BR 2028910: fix decoding of VEX prefixes in 16- and 32-bit mode
[nasm.git] / doc / nasmdoc.src
blob9882609763402c7323b8e9ba66f00f222e0c83fd
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{floating-point, constants} floating-point, constants
131 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
132 \IR{freebsd} FreeBSD
133 \IR{freelink} FreeLink
134 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
135 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
136 convention
137 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
138 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
139 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
140 \IR{got} GOT
141 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
142 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
143 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
144 \IR{intel number formats} Intel number formats
145 \IR{linux, elf} Linux, ELF
146 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
147 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
148 \IR{logical and} logical AND
149 \IR{logical or} logical OR
150 \IR{logical xor} logical XOR
151 \IR{masm} MASM
152 \IA{memory reference}{memory references}
153 \IR{minix} Minix
154 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
155 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
156 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
157 \IR{mmx registers} MMX registers
158 \IA{modr/m}{modr/m byte}
159 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
160 \IR{ms-dos} MS-DOS
161 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
162 \IR{multipush} \c{multipush} macro
163 \IR{nan} NaN
164 \IR{nasm version} NASM version
165 \IR{netbsd} NetBSD
166 \IR{omf} OMF
167 \IR{openbsd} OpenBSD
168 \IR{operating system} operating system
169 \IR{os/2} OS/2
170 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
171 \IR{passes} passes, assembly
172 \IR{perl} Perl
173 \IR{pic} PIC
174 \IR{pharlap} PharLap
175 \IR{plt} PLT
176 \IR{plt} \c{PLT} relocations
177 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
178 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
179 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
180 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
181 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
182 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
183 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
184 Object File Format
185 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
186 \IA{repeating}{repeating code}
187 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
188 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
189 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
190 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
191 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
192 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
193 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
194 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
195 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
196 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
197 \IR{shift command} \c{shift} command
198 \IA{sib}{sib byte}
199 \IR{sib byte} SIB byte
200 \IR{solaris x86} Solaris x86
201 \IA{standard section names}{standardized section names}
202 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
203 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
204 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
205 \IR{tlink} \c{TLINK}
206 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
207 \IR{unicode} Unicode
208 \IR{unix} Unix
209 \IR{utf-8} UTF-8
210 \IR{utf-16} UTF-16
211 \IR{utf-32} UTF-32
212 \IA{sco unix}{unix, sco}
213 \IR{unix, sco} Unix, SCO
214 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
215 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
216 \IA{unix system v}{unix, system v}
217 \IR{unix, system v} Unix, System V
218 \IR{unixware} UnixWare
219 \IR{val} VAL
220 \IR{version number of nasm} version number of NASM
221 \IR{visual c++} Visual C++
222 \IR{www page} WWW page
223 \IR{win32} Win32
224 \IR{win32} Win64
225 \IR{windows} Windows
226 \IR{windows 95} Windows 95
227 \IR{windows nt} Windows NT
228 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
229 \# \IC{program entry point}{start point, program}
230 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
231 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
232 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
235 \C{intro} Introduction
237 \H{whatsnasm} What Is NASM?
239 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
240 for portability and modularity. It supports a range of object file
241 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
242 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
243 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
244 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
245 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
246 strong support for macros.
249 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
251 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
252 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
253 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
254 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
256 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
257 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
259 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
260 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
261 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
262 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
263 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
264 it (properly.)
266 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
267 doesn't seem to have much (or any) documentation.
269 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
270 DOS.
272 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
273 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
274 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
275 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
276 It's expensive too. And it's DOS-only.
278 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
279 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
280 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
281 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
282 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
283 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
284 Again.
287 \S{legal} License Conditions
289 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
290 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
291 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
292 Public License, LGPL.
295 \H{contact} Contact Information
297 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
298 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
299 (see below for the link).
300 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
302 NASM has a \i{WWW page} at
303 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
304 not there, google for us!
307 The original authors are \i{e\-mail}able as
308 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
309 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
310 The latter is no longer involved in the development team.
312 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
313 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
314 and to
315 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
317 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
319 Announcements are posted to
320 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
321 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
322 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
324 If you want information about NASM beta releases, and the current
325 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
326 by registering at
327 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
330 \H{install} Installation
332 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
334 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
335 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
336 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
337 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
339 The archive will contain a set of executable files: the NASM
340 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
341 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
342 RDOFF file format.
344 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
345 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
346 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
347 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
348 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
349 under other versions of Windows as well.)
351 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
352 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
353 so you can delete it if you need to save space; however, you may
354 want to keep the documentation or test programs.
