__
1559 \c %define NaN __QNaN__
1561 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1563 \H{expr} \i{Expressions}
1565 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1566 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1567 appropriate size.
1569 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1570 calculations to involve the current assembly position: the
1571 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1572 position at the beginning of the line containing the expression; so
1573 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1574 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1575 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1577 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1578 increasing order of \i{precedence}.
1581 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1583 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1584 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1585 arithmetic operator supported by NASM.
1588 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1590 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1593 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1595 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1598 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1600 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1601 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1602 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1603 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1604 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1607 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1608 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1610 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1611 subtraction.
1614 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1615 \i{Multiplication} and \i{Division}
1617 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1618 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1619 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1620 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1621 \i{signed modulo} operators respectively.
1623 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1624 operation of the signed modulo operator.
1626 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1627 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1628 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1631 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1632 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1634 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1635 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1636 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1637 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1638 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1639 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1642 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1644 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1645 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1646 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1647 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1649 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1650 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1651 the symbol makes sense. So the code
1653 \c         mov     ax,seg symbol
1654 \c         mov     es,ax
1655 \c         mov     bx,symbol
1657 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1659 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1660 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1661 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1662 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1663 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1665 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1666 \c         mov     es,ax
1667 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1669 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1670 pointer to the symbol \c{symbol}.
1672 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1673 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1674 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1675 could code either of
1677 \c         call    (seg procedure):procedure
1678 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1680 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1681 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1682 practice.)
1684 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1685 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1686 to \c{CALL} in these examples.
1688 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1689 must code
1691 \c         dw      symbol, seg symbol
1693 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1694 invent one using the macro processor.
1697 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1699 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1700 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1701 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1702 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1703 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1704 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1705 in \c{BITS 16} mode,
1707 \c         push dword 33
1709 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1711 \c         push strict dword 33
1713 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1714 21 00 00 00}.
1716 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1717 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1720 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1722 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1723 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1724 called \e{Critical Expressions}.
1726 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1727 code and data, so that the second pass, when generating all the
1728 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1729 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1730 symbol declared after the code in question. For example,
1732 \c         times (label-$) db 0
1733 \c label:  db      'Where am I?'
1735 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1736 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1737 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1738 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1739 code
1741 \c         times (label-$+1) db 0
1742 \c label:  db      'NOW where am I?'
1744 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1745 wrong!
1747 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1748 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1749 value is required to be computable in the first pass, and which must
1750 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1751 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1752 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1753 also critical expressions.
1755 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1756 the following code.
1758 \c                 mov     ax,symbol1
1759 \c symbol1         equ     symbol2
1760 \c symbol2:
1762 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1763 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1764 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1765 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1766 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1767 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1768 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1770 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1771 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1772 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1774 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1775 this code fragment.
1777 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1778 \c offset  equ     10
1780 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1781 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1782 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1783 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1784 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1785 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1786 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1787 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1788 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1789 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1790 generated in this case is not as small as it could have been. This
1791 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1792 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1793 ebx+offset]}.
1795 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1796 no longer true (see \k{opt-On}).
1798 \H{locallab} \i{Local Labels}
1800 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1801 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1802 label, which means that it is associated with the previous non-local
1803 label. So, for example:
1805 \c label1  ; some code
1807 \c .loop
1808 \c         ; some more code
1810 \c         jne     .loop
1811 \c         ret
1813 \c label2  ; some code
1815 \c .loop
1816 \c         ; some more code
1818 \c         jne     .loop
1819 \c         ret
1821 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1822 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1823 are kept separate by virtue of each being associated with the
1824 previous non-local label.
1826 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1827 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1828 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1829 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1830 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1831 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1832 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1833 to, you could write
1835 \c label3  ; some more code
1836 \c         ; and some more
1838 \c         jmp label1.loop
1840 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1841 define a label which can be referenced from anywhere but which
1842 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1843 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1844 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1845 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1846 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1847 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1848 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1849 to the local label mechanism. So you could code
1851 \c label1:                         ; a non-local label
1852 \c .local:                         ; this is really label1.local
1853 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1854 \c label2:                         ; another non-local label
1855 \c .local:                         ; this is really label2.local
1857 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1859 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1860 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1861 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1864 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1866 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1867 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1868 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1869 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1870 sign.
1872 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1873 character into a single line.  Thus:
1875 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1876 \c         THIS_VALUE
1878 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1879 sequence.
1881 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1883 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1885 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1886 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1887 things like
1889 \c %define ctrl    0x1F &
1890 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1892 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1894 which will expand to
1896 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1898 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1899 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1900 not at definition time. Thus the code
1902 \c %define a(x)    1+b(x)
1903 \c %define b(x)    2*x
1905 \c         mov     ax,a(8)
1907 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1908 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1910 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1911 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1912 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1913 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1914 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1915 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1916 \c{bar}.
1918 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1919 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1920 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1921 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1922 Hence, if you code
1924 \c %define a(x)    1+a(x)
1926 \c         mov     ax,a(3)
1928 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1929 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1930 for an example of its use.
1932 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1933 macros: if you write
1935 \c %define foo(x)   1+x
1936 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1938 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1939 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1940 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1941 you define
1943 \c %define foo bar
1945 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1946 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1947 \e{with} parameters, and vice versa.
1949 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1950 perfectly well define a macro with
1952 \c %define foo bar
1954 and then re-define it later in the same source file with
1956 \c %define foo baz
1958 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1959 according to the most recent definition. This is particularly useful
1960 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1962 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1963 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1966 \S{xdefine} Enhancing %define: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1968 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1969 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1970 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1971 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1972 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
1974 Suppose you have the following code:
1976 \c %define  isTrue  1
1977 \c %define  isFalse isTrue
1978 \c %define  isTrue  0
1980 \c val1:    db      isFalse
1982 \c %define  isTrue  1
1984 \c val2:    db      isFalse
1986 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1987 This is because, when a single-line macro is defined using
1988 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1989 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
1990 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
1991 time it is 1.
1993 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
1994 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
1995 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
1997 \c %xdefine isTrue  1
1998 \c %xdefine isFalse isTrue
1999 \c %xdefine isTrue  0
2001 \c val1:    db      isFalse
2003 \c %xdefine isTrue  1
2005 \c val2:    db      isFalse
2007 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2008 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2009 the time that \c{isFalse} was defined.
2012 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2014 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2015 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2016 several similar macros that perform similar functions.
2018 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2019 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2021 As an example, consider the following:
2023 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2025 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2026 \c         .COM1addr       RESW    1
2027 \c         .COM2addr       RESW    1
2028 \c         ; ..and so on
2029 \c endstruc
2031 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2032 we can end up with:
2034 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2035 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2037 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2038 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2040 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2042 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2044 Now the above code can be written as:
2046 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2047 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2049 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2050 in turn, reduce typing errors).
2053 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2055 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2056 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2057 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2058 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2059 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2060 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2062 For example:
2064 \c %idefine Foo mov %?,%??
2066 \c         foo
2067 \c         FOO
2069 will expand to:
2071 \c         mov foo,Foo
2072 \c         mov FOO,Foo
2074 The sequence:
2076 \c %idefine keyword $%?
2078 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2079 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2081 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2083 \S{undef} Undefining macros: \i\c{%undef}
2085 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2086 example, the following sequence:
2088 \c %define foo bar
2089 \c %undef  foo
2091 \c         mov     eax, foo
2093 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2094 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2096 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2097 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2098 \k{opt-u}.
2101 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2103 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2104 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2105 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2106 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2108 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2109 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2110 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2111 \c{%assign} directive is processed.
2113 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2114 later, so you can do things like
2116 \c %assign i i+1
2118 to increment the numeric value of a macro.
2120 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2121 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2122 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2124 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2125 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2126 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2127 involving a register).
2130 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2132 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2133 supports two simple string handling macro operators from which
2134 more complex operations can be constructed.
2137 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2139 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2140 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2141 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2142 example of the use of this would be:
2144 \c %strlen charcnt 'my string'
2146 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2147 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2148 was a literal string but it could also have been a single-line
2149 macro that expands to a string, as in the following example:
2151 \c %define sometext 'my string'
2152 \c %strlen charcnt sometext
2154 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2155 assigned the value of 9.
2158 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2160 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2161 An example of its use is probably more useful than the description:
2163 \c %substr mychar  'xyz' 1         ; equivalent to %define mychar 'x'
2164 \c %substr mychar  'xyz' 2         ; equivalent to %define mychar 'y'
2165 \c %substr mychar  'xyz' 3         ; equivalent to %define mychar 'z'
2167 In this example, mychar gets the value of 'y'. As with \c{%strlen}
2168 (see \k{strlen}), the first parameter is the single-line macro to
2169 be created and the second is the string. The third parameter
2170 specifies which character is to be selected. Note that the first
2171 index is 1, not 0 and the last index is equal to the value that
2172 \c{%strlen} would assign given the same string. Index values out
2173 of range result in an empty string.
2176 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2178 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2179 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2180 this.
2182 \c %macro  prologue 1
2184 \c         push    ebp
2185 \c         mov     ebp,esp
2186 \c         sub     esp,%1
2188 \c %endmacro
2190 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2191 invoke the macro with a call such as
2193 \c myfunc:   prologue 12
2195 which would expand to the three lines of code
2197 \c myfunc: push    ebp
2198 \c         mov     ebp,esp
2199 \c         sub     esp,12
2201 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2202 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2203 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2204 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2205 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2206 \c{%3} and so on.
2208 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2209 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2211 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2212 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2213 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2214 things like
2216 \c %macro  silly 2
2218 \c     %2: db      %1
2220 \c %endmacro
2222 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2223 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2224 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2227 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2229 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2230 defining the same macro name several times with different numbers of
2231 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2232 parameters at all. So you could define
2234 \c %macro  prologue 0
2236 \c         push    ebp
2237 \c         mov     ebp,esp
2239 \c %endmacro
2241 to define an alternative form of the function prologue which
2242 allocates no local stack space.
2244 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2245 instruction; for example, you might want to define
2247 \c %macro  push 2
2249 \c         push    %1
2250 \c         push    %2
2252 \c %endmacro
2254 so that you could code
2256 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2257 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2259 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2260 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2261 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2262 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2263 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2264 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2267 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2269 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2270 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2271 calling the same macro multiple times will use a different label
2272 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2273 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2274 flag is set by doing this:
2276 \c %macro  retz 0
2278 \c         jnz     %%skip
2279 \c         ret
2280 \c     %%skip:
2282 \c %endmacro
2284 You can call this macro as many times as you want, and every time
2285 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2286 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2287 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2288 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2289 interfering with the local label mechanism, as described in
2290 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2291 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2292 they interfere with macro-local labels.