356 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
357 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
358 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
359 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
360 the source archive.
362 Note that a number of files are generated from other files by Perl
363 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
364 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
365 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
366 documentation. It is possible future source distributions may not
367 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
368 platforms, including DOS and Windows, are available from
369 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
372 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
374 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
375 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
376 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
377 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
378 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
380 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
381 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
382 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
383 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
384 accordingly.
386 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
387 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
388 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
389 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
390 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
391 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
392 install the programs yourself.
394 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
395 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
396 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
397 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
400 \C{running} Running NASM
402 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
404 To assemble a file, you issue a command of the form
406 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
408 For example,
410 \c nasm -f elf myfile.asm
412 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
414 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
416 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
418 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
419 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
420 to give a listing file name, for example:
422 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
424 To get further usage instructions from NASM, try typing
426 \c nasm -h
428 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
429 are.
431 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
432 or \c{ELF}, type
434 \c file nasm
436 (in the directory in which you put the NASM binary when you
437 installed it). If it says something like
439 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
441 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
442 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
444 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
446 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
447 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
448 and are rare these days.)
450 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
451 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
452 messages.
455 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
457 NASM will normally choose the name of your output file for you;
458 precisely how it does this is dependent on the object file format.
459 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
460 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
461 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
462 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
463 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
464 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
465 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
466 the output file \c{myfile}.
468 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
469 has the same name as the input file, in which case it will give a
470 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
472 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
473 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
474 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
475 with the name you wish for the output file, either with or without
476 an intervening space. For example:
478 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
479 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
481 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
482 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
485 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
487 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
488 output file format for you itself. In the distribution versions of
489 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
490 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
491 choose what you want the default to be.
493 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
494 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
496 A complete list of the available output file formats can be given by
497 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
500 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
502 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
503 optional space) by a file name, NASM will generate a
504 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
505 code are listed on the left, and the actual source code, with
506 expansions of multi-line macros (except those which specifically
507 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
508 right. For example:
510 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
512 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
513 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
514 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
515 form" (without the brackets). This can be used to list only 
516 sections of interest, avoiding excessively long listings.
519 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
521 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
522 This can be redirected to a file for further processing. For example:
524 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
527 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
529 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
530 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
531 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
532 dependency list without a prefix.
535 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
537 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
538 output to a file, rather than to stdout.  For example:
540 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
543 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
545 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
546 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
547 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
548 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
549 updated dependencies with every assembly session.  For example:
551 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
554 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
556 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
557 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
558 specified by the \c{-o} option.
561 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
563 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
564 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
565 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
566 quotable in Make.
569 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
571 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
572 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
573 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
574 file has been removed.
577 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
579 This option is used to select the format of the debug information
580 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
581 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
582 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
583 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
584 if \c{-F} is specified.
586 A complete list of the available debug file formats for an output
587 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
588 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
590 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which 
591 is not built into NASM by default. For information on how
592 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
595 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
597 This option can be used to generate debugging information in the specified
598 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
599 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
600 If no debug information is currently implemented in the selected output 
601 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
604 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
606 This option can be used to select an error reporting format for any 
607 error messages that might be produced by NASM.
609 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
610 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
611 the default and looks like this:
613 \c filename.asm:65: error: specific error message 
615 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
616 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
617 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
618 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
619 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
621 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
622 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
624 \c filename.asm(65) : error: specific error message
626 where the only difference is that the line number is in parentheses
627 instead of being delimited by colons.  
629 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
631 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
633 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
634 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
635 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
636 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
637 example) you want to load them into an editor.
639 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
640 which causes errors to be sent to the specified files rather than
641 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
642 the errors into a file by typing
644 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
646 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
647 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
648 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
650 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
652 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
653 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
654 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
655 program, you can type:
657 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
659 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
662 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
664 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
665 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
666 search for the given file not only in the current directory, but also
667 in any directories specified on the command line by the use of the
668 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
669 library}, for example, by typing
671 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
673 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
674 optional).
676 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
677 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
678 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
679 prepended exactly as written to the name of the include file.
680 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
681 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
683 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
684 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
685 to search for the file \c{foobar.i}...)
687 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
688 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
689 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
690 \k{nasmenv}).
692 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
693 be specified as \c{-I}.
696 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
698 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
699 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
700 option. So running
702 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
704 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
705 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
707 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
708 option can also be specified as \c{-P}.
711 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
713 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
714 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
715 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
716 could code
718 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
720 as an alternative to placing the directive
722 \c %define FOO 100
724 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
725 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
726 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
727 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
728 \c{-dDEBUG}.
730 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
731 be specified as \c{-D}.
734 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
736 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
737 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
738 option specified earlier on the command lines.
740 For example, the following command line:
742 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
744 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
745 program. This is useful to override options specified at a different
746 point in a Makefile.
748 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
749 be specified as \c{-U}.
752 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
754 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
755 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
756 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
757 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
758 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
759 if the \c{-o} option is also used).
761 This option cannot be applied to programs which require the
762 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
763 which depend on the values of symbols: so code such as
765 \c %assign tablesize ($-tablestart)
767 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
769 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
770 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
771 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
773 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
775 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
776 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
777 completely and assume the compiler has already done it, to save time
778 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
779 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
780 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
783 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
785 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
786 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
787 optimally, you have to enable extra passes.
789 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
790 The syntax is:
792 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
793         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
794         Immediate operands take their long forms if a short form is
795         not specified.
797 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
798         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
799         -O0, but will produce successful assembly more often if
800         branch offset sizes are not specified.
801         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
802         are optimized, unless the long form is specified.
804 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
805         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
806         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
807         The number specifies the maximum number of passes.  The more
808         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
810 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
811         to do unlimited passes.
813 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
814 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
817 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
819 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
820 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
822 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
824 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
825 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
826 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
827 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
828 Note that you lose the ability to override the default address type for
829 the instruction.
831 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
832 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
833 \c{include}, \c{local})
835 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
837 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
838 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
839 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
840 conditions are reported like errors, but come up with the word
841 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
842 generating an output file and returning a success status to the
843 operating system.
845 Some conditions are even less severe than that: they are only
846 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
847 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
848 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
849 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
850 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
851 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
853 The \i{suppressible warning} classes are:
855 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
856 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
857 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
858 you might want to disable it.
860 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
861 warning class is enabled by default.
863 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
864 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
865 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
866 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
868 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
869 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
870 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
871 enabled by default.
873 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
874 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
875 This warning class is enabled by default.
877 \b In addition, you can set warning classes across sections.
878 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
879 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
880 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
881 (without the brackets) exists.
884 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
886 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
887 and the date on which it was compiled.
889 You will need the version number if you report a bug.
891 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
893 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
894 debug info formats for the given output format. The default format 
895 is indicated by an asterisk. For example:
897 \c nasm -f elf -y
899 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
900 \c   ('*' denotes default):
901 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
902 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
905 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
907 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
908 (respectively) the given argument to all \c{global} or
909 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
910 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
911 (but not always) likes it.
914 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
916 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
917 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
918 processed before the real command line. You can use this to define
919 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
920 options in the \c{NASMENV} variable.
922 The value of the variable is split up at white space, so that the
923 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
924 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
925 what you might want, because it will be split at the space and the
926 NASM command-line processing will get confused by the two
927 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
929 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
930 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
931 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
932 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
933 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
934 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
936 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
937 changed with version 0.98.31.
940 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
942 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
943 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
944 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
945 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
946 skipping this section.
949 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
951 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
952 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
953 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
954 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
955 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
956 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
957 will distinguish between labels differing only in case.
960 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
962 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
963 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
964 practical, for the user to look at a single line of NASM code
965 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
966 if you declare, for example,
968 \c foo     equ     1
969 \c bar     dw      2
971 then the two lines of code
973 \c         mov     ax,foo
974 \c         mov     ax,bar
976 generate completely different opcodes, despite having
977 identical-looking syntaxes.
979 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
980 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
981 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
982 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
983 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
984 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
985 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
986 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
988 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
989 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
990 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
991 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
992 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
993 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
995 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
996 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
997 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
998 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
999 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1000 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1001 \e{everything} is a label.
1003 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1004 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1005 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1006 portion outside square brackets and another portion inside. The
1007 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1008 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1011 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1013 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1014 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1015 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1016 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1017 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1018 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1019 \c{mov word [var],2}.
1021 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1022 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1023 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1024 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1025 the strings being manipulated.
1028 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1030 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1031 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1032 choose to put in your segment registers, and will never
1033 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1036 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1038 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1039 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1040 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1041 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1042 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1043 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1044 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1045 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1046 track of which external variable definitions are far and which are
1047 near.
1050 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1052 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1053 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1054 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1055 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1057 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1058 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1059 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1060 on a misunderstanding by the authors.
1063 \S{qsother} Other Differences
1065 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1066 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1068 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1069 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1070 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1071 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1072 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1073 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1074 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1076 In addition to all of this, macros and directives work completely
1077 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1078 details.
1081 \C{lang} The NASM Language
1083 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1085 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1086 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1087 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1089 \c label:    instruction operands        ; comment
1091 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1092 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1093 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1094 presence and nature of the instruction field.