2295 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2297 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2298 command line into one parameter definition, possibly after
2299 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2300 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2301 you might want to be able to write
2303 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2305 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2306 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2307 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2308 the last defined one along with the separating commas. So if you
2309 code:
2311 \c %macro  writefile 2+
2313 \c         jmp     %%endstr
2314 \c   %%str:        db      %2
2315 \c   %%endstr:
2316 \c         mov     dx,%%str
2317 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2318 \c         mov     bx,%1
2319 \c         mov     ah,0x40
2320 \c         int     0x21
2322 \c %endmacro
2324 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2325 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2326 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2327 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2328 \c{db}.
2330 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2331 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2332 \c{%macro} line.
2334 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2335 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2336 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2337 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2338 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2339 into account when overloading macros, and will not allow you to
2340 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2341 example).
2343 Of course, the above macro could have been implemented as a
2344 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2345 look like
2347 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2349 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2350 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2351 definition.
2353 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2356 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2358 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2359 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2360 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2362 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2364 \c         writefile 2,%1
2365 \c         mov     ax,0x4c01
2366 \c         int     0x21
2368 \c %endmacro
2370 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2371 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2372 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2373 called with no parameters, in which case it will use the default
2374 error message supplied in the macro definition.
2376 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2377 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2378 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2379 optional ones. So if a macro definition began with the line
2381 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2383 then it could be called with between one and three parameters, and
2384 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2385 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2386 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2388 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2389 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2390 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2391 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2392 parameters were really passed to the macro call.
2394 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2395 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2396 and more useful, by changing the first line of the definition to
2398 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2400 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2401 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2402 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2405 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2407 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2408 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2409 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2410 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2411 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2414 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2416 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2417 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2418 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2419 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2420 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2421 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2423 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2424 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2425 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2426 argument list reappear on the right, and vice versa.
2428 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2429 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2430 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2431 parameters are rotated to the right.
2433 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2434 restore a set of registers might work as follows:
2436 \c %macro  multipush 1-*
2438 \c   %rep  %0
2439 \c         push    %1
2440 \c   %rotate 1
2441 \c   %endrep
2443 \c %endmacro
2445 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2446 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2447 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2448 one place to the left, so that the original second argument is now
2449 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2450 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2451 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2453 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2454 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2455 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2457 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2458 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2459 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2460 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2461 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2462 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2463 order from the one in which they were pushed.
2465 This can be done by the following definition:
2467 \c %macro  multipop 1-*
2469 \c   %rep %0
2470 \c   %rotate -1
2471 \c         pop     %1
2472 \c   %endrep
2474 \c %endmacro
2476 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2477 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2478 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2479 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2480 iterated through in reverse order.
2483 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2485 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2486 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2487 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2488 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2489 something like
2491 \c %macro keytab_entry 2
2493 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2494 \c                 db      %2
2496 \c %endmacro
2498 \c keytab:
2499 \c           keytab_entry F1,128+1
2500 \c           keytab_entry F2,128+2
2501 \c           keytab_entry Return,13
2503 which would expand to
2505 \c keytab:
2506 \c keyposF1        equ     $-keytab
2507 \c                 db     128+1
2508 \c keyposF2        equ     $-keytab
2509 \c                 db      128+2
2510 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2511 \c                 db      13
2513 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2514 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2516 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2517 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2518 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2519 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2520 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2521 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2522 (literal text to be concatenated to the parameter).
2524 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2525 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2526 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2527 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2528 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2529 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2530 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2531 real names of macro-local labels means that the two usages
2532 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2533 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2536 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2538 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2539 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2540 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2541 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2542 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2543 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2544 condition code.
2546 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2547 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2548 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2549 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2551 \c %macro  retc 1
2553 \c         j%-1    %%skip
2554 \c         ret
2555 \c   %%skip:
2557 \c %endmacro
2559 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2560 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2561 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2562 \c{JPE}.
2564 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2565 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2566 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2567 because no inverse condition code exists.
2570 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2572 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2573 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2574 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2575 see which instructions in the macro expansion are generating what
2576 code; however, for some macros this clutters the listing up
2577 unnecessarily.
2579 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2580 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2581 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2582 the number of parameters, like this:
2584 \c %macro foo 1.nolist
2586 Or like this:
2588 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2590 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2592 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2593 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2594 syntax of this feature looks like this:
2596 \c %if<condition>
2597 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2598 \c %elif<condition2>
2599 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2600 \c %else
2601 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2602 \c %endif
2604 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2606 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2607 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2610 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2611 single-line macro existence}
2613 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2614 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2615 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2616 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2618 For example, when debugging a program, you might want to write code
2619 such as
2621 \c           ; perform some function
2622 \c %ifdef DEBUG
2623 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2624 \c %endif
2625 \c           ; go and do something else
2627 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2628 version of the program which produced debugging messages, and remove
2629 the option to generate the final release version of the program.
2631 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2632 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2633 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2634 \i\c{%elifndef}.
2637 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2638 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2640 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2641 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2643 For example, you may be working with a large project and not have control
2644 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2645 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2646 does exist.
2648 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2649 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2651 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2653 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2655 \c %else
2657 \c      %macro MyMacro 1-3
2659 \c              ; insert code to define the macro
2661 \c      %endmacro
2663 \c %endif
2665 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2666 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2667 conflict.
2669 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2670 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2671 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2674 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2675 stack}
2677 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2678 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2679 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2680 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2681 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2683 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2684 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2687 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2688 arbitrary numeric expressions}
2690 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2691 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2692 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2693 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2694 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2696 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2697 a critical expression (see \k{crit}).
2699 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2700 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2701 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2702 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2703 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2704 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2705 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2706 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2707 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2708 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2709 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2710 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2711 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2712 for true and 0 for false.
2714 Like most other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2715 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2717 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2718 Identity\I{testing, exact text identity}
2720 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2721 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2722 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2723 Differences in white space are not counted.
2725 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2727 For example, the following macro pushes a register or number on the
2728 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2730 \c %macro  pushparam 1
2732 \c   %ifidni %1,ip
2733 \c         call    %%label
2734 \c   %%label:
2735 \c   %else
2736 \c         push    %1
2737 \c   %endif
2739 \c %endmacro
2741 Like most other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2742 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2743 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2744 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2746 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2747 Types\I{testing, token types}
2749 Some macros will want to perform different tasks depending on
2750 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2751 example, a string output macro might want to be able to cope with
2752 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2753 string.
2755 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2756 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2757 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2758 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2759 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2761 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2762 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2764 \c %macro writefile 2-3+
2766 \c   %ifstr %2
2767 \c         jmp     %%endstr
2768 \c     %if %0 = 3
2769 \c       %%str:    db      %2,%3
2770 \c     %else
2771 \c       %%str:    db      %2
2772 \c     %endif
2773 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2774 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2775 \c   %else
2776 \c                 mov     dx,%2
2777 \c                 mov     cx,%3
2778 \c   %endif
2779 \c                 mov     bx,%1
2780 \c                 mov     ah,0x40
2781 \c                 int     0x21
2783 \c %endmacro
2785 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2786 the following two ways:
2788 \c         writefile [file], strpointer, length
2789 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2791 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2792 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2793 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2794 it itself and works out the address and length for itself.
2796 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2797 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2798 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2799 which case, all but the first two would be lumped together into
2800 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2802 \I\c{%ifnid}\I\c{%elifid}\I\c{%elifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%elifnum}
2803 \I\c{%elifnnum}\I\c{%ifnstr}\I\c{%elifstr}\I\c{%elifnstr}
2804 The usual \c{%elifXXX}, \c{%ifnXXX} and \c{%elifnXXX} versions exist
2805 for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2807 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test For A Single Token
2809 Some macros will want to do different things depending on if it is
2810 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2811 versus a multi-token sequence.
2813 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2814 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2815 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2817 For example, \c{1} will assemble the subsequent code, but \c{-1} will
2818 not (\c{-} being an operator.)
2820 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2821 variants are also provided.
2823 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test For Empty Expansion
2825 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2826 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2827 any tokens at all, whitespace excepted.
2829 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2830 variants are also provided.
2832 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2834 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2835 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2836 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2837 the right macros by means of code like this:
2839 \c %ifdef SOME_MACRO
2840 \c     ; do some setup
2841 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2842 \c     ; do some different setup
2843 \c %else
2844 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2845 \c %endif
2847 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2848 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2849 having to wait until the program crashes on being run and then not
2850 knowing what went wrong.
2853 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2855 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2856 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2857 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2858 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2860 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2861 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2862 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2863 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2865 \c %assign i 0
2866 \c %rep    64
2867 \c         inc     word [table+2*i]
2868 \c %assign i i+1
2869 \c %endrep
2871 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2872 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2873 \c{[table+126]}.
2875 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2876 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2877 terminate the loop, like this:
2879 \c fibonacci:
2880 \c %assign i 0
2881 \c %assign j 1
2882 \c %rep 100
2883 \c %if j > 65535
2884 \c     %exitrep
2885 \c %endif
2886 \c         dw j
2887 \c %assign k j+i
2888 \c %assign i j
2889 \c %assign j k
2890 \c %endrep
2892 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2894 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2895 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2896 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2897 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2898 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2899 be gradually used up and other applications to start crashing.
2902 \H{include} \i{Including Other Files}
2904 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2905 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2906 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2908 \c %include "macros.mac"
2910 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2911 file containing the \c{%include} directive.
2913 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2914 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2915 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2916 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2917 line using the \c{-i} option.
2919 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2920 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2921 the form
2923 \c %ifndef MACROS_MAC
2924 \c     %define MACROS_MAC
2925 \c     ; now define some macros
2926 \c %endif
2928 then including the file more than once will not cause errors,
2929 because the second time the file is included nothing will happen
2930 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2932 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2933 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2934 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2937 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
2939 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
2940 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
2941 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
2942 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
2943 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
2944 had defined. However, for such a macro you would also want to be
2945 able to nest these loops.
2947 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
2948 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
2949 characterized by a name. You add a new context to the stack using
2950 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
2951 define labels that are local to a particular context on the stack.