1096 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1097 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1098 backslash-ended line.
1100 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1101 have white space before them, or instructions may have no space
1102 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1103 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1104 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1105 valid source line which does nothing but define a label. Running
1106 NASM with the command-line option
1107 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1108 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1110 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1111 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1112 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1113 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1114 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1115 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1116 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1117 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1118 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1119 an identifier is 4095 characters.
1121 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1122 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1123 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1124 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1125 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1126 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1127 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1128 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1129 override}segment register as an instruction prefix: coding
1130 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1131 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1132 syntactic features of the language, but for instructions such as
1133 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1134 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1135 \c{es lodsb}.
1137 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1138 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1139 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1141 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1142 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1144 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1145 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1146 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1147 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1148 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1149 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1151 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1152 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1153 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1154 \# Details of
1155 \# all forms of each supported instruction are given in
1156 \# \k{iref}.
1157 For example, you can code:
1159 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1160 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1162 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1163 \c         fadd    to st1          ; so does this
1165 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1166 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1167 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1170 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1172 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1173 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1174 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1175 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1176 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1177 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1178 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1179 prefix.
1182 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1184 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1185 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1186 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1187 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1189 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1190 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1191 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1192 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1193 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1194 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1195 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1196 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1197 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1198 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1199 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1200 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1201 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1203 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1206 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1208 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1209 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1210 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1211 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1212 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1213 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1214 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1215 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1216 expression}: see \k{crit}.
1218 For example:
1220 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1221 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1222 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1223 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1225 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1227 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1228 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1229 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1230 directly into a game executable file. It can be called in one of
1231 these three ways:
1233 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1234 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1235 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1236 \c                                    ; actually include at most 512
1238 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1239 macro version searches for the file in the include file search path
1240 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1241 overridden if desired.
1244 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1246 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1247 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1248 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1249 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1250 example,
1252 \c message         db      'hello, world'
1253 \c msglen          equ     $-message
1255 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1256 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1257 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1258 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1259 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1260 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1261 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1262 (\k{crit}).
1265 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1267 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1268 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1269 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1270 code
1272 \c zerobuf:        times 64 db 0
1274 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1275 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1276 \e{expression}, so you can do things like
1278 \c buffer: db      'hello, world'
1279 \c         times 64-$+buffer db ' '
1281 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1282 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1283 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1285 \c         times 100 movsb
1287 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1288 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1289 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1291 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1292 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1294 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1295 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1296 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1297 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1298 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1301 \H{effaddr} Effective Addresses
1303 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1304 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1305 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1306 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1307 example:
1309 \c wordvar dw      123
1310 \c         mov     ax,[wordvar]
1311 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1312 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1314 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1315 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1317 More complicated effective addresses, such as those involving more
1318 than one register, work in exactly the same way:
1320 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1321 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1323 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1324 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1325 all right:
1327 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1328 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1330 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1331 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1332 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1333 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1334 generate the latter on the grounds that the former requires four
1335 bytes to store a zero offset.
1337 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1338 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1339 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1340 default segment registers.
1342 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1343 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1344 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1345 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1346 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1347 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1348 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1349 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1350 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1351 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1352 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1354 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1355 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1356 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1357 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1358 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1359 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1360 the offset to be lost.
1362 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1363 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1364 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1365 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1366 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1367 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1369 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1370 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1371 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1372 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1375 \H{const} \i{Constants}
1377 NASM understands four different types of constant: numeric,
1378 character, string and floating-point.
1381 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1383 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1384 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1385 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1386 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1387 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1388 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1389 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1390 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1392 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1393 up long strings.
1395 Some examples:
1397 \c         mov     ax,100          ; decimal
1398 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1399 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1400 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1401 \c         mov     ax,777q         ; octal
1402 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1403 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1404 \c         mov     ax,1001_0011b   ; same binary constant
1407 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1409 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1410 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1411 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1412 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1413 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1414 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1415 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1418 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1420 \c       \'          single quote (')
1421 \c       \"          double quote (")
1422 \c       \`          backquote (`)
1423 \c       \\\          backslash (\)
1424 \c       \?          question mark (?)
1425 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1426 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1427 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1428 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1429 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1430 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1431 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1432 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1433 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1434 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1435 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1436 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1438 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1439 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1440 sequence.
1442 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1443 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1445 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1446 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1447 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1450 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1452 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1453 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1455 A character constant with more than one byte will be arranged
1456 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1458 \c           mov eax,'abcd'
1460 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1461 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1462 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1463 the sense of character constants understood by the Pentium's
1464 \i\c{CPUID} instruction.
1467 \S{strconst} \i{String Constants}
1469 String constants are character strings used in the context of some
1470 pseudo-instructions, namely the
1471 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1472 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1473 certain preprocessor directives.
1475 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1476 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1477 for the conditions. So the following are equivalent:
1479 \c       db    'hello'               ; string constant
1480 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1482 And the following are also equivalent:
1484 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1485 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1486 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1488 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1489 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1490 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1491 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1492 or four-character constants are treated as strings when they are
1493 operands to \c{DW}, and so forth.
1495 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1497 The special operators \i\c{__utf16__} and \i\c{__utf32__} allows
1498 definition of Unicode strings.  They take a string in UTF-8 format and
1499 converts it to (littleendian) UTF-16 or UTF-32, respectively.
1501 For example:
1503 \c %define u(x) __utf16__(x)
1504 \c %define w(x) __utf32__(x)
1506 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1507 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1509 \c{__utf16__} and \c{__utf32__} can be applied either to strings
1510 passed to the \c{DB} family instructions, or to character constants in
1511 an expression context.  
1513 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1515 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1516 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1517 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1518 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1519 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1520 \i\c{__float128h__}.
1522 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1523 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1524 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1525 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1526 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1527 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1528 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1529 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1530 notation.
1532 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1533 floating-point constants as well.
1535 Some examples:
1537 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1538 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1539 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1540 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1541 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1542 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1543 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1544 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1545 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1546 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1547 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1549 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1550 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1551 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1552 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1553 called a "\i{minifloat}."
1555 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1556 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1557 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1558 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1559 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1560 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1561 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1562 floating-point number, respectively.
1564 For example:
1566 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1568 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1569 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1571 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1573 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1574 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1575 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1576 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1577 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1578 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1579 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1580 of floating-point routines, which would significantly increase the
1581 size of the assembler for very little benefit.
1583 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1584 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1585 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1586 respectively.  These are normally used as macros:
1588 \c %define Inf __Infinity__
1589 \c %define NaN __QNaN__
1591 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1593 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1595 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1596 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1597 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1599 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1600 digits.
1602 For example:
1604 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1605 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1606 \c       dt +0p33
1607 \c       dt 33p
1610 \H{expr} \i{Expressions}
1612 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1613 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1614 appropriate size.
1616 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1617 calculations to involve the current assembly position: the
1618 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1619 position at the beginning of the line containing the expression; so
1620 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1621 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1622 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1624 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1625 increasing order of \i{precedence}.
1628 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1630 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1631 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1632 arithmetic operator supported by NASM.
1635 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1637 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1640 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1642 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1645 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1647 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1648 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1649 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1650 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1651 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1654 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1655 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1657 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1658 subtraction.
1661 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1662 \i{Multiplication} and \i{Division}
1664 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1665 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1666 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1667 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1668 \i{signed modulo} operators respectively.
1670 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1671 operation of the signed modulo operator.
1673 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1674 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1675 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1678 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1679 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1681 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1682 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1683 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1684 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1685 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1686 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1689 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1691 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1692 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1693 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1694 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1696 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1697 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1698 the symbol makes sense. So the code
1700 \c         mov     ax,seg symbol
1701 \c         mov     es,ax
1702 \c         mov     bx,symbol
1704 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1706 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1707 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1708 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1709 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1710 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1712 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1713 \c         mov     es,ax
1714 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1716 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1717 pointer to the symbol \c{symbol}.
1719 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1720 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1721 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1722 could code either of
1724 \c         call    (seg procedure):procedure
1725 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1727 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1728 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1729 practice.)
1731 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1732 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1733 to \c{CALL} in these examples.
1735 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1736 must code
1738 \c         dw      symbol, seg symbol
1740 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1741 invent one using the macro processor.
1744 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1746 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1747 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1748 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1749 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1750 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1751 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1752 in \c{BITS 16} mode,
1754 \c         push dword 33
1756 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1758 \c         push strict dword 33
1760 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1761 21 00 00 00}.
1763 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1764 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1767 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1769 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1770 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1771 called \e{Critical Expressions}.
1773 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1774 code and data, so that the second pass, when generating all the
1775 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1776 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1777 symbol declared after the code in question. For example,
1779 \c         times (label-$) db 0
1780 \c label:  db      'Where am I?'
1782 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1783 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1784 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1785 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1786 code
1788 \c         times (label-$+1) db 0
1789 \c label:  db      'NOW where am I?'
1791 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1792 wrong!