2954 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
2955 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
2957 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
2958 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
2959 which is the name of the context. For example:
2961 \c %push    foobar
2963 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
2964 have several contexts on the stack with the same name: they can
2965 still be distinguished.
2967 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
2968 context from the context stack and destroys it, along with any
2969 labels associated with it.
2972 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
2974 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
2975 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
2976 is used to define a label which is local to the context on the top
2977 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
2978 above could be implemented by means of:
2980 \c %macro repeat 0
2982 \c     %push   repeat
2983 \c     %$begin:
2985 \c %endmacro
2987 \c %macro until 1
2989 \c         j%-1    %$begin
2990 \c     %pop
2992 \c %endmacro
2994 and invoked by means of, for example,
2996 \c         mov     cx,string
2997 \c         repeat
2998 \c         add     cx,3
2999 \c         scasb
3000 \c         until   e
3002 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3003 in \c{AL}.
3005 If you need to define, or access, labels local to the context
3006 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3007 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3010 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3012 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3013 a particular context, in just the same way:
3015 \c %define %$localmac 3
3017 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3018 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3019 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3022 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3024 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3025 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3026 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3027 have the side effect of destroying all context-local labels and
3028 macros associated with the context that was just popped.
3030 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3031 with a different name, without touching the associated macros and
3032 labels. So you could replace the destructive code
3034 \c %pop
3035 \c %push   newname
3037 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3040 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3042 This example makes use of almost all the context-stack features,
3043 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3044 implement a block IF statement as a set of macros.
3046 \c %macro if 1
3048 \c     %push if
3049 \c     j%-1  %$ifnot
3051 \c %endmacro
3053 \c %macro else 0
3055 \c   %ifctx if
3056 \c         %repl   else
3057 \c         jmp     %$ifend
3058 \c         %$ifnot:
3059 \c   %else
3060 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3061 \c   %endif
3063 \c %endmacro
3065 \c %macro endif 0
3067 \c   %ifctx if
3068 \c         %$ifnot:
3069 \c         %pop
3070 \c   %elifctx      else
3071 \c         %$ifend:
3072 \c         %pop
3073 \c   %else
3074 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3075 \c   %endif
3077 \c %endmacro
3079 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3080 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3081 that the macros are issued in the right order (for example, not
3082 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3083 not.
3085 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3086 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3087 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3088 to do different things depending on whether the context on top of
3089 the stack is \c{if} or \c{else}.
3091 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3092 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3093 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3094 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3095 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3097 A sample usage of these macros might look like:
3099 \c         cmp     ax,bx
3101 \c         if ae
3102 \c                cmp     bx,cx
3104 \c                if ae
3105 \c                        mov     ax,cx
3106 \c                else
3107 \c                        mov     ax,bx
3108 \c                endif
3110 \c         else
3111 \c                cmp     ax,cx
3113 \c                if ae
3114 \c                        mov     ax,cx
3115 \c                endif
3117 \c         endif
3119 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3120 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3121 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3122 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3125 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3127 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3128 when it starts to process any source file. If you really need a
3129 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3130 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3131 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3133 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3134 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3135 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3136 described here.
3139 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3140 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3142 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3143 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3144 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3145 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3146 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3147 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3148 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3151 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3153 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3154 representing the full version number of the version of nasm being used.
3155 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3156 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3157 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3158 would be equivalent to:
3160 \c         dd      0x00622001
3164 \c         db      1,32,98,0
3166 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3167 line is used just to give an indication of the order that the separate
3168 values will be present in memory.
3171 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3173 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3174 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3176 \c         db      __NASM_VER__
3178 would expand to
3180 \c         db      "0.98.32"
3183 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3185 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3186 name and line number containing the current instruction. The macro
3187 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3188 current input file (which may change through the course of assembly
3189 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3190 numeric constant giving the current line number in the input file.
3192 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3193 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3194 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3195 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3196 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3197 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3198 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3199 here'. You could then write a macro
3201 \c %macro  notdeadyet 0
3203 \c         push    eax
3204 \c         mov     eax,__LINE__
3205 \c         call    stillhere
3206 \c         pop     eax
3208 \c %endmacro
3210 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3211 find the crash point.
3213 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3215 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3216 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3217 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3218 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3219 mode-dependent macros.
3221 \S{datetime} \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__}: Assembly date and time
3223 The \c{__DATE__} and \c{__TIME__} macros give the assembly date and
3224 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3225 respectively.)
3227 All instances of time and date macros in the same assembly session
3228 produce consistent output.
3230 \S{datetimenum} \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__}: Numeric
3231 assembly date and time
3233 The \c{__DATE_NUM__} and \c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3234 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3235 \c{HHMMSS} respectively.
3237 All instances of time and date macros in the same assembly session
3238 produce consistent output.
3240 \S{utcdatetime} \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__}: Assembly UTC date and time
3242 The \c{__DATE__} and \c{__TIME__} macros give the assembly date and
3243 time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3244 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the
3245 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3246 undefined.
3248 All instances of time and date macros in the same assembly session
3249 produce consistent output.
3251 \S{utcdatetimenum} \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__}: Numeric
3252 assembly UTC date and time
3254 The \c{__UTC_DATE_NUM__} and \c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3255 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3256 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3257 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3258 undefined.
3260 All instances of time and date macros in the same assembly session
3261 produce consistent output.
3263 \S{posixtime} \i\c{__POSIX_TIME__}: POSIX time constant
3265 The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3266 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3267 excluding any leap seconds.
3269 This is computed using UTC time if available on the host platform,
3270 otherwise it is computed using the local time as if it was UTC.
3272 All instances of time and date macros in the same assembly session
3273 produce consistent output.
3275 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3277 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3278 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3279 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3280 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3282 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3283 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3284 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3285 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3286 issued, you are defining the structure, and should define fields
3287 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3288 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3290 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3291 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3293 \c struc   mytype
3295 \c   mt_long:      resd    1
3296 \c   mt_word:      resw    1
3297 \c   mt_byte:      resb    1
3298 \c   mt_str:       resb    32
3300 \c endstruc
3302 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3303 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3304 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3305 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3307 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3308 effect of allowing structures to work with the local label
3309 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3310 more than one structure, you can define the above structure like this:
3312 \c struc mytype
3314 \c   .long:        resd    1
3315 \c   .word:        resw    1
3316 \c   .byte:        resb    1
3317 \c   .str:         resb    32
3319 \c endstruc
3321 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3322 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3324 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3325 support any form of period notation to refer to the elements of a
3326 structure once you have one (except the above local-label notation),
3327 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3328 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3329 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3330 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3333 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3334 \i{Instances of Structures}
3336 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3337 to do is to declare instances of that structure in your data
3338 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3339 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3340 you code something like this:
3342 \c mystruc:
3343 \c     istruc mytype
3345 \c         at mt_long, dd      123456
3346 \c         at mt_word, dw      1024
3347 \c         at mt_byte, db      'x'
3348 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3350 \c     iend
3352 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3353 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3354 specified structure field, and then to declare the specified data.
3355 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3356 they were specified in the structure definition.
3358 If the data to go in a structure field requires more than one source
3359 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3360 the \c{AT} line. For example:
3362 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3363 \c                     db      190,100,0
3365 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3366 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3367 line:
3369 \c         at mt_str
3370 \c                 db      'hello, world'
3371 \c                 db      13,10,0
3374 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3376 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3377 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3378 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3379 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3381 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3382 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3383 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3384 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3385 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3387 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3388 both compute the number of additional bytes required to bring the
3389 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3390 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3391 perform the alignment.
3393 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3394 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3395 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3396 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3397 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3398 except for special purposes.
3400 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3401 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3402 power of two, or if their second argument generates more than one
3403 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3404 thing.
3406 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3407 be used within structure definitions:
3409 \c struc mytype2
3411 \c   mt_byte:
3412 \c         resb 1
3413 \c         alignb 2
3414 \c   mt_word:
3415 \c         resw 1
3416 \c         alignb 4
3417 \c   mt_long:
3418 \c         resd 1
3419 \c   mt_str:
3420 \c         resb 32
3422 \c endstruc
3424 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3425 relative to the base of the structure.
3427 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3428 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3429 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3430 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3431 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3432 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3433 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3436 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3438 The following preprocessor directives provide a way to use
3439 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3441 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3443 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3445 \b\c{%local}  (see \k{local})
3448 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3450 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3451 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3452 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3454 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3455 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3456 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3457 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3459 \c some_function:
3461 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3462 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3463 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3465 \c         mov     ax,[i]
3466 \c         mov     bx,[j_ptr]
3467 \c         add     ax,[bx]
3468 \c         ret
3470 \c     %pop                       ; restore original context
3472 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3473 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3474 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3475 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3478 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3480 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3481 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3482 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3483 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3484 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3486 \c %stacksize flat
3488 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3489 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3490 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3492 \c %stacksize flat64
3494 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3495 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3496 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3498 \c %stacksize large
3500 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3501 assumes that a far form of call was used to get to this address
3502 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3504 \c %stacksize small
3506 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3507 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3508 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3509 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3510 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3511 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3512 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3513 (see \k{local}).
3516 \S{local} \i\c{%local} Directive
3518 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3519 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3520 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3521 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3522 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3523 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3524 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3525 instruction.
3526 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3527 An example of its use is the following:
3529 \c silly_swap:
3531 \c     %push mycontext             ; save the current context
3532 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3533 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3534 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3536 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3537 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3538 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3539 \c         mov     ax,bx
3540 \c         mov     dx,cx
3541 \c         mov     bx,[old_ax]
3542 \c         mov     cx,[old_dx]
3543 \c         leave                   ; restore old bp
3544 \c         ret                     ;
3546 \c     %pop                        ; restore original context
3548 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3549 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3550 current context before the \c{%local} directive may be used.
3551 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3552 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3553 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3554 as shown in the example.
3556 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3558 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3559 information from external sources. Currently they include:
3561 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3562 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3564 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3565 C language preprocessor (see \k{line}).
3567 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3568 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3570 \S{line} \i\c{%line} Directive
3572 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3573 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3574 this other file would be an original source file, with the current
3575 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3576 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3577 number of the original source file, instead of the file that is being
3578 read by NASM.
3580 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3581 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3582 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3584 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3586 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3587 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3588 which specifies a line increment value; each line of the input file
3589 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3590 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3591 specifies the file name of the original source file.
3593 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3594 all file name and line numbers relative to the values specified
3595 therein.
3598 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3600 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3601 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3602 to store the contents of an environment variable into a string, which
3603 could be used at some other point in your code.