1794 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1795 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1796 value is required to be computable in the first pass, and which must
1797 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1798 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1799 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1800 also critical expressions.
1802 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1803 the following code.
1805 \c                 mov     ax,symbol1
1806 \c symbol1         equ     symbol2
1807 \c symbol2:
1809 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1810 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1811 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1812 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1813 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1814 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1815 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1817 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1818 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1819 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1821 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1822 this code fragment.
1824 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1825 \c offset  equ     10
1827 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1828 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1829 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1830 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1831 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1832 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1833 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1834 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1835 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1836 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1837 generated in this case is not as small as it could have been. This
1838 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1839 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1840 ebx+offset]}.
1842 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1843 no longer true (see \k{opt-On}).
1845 \H{locallab} \i{Local Labels}
1847 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1848 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1849 label, which means that it is associated with the previous non-local
1850 label. So, for example:
1852 \c label1  ; some code
1854 \c .loop
1855 \c         ; some more code
1857 \c         jne     .loop
1858 \c         ret
1860 \c label2  ; some code
1862 \c .loop
1863 \c         ; some more code
1865 \c         jne     .loop
1866 \c         ret
1868 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1869 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1870 are kept separate by virtue of each being associated with the
1871 previous non-local label.
1873 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1874 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1875 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1876 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1877 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1878 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1879 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1880 to, you could write
1882 \c label3  ; some more code
1883 \c         ; and some more
1885 \c         jmp label1.loop
1887 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1888 define a label which can be referenced from anywhere but which
1889 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1890 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1891 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1892 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1893 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1894 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1895 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1896 to the local label mechanism. So you could code
1898 \c label1:                         ; a non-local label
1899 \c .local:                         ; this is really label1.local
1900 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1901 \c label2:                         ; another non-local label
1902 \c .local:                         ; this is really label2.local
1904 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1906 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1907 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1908 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1911 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1913 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1914 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1915 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1916 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1917 sign.
1919 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1920 character into a single line.  Thus:
1922 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1923 \c         THIS_VALUE
1925 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1926 sequence.
1928 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1930 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1932 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1933 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1934 things like
1936 \c %define ctrl    0x1F &
1937 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1939 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1941 which will expand to
1943 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1945 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1946 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1947 not at definition time. Thus the code
1949 \c %define a(x)    1+b(x)
1950 \c %define b(x)    2*x
1952 \c         mov     ax,a(8)
1954 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1955 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1957 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1958 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1959 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1960 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1961 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1962 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1963 \c{bar}.
1965 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1966 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1967 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1968 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1969 Hence, if you code
1971 \c %define a(x)    1+a(x)
1973 \c         mov     ax,a(3)
1975 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1976 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1977 for an example of its use.
1979 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1980 macros: if you write
1982 \c %define foo(x)   1+x
1983 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1985 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1986 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1987 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1988 you define
1990 \c %define foo bar
1992 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1993 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1994 \e{with} parameters, and vice versa.
1996 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1997 perfectly well define a macro with
1999 \c %define foo bar
2001 and then re-define it later in the same source file with
2003 \c %define foo baz
2005 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2006 according to the most recent definition. This is particularly useful
2007 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2009 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2010 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2013 \S{xdefine} Enhancing \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2015 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2016 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
2017 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
2018 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
2019 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2021 Suppose you have the following code:
2023 \c %define  isTrue  1
2024 \c %define  isFalse isTrue
2025 \c %define  isTrue  0
2027 \c val1:    db      isFalse
2029 \c %define  isTrue  1
2031 \c val2:    db      isFalse
2033 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2034 This is because, when a single-line macro is defined using
2035 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2036 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2037 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2038 time it is 1.
2040 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2041 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2042 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2044 \c %xdefine isTrue  1
2045 \c %xdefine isFalse isTrue
2046 \c %xdefine isTrue  0
2048 \c val1:    db      isFalse
2050 \c %xdefine isTrue  1
2052 \c val2:    db      isFalse
2054 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2055 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2056 the time that \c{isFalse} was defined.
2059 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2061 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2062 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2063 several similar macros that perform similar functions.
2065 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2066 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2068 As an example, consider the following:
2070 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2072 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2073 \c         .COM1addr       RESW    1
2074 \c         .COM2addr       RESW    1
2075 \c         ; ..and so on
2076 \c endstruc
2078 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2079 we can end up with:
2081 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2082 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2084 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2085 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2087 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2089 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2091 Now the above code can be written as:
2093 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2094 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2096 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2097 in turn, reduce typing errors).
2100 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2102 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2103 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2104 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2105 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2106 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2107 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2109 For example:
2111 \c %idefine Foo mov %?,%??