3605 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3606 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3607 could do that as follows:
3609 \c %define FOO    %!FOO
3610 \c %define quote   '
3612 \c tmpstr  db      quote FOO quote
3614 At the time of writing, this will generate an "unterminated string"
3615 warning at the time of defining "quote", and it will add a space
3616 before and after the string that is read in. I was unable to find
3617 a simple workaround (although a workaround can be created using a
3618 multi-line macro), so I believe that you will need to either learn how
3619 to create more complex macros, or allow for the extra spaces if you
3620 make use of this feature in that way.
3623 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3625 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3626 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3627 directives. These are described in this chapter.
3629 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3630 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3631 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3632 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3633 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3634 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3636 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3637 directives are not.
3639 In addition to the universal directives described in this chapter,
3640 each object file format can optionally supply extra directives in
3641 order to control particular features of that file format. These
3642 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3643 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3646 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3648 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3649 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3650 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3651 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3653 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3654 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3655 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3656 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3657 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3658 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3659 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3660 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3662 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3663 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3664 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3665 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3666 device drivers and boot loader software.
3668 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3669 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3670 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3671 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3673 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3674 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3675 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3676 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3677 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3678 need an 0x67.
3680 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3681 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3682 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3684 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3685 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3686 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3687 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3688 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3689 necessary.
3691 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3692 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3693 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3694 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3695 REX prefix is used.
3697 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3698 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3699 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3701 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3703 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3705 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3706 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3709 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3711 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3712 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3713 specify most features directly.  However, this is occationally
3714 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3715 to use.
3717 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3718 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3719 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3720 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3721 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3722 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3724 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3725 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3726 other special functions in 64-bit mode, and generating
3727 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3729 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3731 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3732 Sections}
3734 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3735 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3736 which section of the output file the code you write will be
3737 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3738 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3739 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3740 define a new section, if you try to switch to a section that does
3741 not (yet) exist.
3743 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3744 \k{multisec}, all support
3745 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3746 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3747 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3748 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3749 name that has one.
3752 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3754 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3755 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3756 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3757 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3758 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3759 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3760 it. So the user-level directive
3762 \c         SECTION .text
3764 expands to the two lines
3766 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3767 \c         [SECTION .text]
3769 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3770 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3771 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3773 \c %macro  writefile 2+
3775 \c         [section .data]
3777 \c   %%str:        db      %2
3778 \c   %%endstr:
3780 \c         __SECT__
3782 \c         mov     dx,%%str
3783 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3784 \c         mov     bx,%1
3785 \c         mov     ah,0x40
3786 \c         int     0x21
3788 \c %endmacro
3790 This form of the macro, once passed a string to output, first
3791 switches temporarily to the data section of the file, using the
3792 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3793 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3794 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3795 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3796 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3797 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3798 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3799 code in any of several separate code sections.
3802 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3804 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3805 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3806 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3807 given absolute address. The only instructions you can use in this
3808 mode are the \c{RESB} family.
3810 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3812 \c absolute 0x1A
3814 \c     kbuf_chr    resw    1
3815 \c     kbuf_free   resw    1
3816 \c     kbuf        resw    16
3818 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3819 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3820 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3822 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3823 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3825 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3826 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3828 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3829 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3830 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3831 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3833 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3835 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3837 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3838 \c setup:
3839 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3841 \c absolute setup
3843 \c runtimevar1     resw    1
3844 \c runtimevar2     resd    20
3846 \c tsr_end:
3848 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3849 after the setup has finished running, the space it took up can be
3850 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3851 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3852 needs to be made resident.
3855 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3857 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3858 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3859 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3860 defined in some other module and needs to be referred to by this
3861 one. Not every object-file format can support external variables:
3862 the \c{bin} format cannot.
3864 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3865 argument is the name of a symbol:
3867 \c extern  _printf
3868 \c extern  _sscanf,_fscanf
3870 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3871 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3872 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3873 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3874 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3875 by means of the directive
3877 \c extern  _variable:wrt dgroup
3879 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3880 only in that it can take only one argument at a time: the support
3881 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3883 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3884 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3885 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3888 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3890 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3891 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3892 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3893 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3894 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3896 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3897 the definition of the symbol.
3899 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3900 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3901 \c{GLOBAL} directive. For example:
3903 \c global _main
3904 \c _main:
3905 \c         ; some code
3907 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3908 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3909 example, lets you specify whether global data items are functions or
3910 data:
3912 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3914 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3915 user-level form only in that it can take only one argument at a
3916 time.
3919 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
3921 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
3922 A common variable is much like a global variable declared in the
3923 uninitialized data section, so that
3925 \c common  intvar  4
3927 is similar in function to
3929 \c global  intvar
3930 \c section .bss
3932 \c intvar  resd    1
3934 The difference is that if more than one module defines the same
3935 common variable, then at link time those variables will be
3936 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
3937 at the same piece of memory.
3939 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
3940 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
3941 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
3942 specify the alignment requirements of a common variable:
3944 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
3945 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
3947 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
3948 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
3949 only one argument at a time.
3952 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
3954 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
3955 are available on the specified CPU.
3957 Options are:
3959 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
3961 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
3963 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
3965 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
3967 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
3969 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
3971 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
3973 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
3975 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
3977 \b\c{CPU P2}            Same as 686
3979 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
3981 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
3983 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
3985 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
3987 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
3989 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
3991 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
3993 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
3994 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
3995 instructions are available.
3998 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4000 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4001 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4002 this behaviour:
4004 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4006 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4008 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4010 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4012 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4014 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4016 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4018 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4019 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4020 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4022 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4023 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4026 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4028 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4029 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4030 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4031 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4032 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4033 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4035 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4036 output file based on the input file name and the chosen output
4037 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4038 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4039 name, and substituting an extension defined by the output format.
4040 The extensions are given with each format below.
4043 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4045 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4046 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4047 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4048 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4049 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4050 development.
4052 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4053 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4055 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4056 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4057 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4058 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4060 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4061 leaves your file name as it is once the original extension has been
4062 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4063 into a binary file called \c{binprog}.
4066 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4068 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4069 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4070 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4071 the program begins at when it is loaded into memory.
4073 For example, the following code will generate the longword
4074 \c{0x00000104}:
4076 \c         org     0x100
4077 \c         dd      label
4078 \c label:
4080 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4081 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4082 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4083 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4084 offset which is added to all internal address references within the
4085 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4086 does. See \k{proborg} for further comments.
4089 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4090 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4092 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4093 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4094 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4095 end of the section-definition line. For example,
4097 \c section .data   align=16
4099 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4100 aligned on a 16-byte boundary.
4102 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4103 section start address must be forced to zero. The alignment value
4104 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4105 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4108 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4110 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4111 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4113 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4114 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4115 of course).
4117 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4118 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4119 \i\c{start=}.
4121 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4122 for the calculation of all memory references within that section 
4123 with \i\c{vstart=}.
4125 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4126 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4127 start address.
4129 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4130 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4131 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4133 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4134 is directed by default into the \c{.text} section.
4136 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4137 by default.
4139 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4140 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4141 has been specified.
4143 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4144 alignment has been specified.
4146 \b Sections may not overlap.
4148 \b Nasm creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4149 which may be used in your code.
4151 \S{map}\i{Map files}
4153 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4154 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4155 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4156 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4157 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4158 brackets must be used.
4161 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4163 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4164 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4165 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4166 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4168 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4170 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4171 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4172 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4173 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4174 file format.
4176 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4177 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4178 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4180 If your source file contains code before specifying an explicit
4181 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4182 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4184 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4185 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4186 address of the segment. So, for example:
4188 \c segment data
4190 \c dvar:   dw      1234
4192 \c segment code
4194 \c function:
4195 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4196 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4197 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4198 \c         ret
4200 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4201 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4202 like
4204 \c extern  foo
4206 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4207 \c       mov   ds,ax
4208 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4209 \c       mov   es,ax
4210 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4211 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4214 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4215 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4217 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4218 directive to allow you to specify various properties of the segment
4219 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4220 end of the segment-definition line. For example,
4222 \c segment code private align=16
4224 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4225 segment, and requires that the portion of it described in this code
4226 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4228 The available qualifiers are:
4230 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4231 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4232 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4233 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4234 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4235 than stuck end-to-end.
4237 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4238 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4239 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4240 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4241 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4242 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4243 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4244 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4245 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4247 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4248 indicates to the linker that segments of the same class should be
4249 placed near each other in the output file. The class name can be any
4250 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4252 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4253 as an argument, and provides overlay information to an
4254 overlay-capable linker.
4256 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4257 the effect of recording the choice in the object file and also
4258 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4259 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4261 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4262 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4263 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4264 defines the group if it is not already defined.
4266 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4267 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4268 are currently known to make sensible use of this feature;
4269 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4270 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4271 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4273 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4274 class, no overlay, and \c{USE16}.
4277 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4279 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4280 single segment register can be used to refer to all the segments in
4281 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4282 you can code
4284 \c segment data
4286 \c         ; some data
4288 \c segment bss
4290 \c         ; some uninitialized data
4292 \c group dgroup data bss
4294 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4295 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4296 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4297 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4298 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4299 segment register.
4301 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4302 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4303 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4304 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4305 base rather than the segment base.
4307 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4308 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4309 segment which is part of more than one group will default to being
4310 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4312 A group does not have to contain any segments; you can still make
4313 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4314 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4315 \c{FLAT} with no segments in it.
4318 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4320 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4321 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4322 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4323 segment, group and symbol names that are written to the object file
4324 to be forced to upper case just before being written. Within a
4325 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4326 be written entirely in upper case if desired.
4328 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4331 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4332 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4334 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4335 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4336 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4337 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4339 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4340 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4341 wish to import and the name of the library you wish to import it
4342 from. For example:
4344 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4346 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4347 known in the library you are importing it from, in case this is not
4348 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4349 once you have imported it. For example:
4351 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4354 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4355 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4357 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4358 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4359 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4360 using the \c{EXPORT} directive.
4362 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4363 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4364 optional second parameter (separated by white space from the first)
4365 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4366 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4367 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4368 off.
4370 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4371 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4372 space. If further parameters are given, the external name must also
4373 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4374 available attributes are:
4376 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4377 resident by the system loader. This is an optimisation for
4378 frequently used symbols imported by name.
4380 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4381 does not make use of any initialized data.
4383 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4384 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4385 between 32-bit and 16-bit segments.