2113 \c         foo
2114 \c         FOO
2116 will expand to:
2118 \c         mov foo,Foo
2119 \c         mov FOO,Foo
2121 The sequence:
2123 \c %idefine keyword $%?
2125 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2126 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2128 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2130 \S{undef} Undefining Macros: \i\c{%undef}
2132 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2133 example, the following sequence:
2135 \c %define foo bar
2136 \c %undef  foo
2138 \c         mov     eax, foo
2140 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2141 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2143 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2144 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2145 \k{opt-u}.
2148 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2150 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2151 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2152 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2153 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2155 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2156 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2157 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2158 \c{%assign} directive is processed.
2160 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2161 later, so you can do things like
2163 \c %assign i i+1
2165 to increment the numeric value of a macro.
2167 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2168 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2169 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2171 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2172 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2173 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2174 involving a register).
2177 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2179 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2180 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2181 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2182 before definition.
2184 For example:
2186 \c %defstr test TEST
2188 is equivalent to
2190 \c %define test 'TEST'
2192 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2193 \k{getenv}):
2195 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2198 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2200 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2201 supports two simple string handling macro operators from which
2202 more complex operations can be constructed.
2204 All the string operators define or redefine a value (either a string
2205 or a numeric value) to a single-line macro.
2207 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2209 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2210 a single-line macro.  In doing so, it may change the type of quotes
2211 and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings in order to
2212 make sure the string is still a valid quoted string.
2214 For example:
2216 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2218 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2219 Similarly:
2221 \c %strcat beta '"', "'"
2223 ... would assign the value \c{`"'`} to \c{beta}.
2225 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2228 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2230 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2231 For example:
2233 \c %strlen charcnt 'my string'
2235 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2236 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2237 was a literal string but it could also have been a single-line
2238 macro that expands to a string, as in the following example:
2240 \c %define sometext 'my string'
2241 \c %strlen charcnt sometext
2243 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2244 assigned the value of 9.
2247 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2249 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2250 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2251 than the description:
2253 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2254 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2255 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2256 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2257 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2258 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2260 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2261 single-line macro to be created and the second is the string. The
2262 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2263 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2264 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2265 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2266 values out of range result in an empty string.  A negative length
2267 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2268 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2271 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2273 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2274 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2275 this.
2277 \c %macro  prologue 1
2279 \c         push    ebp
2280 \c         mov     ebp,esp
2281 \c         sub     esp,%1
2283 \c %endmacro
2285 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2286 invoke the macro with a call such as
2288 \c myfunc:   prologue 12
2290 which would expand to the three lines of code
2292 \c myfunc: push    ebp
2293 \c         mov     ebp,esp
2294 \c         sub     esp,12
2296 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2297 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2298 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2299 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2300 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2301 \c{%3} and so on.
2303 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2304 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2306 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2307 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2308 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2309 things like
2311 \c %macro  silly 2
2313 \c     %2: db      %1
2315 \c %endmacro
2317 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2318 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2319 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2322 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2324 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2325 defining the same macro name several times with different numbers of
2326 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2327 parameters at all. So you could define
2329 \c %macro  prologue 0
2331 \c         push    ebp
2332 \c         mov     ebp,esp
2334 \c %endmacro
2336 to define an alternative form of the function prologue which
2337 allocates no local stack space.
2339 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2340 instruction; for example, you might want to define
2342 \c %macro  push 2
2344 \c         push    %1
2345 \c         push    %2
2347 \c %endmacro
2349 so that you could code
2351 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2352 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2354 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2355 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2356 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2357 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2358 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2359 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2362 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2364 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2365 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2366 calling the same macro multiple times will use a different label
2367 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2368 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2369 flag is set by doing this:
2371 \c %macro  retz 0
2373 \c         jnz     %%skip
2374 \c         ret
2375 \c     %%skip:
2377 \c %endmacro
2379 You can call this macro as many times as you want, and every time
2380 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2381 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2382 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2383 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2384 interfering with the local label mechanism, as described in
2385 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2386 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2387 they interfere with macro-local labels.
2390 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2392 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2393 command line into one parameter definition, possibly after
2394 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2395 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2396 you might want to be able to write
2398 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2400 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2401 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2402 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2403 the last defined one along with the separating commas. So if you
2404 code:
2406 \c %macro  writefile 2+
2408 \c         jmp     %%endstr
2409 \c   %%str:        db      %2
2410 \c   %%endstr:
2411 \c         mov     dx,%%str
2412 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2413 \c         mov     bx,%1
2414 \c         mov     ah,0x40
2415 \c         int     0x21
2417 \c %endmacro
2419 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2420 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2421 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2422 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2423 \c{db}.