4387 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4388 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4389 the desired number.
4391 For example:
4393 \c     export  myfunc
4394 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4395 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4396 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4399 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4400 Point}
4402 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4403 define the program entry point, where execution will begin when the
4404 program is run. If the object file that defines the entry point is
4405 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4406 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4407 begin.
4410 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4411 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4413 If you declare an external symbol with the directive
4415 \c     extern  foo
4417 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4418 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4419 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4420 \c{foo} you will usually need to do something like
4422 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4423 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4424 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4426 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4427 is going to be accessible from a given segment or group, say
4428 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4429 simply code
4431 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4433 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4434 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4435 alternative form
4437 \c     extern  foo:wrt dgroup
4439 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4440 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4441 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4442 \c{foo wrt dgroup}.
4444 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4445 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4446 your program. It can also be applied to common variables: see
4447 \k{objcommon}.
4450 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4451 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4453 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4454 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4455 specify which your variables should be by the use of the syntax
4457 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4458 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4460 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4461 OMF specification says that they are declared as a number of
4462 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4463 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4464 five-byte elements or one ten-byte element.
4466 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4467 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4468 the variable size, to match when resolving common variables declared
4469 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4470 the element size on your far common variables. This is done by the
4471 following syntax:
4473 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4474 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4476 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4477 keyword is not required when an element size is specified, since
4478 only far commons may have element sizes at all. So the above
4479 declarations could equivalently be
4481 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4482 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4484 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4485 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4486 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4488 \c common  foo     10:wrt dgroup
4489 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4490 \c common  baz     24:wrt data:6
4493 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4495 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4496 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4497 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4498 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4500 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4502 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4503 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4504 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4505 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4506 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4507 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4508 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4509 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4512 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4513 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4515 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4516 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4517 and properties of sections you declare. Section types and properties
4518 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4519 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4520 these qualifiers.
4522 The available qualifiers are:
4524 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4525 code section. This marks the section as readable and executable, but
4526 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4527 section is code.
4529 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4530 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4531 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4532 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4534 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4535 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4536 constants in it.
4538 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4539 which is not included in the executable file by the linker, but may
4540 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4541 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4542 linker to interpret the contents of the section as command-line
4543 options.
4545 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4546 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4547 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4548 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4549 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4550 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4551 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4552 for data (and BSS) sections.
4553 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4554 alignment), though the value does not matter.
4556 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4557 qualifiers are:
4559 \c section .text    code  align=16
4560 \c section .data    data  align=4
4561 \c section .rdata   rdata align=8
4562 \c section .bss     bss   align=4
4564 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4566 \S{win32safeseh} \c{win32}: safe structured exception handling
4568 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4569 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4570 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4571 designated read-only table and have alleged entry point verified
4572 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4573 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4574 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4575 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4576 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4577 will not be performed for application in question. Table omission is by
4578 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4579 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4580 \c{/safeseh} command line option.
4582 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4583 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4584 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4586 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4588 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4590 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4591 line to source code:
4593 \c $@feat.00 equ 1
4595 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4596 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4597 developer would choose to assign another value in source file, it would
4598 still be perfectly possible.
4600 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4601 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4602 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4603 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4604 table." Its typical use would be:
4606 \c section .text
4607 \c extern  _MessageBoxA@16
4608 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4609 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4610 \c %endif
4611 \c handler:
4612 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4613 \c         push    DWORD caption
4614 \c         push    DWORD text
4615 \c         push    DWORD 0
4616 \c         call    _MessageBoxA@16
4617 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4618 \c                         ; for exception handler
4619 \c         ret
4620 \c global  _main
4621 \c _main:
4622 \c         push    DWORD handler
4623 \c         push    DWORD [fs:0]
4624 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4625 \c         xor     eax,eax
4626 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4627 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4628 \c         add     esp,4
4629 \c         ret
4630 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4631 \c caption:db      'SEGV',0
4632 \c 
4633 \c section .drectve info
4634 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4636 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4637 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4638 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4639 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4640 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4641 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4642 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4643 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4644 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4645 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4646 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4647 no notification is provided and user is left with no clue on what
4648 caused application failure.
4650 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4651 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4652 data for "safe exception handler table" causes no backward
4653 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4654 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4657 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4659 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4660 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4661 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4662 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4663 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4665 \S{win64pic} \c{win64}: writing position-independent code
4667 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4668 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4669 references. Consider a switch dispatch table:
4671 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4672 \c         ...
4673 \c dsptch: dq      case0
4674 \c         dq      case1
4675 \c         ...
4677 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4678 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4679 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4680 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4681 following:
4683 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4684 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4686 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4687 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4688 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4689 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4690 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4691 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4692 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4693 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4694 But no worry, it's trivial to fix:
4696 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4697 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4698 \c         jmp     rbx
4699 \c         ...
4700 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4701 \c         dq      case1-dsptch
4702 \c         ...
4704 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4705 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4706 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4707 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4708 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4709 these image-relative references:
4711 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4712 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4713 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4714 \c         add     rbx,rax
4715 \c         jmp     rbx
4716 \c         ...
4717 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4718 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4720 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4721 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4722 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4723 become apparent in next paragraph.
4725 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4726 operand only:
4728 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4729 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4730 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4731 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4733 \S{win64seh} \c{win64}: structured exception handling
4735 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4736 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4737 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4738 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4739 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4740 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4741 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4742 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4743 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4744 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4745 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4746 top of the stack.
4748 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4749 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4750 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4751 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4752 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4753 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4754 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4755 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4756 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4757 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4758 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4759 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4760 copying caller's return address to the top of stack and this would
4761 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4762 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4763 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4764 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4765 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4766 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4767 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4768 no, no trace of failure is left.
4770 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4771 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4772 is checked for presence of reference to custom language-specific
4773 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4774 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
4775 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
4776 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
4777 information about current callee's stack frame and where non-volatile
4778 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
4779 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
4780 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
4781 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
4782 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
4783 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
4784 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
4785 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
4786 terminating the application.
4788 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
4789 facilitate generation of above mentioned detailed information about
4790 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
4791 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
4792 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
4793 leaf function:
4795 \c default rel
4796 \c section .text
4797 \c extern  MessageBoxA
4798 \c handler:
4799 \c         sub     rsp,40
4800 \c         mov     rcx,0
4801 \c         lea     rdx,[text]
4802 \c         lea     r8,[caption]
4803 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
4804 \c         call    MessageBoxA
4805 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4806 \c                         ; for exception handler
4807 \c         add     rsp,40
4808 \c         ret
4809 \c global  main
4810 \c main:
4811 \c         xor     rax,rax
4812 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
4813 \c         ret
4814 \c main_end:
4815 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4816 \c caption:db      'SEGV',0
4817 \c 
4818 \c section .pdata  rdata align=4
4819 \c         dd      main wrt ..imagebase
4820 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
4821 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
4822 \c section .xdata  rdata align=8
4823 \c xmain:  db      9,0,0,0
4824 \c         dd      handler wrt ..imagebase
4825 \c section .drectve info
4826 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4828 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
4829 start and end addresses of function" along with reference to associated
4830 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
4831 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
4832 designated exception handler. References are \e{required} to be
4833 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
4834 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
4835 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
4836 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
4837 references, not only above listed required ones, placed into these two
4838 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
4839 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
4840 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
4841 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
4843 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
4844 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
4845 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
4846 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
4847 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
4848 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
4849 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
4850 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
4851 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
4852 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
4853 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
4854 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
4855 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
4856 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
4857 unwinding procedure. Consider following example:
4859 \c function:
4860 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
4861 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
4862 \c         push    rbx
4863 \c         push    rbp
4864 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
4865 \c         sub     r11,rcx
4866 \c         and     r11,-64
4867 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
4868 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
4869 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
4870 \c magic_point:
4871 \c         ...
4872 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
4873 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
4874 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
4875 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
4876 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
4877 \c         ret
4879 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
4880 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
4881 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
4882 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
4883 custom language-specific exception handler would look like this:
4885 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
4886 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
4887 \c {   ULONG64 *rsp;
4888 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
4889 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
4890 \c     else
4891 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
4892 \c         context->Rbp = rsp[-3];
4893 \c         context->Rbx = rsp[-2];
4894 \c         context->R15 = rsp[-1];
4895 \c     }
4896 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
4897 \c 
4898 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
4899 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
4900 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
4901 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
4902 \c     return ExceptionContinueSearch;
4903 \c }
4905 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
4906 structure does not have to contain any information about stack frame
4907 and its layout.
4909 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4911 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4912 linking with the \i{DJGPP} linker.
4914 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4916 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
4917 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
4918 the \c{info} section type are not supported.
4920 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
4922 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
4923 linking with the \i{Mac OSX} linker.
4925 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4927 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
4928 Format} Object Files
4930 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},
4931 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
4932 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4933 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
4935 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
4937 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
4938 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
4939  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
4940  most systems which support ELF.
4942 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
4943 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
4945 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
4946 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4947 and properties of sections you declare. Section types and properties
4948 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
4949 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
4950 overridden by these qualifiers.
4952 The available qualifiers are:
4954 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
4955 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
4956 which is not, such as an informational or comment section.
4958 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
4959 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
4960 which should not.
4962 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
4963 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
4964 not.
4966 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
4967 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
4968 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
4969 contents given, such as a BSS section.
4971 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4972 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
4973 requirements of the section.
4975 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4976 qualifiers are:
4978 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
4979 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
4980 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
4981 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
4982 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
4984 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
4985 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
4988 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
4989 Symbols and \i\c{WRT}
4991 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
4992 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
4993 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
4994 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
4995 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
4997 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
4998 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
4999 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5000 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5001 types.
5003 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5004 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5005 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5006 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5008 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5009 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5010 beginning of the current section to the global offset table.
5011 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5012 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5013 result to get the real address of the GOT.
5015 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5016 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5017 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5018 would give the real address of the location you wanted.
5020 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5021 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5022 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5023 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5024 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5025 address of the symbol.
5027 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5028 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5029 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5030 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5031 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5032 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5033 entries absolutely.
5035 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5036 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5037 relative to the start of the section and then adding on the offset
5038 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5039 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5040 peculiarity of the dynamic linker.
5042 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5043 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5046 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5047 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5049 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5050 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5051 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5052 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5053 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5054 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5055 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5056 to specify these features.
5058 You can specify whether a global variable is a function or a data
5059 object by suffixing the name with a colon and the word
5060 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5061 \c{data}.) For example:
5063 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5065 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5066 \c{hashtable} as a data object.
5068 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5069 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5070 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5071 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5073 \c global   hashlookup:function hidden
5075 You can also specify the size of the data associated with the
5076 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5077 forward references) after the type specifier. Like this:
5079 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5081 \c hashtable:
5082 \c         db this,that,theother  ; some data here
5083 \c .end:
5085 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5086 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5088 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5089 writing shared library code. For more information, see
5090 \k{picglobal}.
5093 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5094 \I{COMMON, elf extensions to}
5096 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5097 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5098 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5099 power of two) after the name and size of the common variable,
5100 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5101 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5103 \c common  dwordarray 128:4
5105 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5106 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5109 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5110 \I{ELF, 16-bit code and}
5112 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5113 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5114 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5115 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5116 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5117 these relocations is generated.
5119 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5120 \I{ELF, Debug formats and}
5122 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5123 Line number information is generated for all executable sections, but please
5124 note that only the ".text" section is executable by default.
5126 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5128 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5129 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5130 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5131 the magic number in the first four bytes of the file is
5132 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5133 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5134 implementation does not.
5136 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5138 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5139 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5140 extensions to any standard directives. It supports only the three
5141 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5144 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5145 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5147 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5148 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5149 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5150 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5151 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5152 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5153 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5155 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5157 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5158 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5159 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5160 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5161 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5163 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5164 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5165 this.
5168 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5170 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5171 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5172 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5173 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5174 itself \c{a.out}.
5176 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5177 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5179 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5180 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5181 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5182 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5183 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5186 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5187 Format}
5189 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5190 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5191 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5192 format the internal structure of the assembler.
5194 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5195 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5196 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5197 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5199 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5200 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5201 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5202 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5203 execute an RDF executable under Linux.
5205 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5206 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5209 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5211 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5212 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5213 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5214 which is the name of the module:
5216 \c     library  mylib.rdl
5219 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5221 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5222 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5223 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5224 of current module:
5226 \c     module  mymodname
5228 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5229 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5230 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5232 \c     module  $kernel.core
5235 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5236 rdf extensions to}
5238 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5239 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5240 telling the linker do not strip it from target executable or library
5241 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5242 is a procedure (function) or data object.
5244 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5245 symbol exported:
5247 \c     global  sys_open:export
5249 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5250 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5252 \c     global  sys_open:export proc
5254 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5255 or \i\c{object} to the directive:
5257 \c     global  kernel_ticks:export data
5260 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5261 rdf extensions to}
5263 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5264 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5265 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5266 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5267 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5268 (function) or data object. For example:
5270 \c     library $libc
5271 \c     extern  _open:import
5272 \c     extern  _printf:import proc
5273 \c     extern  _errno:import data
5275 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5276 a hint as to where to find requested symbols.
5279 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5281 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5282 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5283 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5284 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5286 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5287 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5288 transactions between the main body of NASM and the output-format
5289 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5290 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5291 of the various requests the main program makes of the output driver,
5292 and in what order they happen.
5294 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5296 \c nasm -f dbg filename.asm
5298 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5299 However, this will not work well on files which were designed for a
5300 different object format, because each object format defines its own
5301 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5302 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5303 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5304 native object format selected:
5306 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5307 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5309 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5310 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5311 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5312 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5313 the final diagnostic output.
5315 This workaround will still typically not work for programs intended
5316 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5317 directives have side effects of defining the segment and group names
5318 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5319 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5320 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5321 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5323 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5324 them all to its output file.
5327 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5329 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5330 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5331 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5332 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5333 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5336 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5338 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5339 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5340 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5341 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5342 support the \c{.COM} format.
5344 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5345 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5346 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5347 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5348 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5349 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5350 Yann Guidon for contributing the code for this.
5352 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5353 future releases.
5356 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5358 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5359 by linking \c{.OBJ} files together.
5361 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5362 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5363 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5364 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5365 An LZH archiver can be found at
5366 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5367 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5368 sources) called \i{FREELINK}, available from
5369 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5370 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5371 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5372 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5373 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5375 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5376 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5377 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5378 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5379 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5380 field in the output file header; if more than one defines a start
5381 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5383 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5384 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5385 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5386 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5387 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5388 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5390 \c segment code
5392 \c ..start:
5393 \c         mov     ax,data
5394 \c         mov     ds,ax
5395 \c         mov     ax,stack
5396 \c         mov     ss,ax
5397 \c         mov     sp,stacktop
5399 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5400 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5401 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5402 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5403 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5404 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5405 execute on.
5407 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5408 beginning of this code, which means that will be the entry point
5409 into the resulting executable file.
5411 \c         mov     dx,hello
5412 \c         mov     ah,9
5413 \c         int     0x21
5415 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5416 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5417 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5418 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5420 \c         mov     ax,0x4c00
5421 \c         int     0x21
5423 This terminates the program using another DOS system call.
5425 \c segment data
5427 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5429 The data segment contains the string we want to display.
5431 \c segment stack stack
5432 \c         resb 64
5433 \c stacktop:
5435 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5436 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5437 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5438 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5439 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5440 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5441 type \c{STACK}.
5443 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5444 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5445 world' and then exit.
5448 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5450 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5451 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5452 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5453 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5454 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5455 \c{.EXE} files.
5457 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5458 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5459 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5461 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5462 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5463 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5464 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5465 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5466 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5467 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5468 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5469 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5471 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5472 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5473 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5474 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5475 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5476 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5477 explicitly issue one of your own.
5479 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5480 since this would require a relocation in the header, and things
5481 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5482 base by copying it out of \c{CS} instead.
5484 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5485 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5486 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5487 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5488 \c{EXE_stack 64}.
5490 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5491 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5492 \c{binexe.asm}.
5495 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5497 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5498 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5499 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5500 output format.
5503 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5505 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5506 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5507 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5508 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5509 like
5511 \c         org 100h
5513 \c section .text
5515 \c start:
5516 \c         ; put your code here
5518 \c section .data
5520 \c         ; put data items here
5522 \c section .bss
5524 \c         ; put uninitialized data here
5526 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5527 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5528 you want to and the code will still end up at the front of the file
5529 where it belongs.
5531 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5532 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5533 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5534 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5535 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5536 run.
5538 To assemble the above program, you should use a command line like
5540 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5542 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5543 explicit output file name were specified, so you have to override it
5544 and give the desired file name.
5547 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5549 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5550 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5551 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5552 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5553 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5554 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5555 file.
5557 If you do this, you need to take care of several things:
5559 \b The first object file containing code should start its code
5560 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5561 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5562 segment, so that the linker or converter program does not have to
5563 adjust address references within the file when generating the
5564 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5565 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5566 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5567 in MASM-compatible assemblers.
5569 \b You don't need to define a stack segment.
5571 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5572 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5573 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5574 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5577 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5579 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5580 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5581 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5582 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5583 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5584 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5585 your code segment.
5587 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5588 the various routines inside the driver which do the work. This
5589 structure should be defined at the start of the code segment, even
5590 though it is not actually code.
5592 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5593 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5594 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5595 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5598 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5600 This section covers the basics of writing assembly routines that
5601 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5602 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5603 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5606 \S{16cunder} External Symbol Names
5608 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5609 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5610 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5611 appears in the C program. So, for example, the function a C
5612 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5613 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5614 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5615 not have to worry about name clashes with C symbols.
5617 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5618 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5620 \c %macro  cglobal 1
5622 \c   global  _%1
5623 \c   %define %1 _%1
5625 \c %endmacro
5627 \c %macro  cextern 1
5629 \c   extern  _%1
5630 \c   %define %1 _%1
5632 \c %endmacro
5634 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5635 \c{%rep} construct could solve this.)
5637 If you then declare an external like this:
5639 \c cextern printf
5641 then the macro will expand it as
5643 \c extern  _printf
5644 \c %define printf _printf
5646 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5647 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5649 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5650 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5651 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5653 Also see \k{opt-pfix}.
5655 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5657 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5658 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5659 writing for. This means you have to keep track of the following
5660 things:
5662 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5663 functions are near. This means that function pointers, when stored
5664 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5665 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5666 never changes its value, and always gives the segment part of the
5667 full function address), and that functions are called using ordinary
5668 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5669 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5670 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5671 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5673 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5674 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5675 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5676 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5677 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5678 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5679 \c{CALL FAR} to call external routines.
5681 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5682 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5683 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5684 segment part of the full data item address).
5686 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5687 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5688 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5689 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5690 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5691 pointers you are passed.
5693 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5694 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5695 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5696 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5697 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5699 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5700 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5701 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5702 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5703 and global data items can both be accessed easily without changing
5704 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5705 segments. However, some memory models (though not the standard
5706 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5707 same value to be removed. Be careful about functions' local
5708 variables in this latter case.
5710 In models with a single code segment, the segment is called
5711 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5712 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5713 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5714 called \i\c{_DATA}.
5717 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5719 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5720 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5721 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5722 doing the calling and the function which gets called.
5724 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5725 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5726 argument specified to the function is pushed last).
5728 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5729 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5730 memory model.
5732 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5733 actually necessary, in functions which do not need to access their
5734 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5735 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5736 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5737 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5738 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5739 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5741 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5742 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5743 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5744 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5745 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5746 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5747 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5748 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5749 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5750 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5751 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5752 parameters in reverse order means that the function knows where to
5753 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5754 remaining ones.
5756 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5757 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5758 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5760 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5761 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5762 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5763 compiler) returned in \c{ST0}.
5765 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5766 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5767 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5768 memory model.
5770 \b When the caller regains control from the callee, the function
5771 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5772 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5773 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5774 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5775 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5776 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5777 removing.
5779 It is instructive to compare this calling convention with that for
5780 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5781 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5782 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5783 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5784 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5785 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5786 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5787 which means that a compiler can give better guarantees about
5788 sequence points without performance suffering.
5790 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5791 The following example is for small model:
5793 \c global  _myfunc
5795 \c _myfunc:
5796 \c         push    bp
5797 \c         mov     bp,sp
5798 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5799 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5801 \c         ; some more code
5803 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5804 \c         pop     bp
5805 \c         ret
5807 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5808 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5809 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5810 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5811 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5812 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5814 At the other end of the process, to call a C function from your
5815 assembly code, you would do something like this:
5817 \c extern  _printf
5819 \c       ; and then, further down...
5821 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5822 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5823 \c       call    _printf
5824 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5826 \c       ; then those data items...
5828 \c segment _DATA
5830 \c myint         dw    1234
5831 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5833 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5834 code
5836 \c     int myint = 1234;
5837 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5839 In large model, the function-call code might look more like this. In
5840 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5841 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5842 it first.
5844 \c       push    word [myint]
5845 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5846 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5847 \c       call    far _printf
5848 \c       add    sp,byte 6
5850 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5851 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5852 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5853 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5854 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5855 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5856 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5857 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5858 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5859 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5860 word of parameters.
5863 \S{16cdata} Accessing Data Items
5865 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5866 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5867 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5868 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5869 accessed from assembler as
5871 \c extern _i
5873 \c         mov ax,[_i]
5875 And to declare your own integer variable which C programs can access
5876 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5877 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5879 \c global  _j
5881 \c _j      dw      0
5883 To access a C array, you need to know the size of the components of
5884 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5885 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5886 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5887 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5888 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5889 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5890 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5892 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5893 the base of the structure to the field you are interested in. You
5894 can either do this by converting the C structure definition into a
5895 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5896 one offset and using just that.
5898 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5899 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5900 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5901 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5902 Typically, you might find that a structure like
5904 \c struct {
5905 \c     char c;
5906 \c     int i;
5907 \c } foo;
5909 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5910 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5911 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5912 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5913 out how your own compiler does it.
5916 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
5918 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5919 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
5920 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5921 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5922 the work involved in keeping track of the calling convention.
5924 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
5925 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
5927 An example of an assembly function using the macro set is given
5928 here:
5930 \c proc    _nearproc
5932 \c %$i     arg
5933 \c %$j     arg
5934 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5935 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5936 \c         add     ax,[bx]
5938 \c endproc
5940 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
5941 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
5942 integer. It returns \c{i + *j}.
5944 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
5945 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
5946 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
5947 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
5948 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
5949 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
5950 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
5952 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
5953 compact-model code) by default. You can have it generate far
5954 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
5955 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
5956 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
5957 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
5958 dependency on whether data pointers are far or not.
5960 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
5961 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
5962 many function parameters will be of type \c{int}.
5964 The large-model equivalent of the above function would look like this:
5966 \c %define FARCODE
5968 \c proc    _farproc
5970 \c %$i     arg
5971 \c %$j     arg     4
5972 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5973 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5974 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
5975 \c         add     ax,[bx]
5977 \c endproc
5979 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
5980 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
5981 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
5984 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
5986 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
5987 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
5989 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
5990 not required for Pascal.
5992 \b The memory model is always large: functions are far, data
5993 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
5994 (Actually, some functions are near, but only those functions that
5995 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
5996 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
5997 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
5998 data declared in a Pascal program goes into the default data
5999 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6000 when control is passed to your assembly code. The only things that
6001 do not live in the default data segment are local variables (they
6002 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6003 data \e{pointers}, however, are far.
6005 \b The function calling convention is different - described below.
6007 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6009 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6010 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6011 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6014 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6016 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6017 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6018 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6019 used to denote the function doing the calling and the function which
6020 gets called.
6022 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6023 after another, in normal order (left to right, so that the first
6024 argument specified to the function is pushed first).
6026 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6027 control to the callee.
6029 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6030 actually necessary, in functions which do not need to access their
6031 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6032 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6033 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6034 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6035 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6036 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6038 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6039 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6040 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6041 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6042 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6043 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6044 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6046 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6047 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6048 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6050 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6051 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6052 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6053 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6054 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6055 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6056 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6057 places the returned string value at that location. The pointer is
6058 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6059 \c{RETF} instruction.
6061 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6062 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6063 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6064 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6065 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6066 to be removed from the stack as a side effect of the return
6067 instruction.
6069 \b When the caller regains control from the callee, the function
6070 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6071 do nothing further.
6073 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6074 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6076 \c global  myfunc
6078 \c myfunc: push    bp
6079 \c         mov     bp,sp
6080 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6081 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6082 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6084 \c         ; some more code
6086 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6087 \c         pop     bp
6088 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6090 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6091 assembly code, you would do something like this:
6093 \c extern  SomeFunc
6095 \c        ; and then, further down...
6097 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6098 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6099 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6100 \c        call   far SomeFunc
6102 This is equivalent to the Pascal code
6104 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6105 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6108 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6109 Name Restrictions
6111 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6112 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6113 reading and understanding the various information contained in a
6114 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6115 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6116 restrictions:
6118 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6119 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6121 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6122 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6124 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6125 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6127 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6128 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6131 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6133 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6134 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6135 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6136 definition ensures that functions are far (it implies
6137 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6138 generated with an operand.
6140 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6141 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6142 reverse order. For example:
6144 \c %define PASCAL
6146 \c proc    _pascalproc
6148 \c %$j     arg 4
6149 \c %$i     arg
6150 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6151 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6152 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6153 \c         add     ax,[bx]
6155 \c endproc
6157 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6158 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6159 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6160 and the contents of the pointer. The only difference between this
6161 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6162 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6163 reverse order.
6166 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6168 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6169 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6170 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6171 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6172 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6173 shared libraries.
6175 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6176 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6177 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6178 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6179 address space no matter what segment you work relative to, and that
6180 you should ignore all segment registers completely. When writing
6181 flat-model application code, you never need to use a segment
6182 override or modify any segment register, and the code-section
6183 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6184 space as the data-section addresses you access your variables by and
6185 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6186 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6187 offset part.
6190 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6192 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6193 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6194 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6197 \S{32cunder} External Symbol Names
6199 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6200 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6201 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6202 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6203 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6204 underscore on their assembly-language names.
6206 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6207 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6208 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6209 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6210 though, the leading underscore should not be used.
6212 See also \k{opt-pfix}.
6214 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6216 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6217 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6218 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6219 the function doing the calling and the function which gets called.
6221 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6222 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6223 argument specified to the function is pushed last).
6225 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6226 control to the callee.
6228 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6229 actually necessary, in functions which do not need to access their
6230 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6231 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6232 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6233 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6234 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6235 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6237 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6238 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6239 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6240 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6241 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6242 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6243 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6244 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6245 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6246 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6247 and type of the remaining ones.
6249 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6250 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6251 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6253 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6254 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6255 of the value. Floating-point results are typically returned in
6256 \c{ST0}.
6258 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6259 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6260 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6262 \b When the caller regains control from the callee, the function
6263 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6264 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6265 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6266 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6267 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6268 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6269 removing.
6271 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6272 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6273 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6274 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6275 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6276 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6277 still pushed in right-to-left order.
6279 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6281 \c global  _myfunc
6283 \c _myfunc:
6284 \c         push    ebp
6285 \c         mov     ebp,esp
6286 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6287 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6289 \c         ; some more code
6291 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6292 \c         ret
6294 At the other end of the process, to call a C function from your
6295 assembly code, you would do something like this:
6297 \c extern  _printf
6299 \c         ; and then, further down...
6301 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6302 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6303 \c         call    _printf
6304 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6306 \c         ; then those data items...
6308 \c segment _DATA
6310 \c myint       dd   1234
6311 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6313 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6315 \c     int myint = 1234;
6316 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6319 \S{32cdata} Accessing Data Items
6321 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6322 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6323 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6324 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6325 accessed from assembler as
6327 \c           extern _i
6328 \c           mov eax,[_i]
6330 And to declare your own integer variable which C programs can access
6331 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6332 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6334 \c           global _j
6335 \c _j        dd 0
6337 To access a C array, you need to know the size of the components of
6338 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6339 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6340 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6341 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6342 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6343 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6344 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6345 are also 4 bytes long.
6347 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6348 the base of the structure to the field you are interested in. You
6349 can either do this by converting the C structure definition into a
6350 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6351 one offset and using just that.
6353 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6354 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6355 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6356 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6357 Typically, you might find that a structure like
6359 \c struct {
6360 \c     char c;
6361 \c     int i;
6362 \c } foo;
6364 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6365 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6366 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6367 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6368 out how your own compiler does it.
6371 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6373 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6374 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6375 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6376 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6377 the work involved in keeping track of the calling convention.
6379 An example of an assembly function using the macro set is given
6380 here:
6382 \c proc    _proc32
6384 \c %$i     arg
6385 \c %$j     arg
6386 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6387 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6388 \c         add     eax,[ebx]
6390 \c endproc
6392 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6393 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6394 integer. It returns \c{i + *j}.
6396 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6397 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6398 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6399 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6400 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6401 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6402 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6404 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6405 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6406 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6409 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6410 Libraries}
6412 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6413 because it contains support for \i{position-independent code}
6414 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6415 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6416 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6418 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6419 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6420 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6421 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6423 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6424 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6425 of the running process. The contents of the library's code section
6426 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6428 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6429 this:
6431 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6433 Instead, the linker provides an area of memory called the
6434 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6435 constant distance from your library's code, so if you can find out
6436 where your library is loaded (which is typically done using a
6437 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6438 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6439 linker-generated entries in the GOT.
6441 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6442 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6443 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6444 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6445 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6446 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6449 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6451 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6452 external symbol:
6454 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6455 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6457 At the beginning of any function in your shared library which plans
6458 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6459 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6460 in this form:
6462 \c func:   push    ebp
6463 \c         mov     ebp,esp
6464 \c         push    ebx
6465 \c         call    .get_GOT
6466 \c .get_GOT:
6467 \c         pop     ebx
6468 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6470 \c         ; the function body comes here
6472 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6473 \c         mov     esp,ebp
6474 \c         pop     ebp
6475 \c         ret
6477 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6478 second leading underscore.)
6480 The first two lines of this function are simply the standard C
6481 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6482 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6483 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6484 libraries use this register to store the address of the GOT.
6486 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6487 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6488 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6489 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6490 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6491 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6492 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6493 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6494 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6495 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6496 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6497 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6498 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6499 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6500 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6501 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6503 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6504 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6505 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6507 \c %macro  get_GOT 0
6509 \c         call    %%getgot
6510 \c   %%getgot:
6511 \c         pop     ebx
6512 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6514 \c %endmacro
6516 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6518 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6519 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6520 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6521 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6522 way this works is like this:
6524 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6526 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6527 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6528 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6529 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6531 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6532 them, they are shared between code modules in the library, but do
6533 not get exported from the library to the program that loaded it.
6534 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6535 can access them in the same way as local variables, using the above
6536 \c{..gotoff} mechanism.
6538 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6539 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6540 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6543 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6545 If your library needs to get at an external variable (external to
6546 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6547 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6548 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6549 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6550 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6551 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6552 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6553 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6554 you would code
6556 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6558 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6559 linker, when it builds the shared library, collects together every
6560 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6561 has every necessary entry present.
6563 Common variables must also be accessed in this way.
6566 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6568 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6569 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6570 you have to give the size of the data item. This is because the
6571 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6572 entries for any exported functions, and also moves exported data
6573 items away from the library's data section in which they were
6574 declared.
6576 So to export a function to users of the library, you must use
6578 \c global  func:function           ; declare it as a function
6580 \c func:   push    ebp
6582 \c         ; etc.
6584 And to export a data item such as an array, you would have to code
6586 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6588 \c array:  resd    128
6589 \c .end:
6591 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6592 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6593 end up living in the data section of the main program, rather than
6594 in your library's data section, where you declared it. So you will
6595 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6596 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6597 effectively, it has become).
6599 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6600 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6601 sort of code:
6603 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6605 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6606 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6607 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6608 pointing at your data section instead of at the exported global
6609 which resides elsewhere.
6611 Instead of the above code, then, you must write
6613 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6615 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6616 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6617 at that address, rather than just relocating by section base.
6619 Either method will work for functions: referring to one of your
6620 functions by means of
6622 \c funcptr:        dd      my_function
6624 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6626 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6628 will give the address of the procedure linkage table for the
6629 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6630 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6633 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6635 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6636 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6637 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6638 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6639 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6640 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6641 in the main program can be transparently passed off to their real
6642 destinations.
6644 To call an external routine, you must use another special PIC
6645 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6646 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6647 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6648 ..plt}.
6651 \S{link} Generating the Library File
6653 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6654 you then generate your shared library with a command such as
6656 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6657 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6659 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6660 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6661 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6662 library file name, with a version number, into the library:
6664 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6666 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6667 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6670 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6672 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6673 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6674 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6675 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6676 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6677 one, or jumps between different-size segments.
6680 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6682 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6683 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6684 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6685 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6686 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6687 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6688 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6689 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6691 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6692 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6693 segment, so just coding, for example,
6695 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6697 will not work, since the offset part of the address will be
6698 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6699 one.
6701 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6702 generate the required instruction by coding it manually, using
6703 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6704 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6706 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6708 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6709 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6710 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6711 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6712 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6713 segment to a 32-bit one.
6715 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6716 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6718 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6720 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6721 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6722 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6725 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6726 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6728 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6729 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6730 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6731 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6732 32-bit segment, or vice versa.
6734 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6735 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6736 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6737 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6739 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6740 the address, since any effective address containing a 32-bit
6741 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6743 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6744 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6746 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6747 instruction and a register) if you already know the precise offset
6748 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6749 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6750 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6752 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6753 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6755 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6757 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6758 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6759 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6761 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6763 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6764 which controls the size of the data stored at the address, with the
6765 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6766 address itself. The two can quite easily be different:
6768 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6770 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6771 offset.
6773 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6774 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6776 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6778 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6779 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6780 offset), and calls that address.
6783 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6785 The other way you might want to access data might be using the
6786 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6787 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6788 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6789 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6791 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6792 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6793 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6794 desired address into \c{ESI} and then code
6796 \c         a32     lodsb
6798 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6799 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6800 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6801 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6803 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6804 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6805 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6806 instructions with implicit addressing:
6807 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6808 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6809 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6810 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6811 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6812 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6813 Also, the
6814 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6815 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6816 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6817 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6818 size from the code segment.
6820 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6821 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6822 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6823 give the value of the segment register being manipulated. To force
6824 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6825 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6827 \c         o16 push    ss
6828 \c         o16 push    ds
6830 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6831 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6832 one.
6834 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6835 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6838 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6840 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6841 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6842 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6843 write position-independent code for shared libraries.
6845 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6846 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6847 registers, which still add their bases.
6849 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6850 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6851 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6852 probably desirable to make that the default, using the directive
6853 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6855 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6856 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6857 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6858 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6859 Please see the ABI documentation for your platform.
6861 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6862 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6863 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6864 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6866 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6867 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6868 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6869 set to zero.
6871 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6873 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6874 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6876 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6877 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6878 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6879 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6881 This is consistent with the AMD documentation and most other
6882 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6883 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6884 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6885 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6886 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6887 the NASM source distribution.
6889 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
6891 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
6892 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
6893 immediates to 32 bits.
6895 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
6897 \c      MOV reg64,imm64
6899 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
6900 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
6901 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
6902 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
6903 immediate as \c{DWORD}:
6905 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
6906 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
6907 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
6908 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
6910 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
6912 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
6913 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
6914 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
6915 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
6916 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
6917 displacement size as \c{QWORD}:
6919 \c      default abs
6921 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
6922 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
6923 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
6925 \c      default rel
6927 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
6928 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
6929 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
6930 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
6932 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
6933 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
6935 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
6937 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
6939 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
6941 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
6942 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
6944 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
6945 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
6946 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
6947 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
6948 calls, and thus are available for use by the function without saving.
6950 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
6952 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6953 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
6954 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
6955 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
6957 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
6959 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
6961 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
6963 \c      void foo(long a, double b, int c)
6965 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
6967 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
6969 The Win64 ABI is described at:
6971 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
6973 What follows is a simplified summary.
6975 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
6976 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
6977 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
6978 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
6979 use by the function without saving.
6981 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
6983 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6984 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
6985 return is \c{XMM0} only.
6987 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
6989 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
6991 \c      void foo(long long a, double b, int c)
6993 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
6995 \C{trouble} Troubleshooting
6997 This chapter describes some of the common problems that users have
6998 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
6999 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7000 that isn't listed here.
7003 \H{problems} Common Problems
7005 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7007 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7008 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7009 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7010 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7011 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7012 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7013 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7014 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7015 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
7018 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7020 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7021 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7022 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7023 longer.
7025 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7026 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7027 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7028 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7029 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7030 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7031 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7032 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7033 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7034 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7035 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7036 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
7039 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7041 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7042 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7043 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7044 sector, people who are used to MASM tend to code
7046 \c         ORG 0
7048 \c         ; some boot sector code
7050 \c         ORG 510
7051 \c         DW 0xAA55
7053 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7054 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7055 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7057 \c         ORG 0
7059 \c         ; some boot sector code
7061 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7062 \c         DW 0xAA55
7064 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7065 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7066 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7067 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7068 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7069 find out what's wrong with it.
7072 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7074 The other common problem with the above code is people who write the
7075 \c{TIMES} line as
7077 \c         TIMES 510-$ DB 0
7079 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7080 the difference between them is also a pure number and can happily be
7081 fed to \c{TIMES}.
7083 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7084 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7085 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7086 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7087 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7088 information back to the expression evaluator. So from the
7089 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7090 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7091 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7092 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7094 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7095 line in the form
7097 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7099 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7100 and so their difference is a pure number. This will solve the
7101 problem and generate sensible code.
7104 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7106 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7107 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7108 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7109 \i\c{bugtracker} at
7110 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7111 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7112 contacts in \k{contact}.
7114 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7115 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7116 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7117 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7118 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7119 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7120 there.
7122 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7123 information:
7125 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7126 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7128 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7129 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7130 you were using the standard distribution binaries out of the
7131 archive. If you were using a locally built executable, try to
7132 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7133 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7136 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7137 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7138 \c{NASMENV} environment variable if any.
7140 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7141 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7142 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7143 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7144 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7145 compiler, what version, and what command line or options you used.
7146 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7147 with the command-line version of the compiler.)
7149 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7150 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7151 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7152 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7153 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7154 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7155 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7156 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7157 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7158 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7159 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7160 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7161 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7163 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7164 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7165 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7166 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7167 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7168 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7169 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7170 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7171 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7172 should be 77 instead'.
7174 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7175 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7176 generates the same file, or whether the problem is related to
7177 portability issues between our development platforms and yours. We
7178 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7179 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7180 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7181 for us.
7183 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7184 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7185 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7186 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7187 differently from us.
7190 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7192                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7194 \H{ndisintro} Introduction
7197 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7198 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7199 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7200 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7201 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7203 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7204 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7205 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7206 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7207 disassembles.
7210 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7212 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7213 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7214 are on a Unix system.
7217 \H{ndisrun} Running NDISASM
7219 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7221 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7223 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7224 provided of course that you remember to specify which it is to work
7225 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7226 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7228 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7229 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7230 summary of command line options.
7233 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7235 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7236 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7237 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7238 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7239 this.
7241 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7242 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7243 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7244 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7245 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7247 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7249 \c        ndisasm -o100h filename.com
7251 will do the trick.
7254 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7256 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7257 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7258 will faithfully plough through the data section, producing machine
7259 instructions wherever it can (although most of them will look
7260 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7261 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7262 Then it will reach the code section.
7264 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7265 instruction from part of the data section, and its file position is
7266 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7267 entirely possible that another spurious instruction will get
7268 generated, starting with the final byte of the data section, and
7269 then the correct first instruction in the code section will not be
7270 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7271 ideal.
7273 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7274 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7275 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7276 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7277 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7278 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7279 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7280 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7281 the instructions in your code section.
7283 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7284 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7285 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7288 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7290 rather than
7292 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7294 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7295 to, just by repeating the \c{-s} option.
7298 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7299 \I\c{auto-sync}
7301 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7302 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7303 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7304 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7305 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7306 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7307 needed.
7309 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7310 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7311 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7312 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7314 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7315 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7316 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7317 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7318 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7319 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7320 processed, there isn't much it can do about it...)
7322 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7323 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7324 the register contains) or involves a segment address (in which case
7325 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7326 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7328 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7329 points in all the right places, and save you from having to place
7330 any sync points manually. However, it should be stressed that
7331 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7332 you may still have to place some manually.
7334 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7335 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7336 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7337 options.
7339 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7340 fluke, something in your data section should disassemble to a
7341 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7342 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7343 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7344 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7345 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7346 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7347 suppress disassembly of the data area.
7350 \S{ndisother} Other Options
7352 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7353 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7354 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7355 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7357 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7358 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7359 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7360 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7361 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7362 anyway.
7365 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7367 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7368 possible, should be sent to
7369 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7370 developer's site at
7371 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7372 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7373 new features as well.
7375 \A{inslist} \i{Instruction List}
7377 \H{inslistintro} Introduction
7379 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7380 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7381 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7382  when appropriate, one or more usage flags.
7384 \& inslist.src