2425 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2426 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2427 \c{%macro} line.
2429 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2430 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2431 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2432 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2433 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2434 into account when overloading macros, and will not allow you to
2435 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2436 example).
2438 Of course, the above macro could have been implemented as a
2439 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2440 look like
2442 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2444 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2445 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2446 definition.
2448 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2451 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2453 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2454 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2455 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2457 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2459 \c         writefile 2,%1
2460 \c         mov     ax,0x4c01
2461 \c         int     0x21
2463 \c %endmacro
2465 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2466 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2467 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2468 called with no parameters, in which case it will use the default
2469 error message supplied in the macro definition.
2471 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2472 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2473 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2474 optional ones. So if a macro definition began with the line
2476 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2478 then it could be called with between one and three parameters, and
2479 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2480 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2481 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2483 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2484 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2485 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2486 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2487 parameters were really passed to the macro call.
2489 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2490 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2491 and more useful, by changing the first line of the definition to
2493 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2495 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2496 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2497 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2500 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2502 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2503 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2504 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2505 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2506 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2509 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2511 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2512 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2513 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2514 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2515 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2516 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2518 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2519 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2520 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2521 argument list reappear on the right, and vice versa.
2523 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2524 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2525 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2526 parameters are rotated to the right.
2528 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2529 restore a set of registers might work as follows:
2531 \c %macro  multipush 1-*
2533 \c   %rep  %0
2534 \c         push    %1
2535 \c   %rotate 1
2536 \c   %endrep
2538 \c %endmacro
2540 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2541 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2542 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2543 one place to the left, so that the original second argument is now
2544 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2545 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2546 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2548 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2549 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2550 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2552 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2553 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2554 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2555 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2556 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2557 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2558 order from the one in which they were pushed.
2560 This can be done by the following definition:
2562 \c %macro  multipop 1-*
2564 \c   %rep %0
2565 \c   %rotate -1
2566 \c         pop     %1
2567 \c   %endrep
2569 \c %endmacro
2571 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2572 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2573 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2574 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2575 iterated through in reverse order.
2578 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2580 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2581 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2582 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2583 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2584 something like
2586 \c %macro keytab_entry 2
2588 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2589 \c                 db      %2
2591 \c %endmacro
2593 \c keytab:
2594 \c           keytab_entry F1,128+1
2595 \c           keytab_entry F2,128+2
2596 \c           keytab_entry Return,13
2598 which would expand to
2600 \c keytab:
2601 \c keyposF1        equ     $-keytab
2602 \c                 db     128+1
2603 \c keyposF2        equ     $-keytab
2604 \c                 db      128+2
2605 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2606 \c                 db      13
2608 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2609 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2611 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2612 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2613 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2614 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2615 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2616 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2617 (literal text to be concatenated to the parameter).
2619 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2620 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2621 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2622 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2623 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2624 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2625 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2626 real names of macro-local labels means that the two usages
2627 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2628 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2631 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2633 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2634 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2635 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2636 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2637 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2638 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2639 condition code.
2641 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2642 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2643 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2644 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2646 \c %macro  retc 1
2648 \c         j%-1    %%skip
2649 \c         ret
2650 \c   %%skip:
2652 \c %endmacro
2654 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2655 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2656 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2657 \c{JPE}.
2659 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2660 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2661 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2662 because no inverse condition code exists.
2665 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2667 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2668 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2669 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2670 see which instructions in the macro expansion are generating what
2671 code; however, for some macros this clutters the listing up
2672 unnecessarily.
2674 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2675 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2676 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2677 the number of parameters, like this:
2679 \c %macro foo 1.nolist
2681 Or like this:
2683 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2685 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2687 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2688 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2689 syntax of this feature looks like this:
2691 \c %if<condition>
2692 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2693 \c %elif<condition2>
2694 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2695 \c %else
2696 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2697 \c %endif
2699 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2701 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2702 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2704 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2705 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2706 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2707 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2709 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2710 single-line macro existence}
2712 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2713 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2714 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2715 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2717 For example, when debugging a program, you might want to write code
2718 such as
2720 \c           ; perform some function
2721 \c %ifdef DEBUG
2722 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2723 \c %endif
2724 \c           ; go and do something else
2726 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2727 version of the program which produced debugging messages, and remove
2728 the option to generate the final release version of the program.
2730 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2731 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2732 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2733 \i\c{%elifndef}.
2736 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2737 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2739 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2740 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2742 For example, you may be working with a large project and not have control
2743 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2744 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2745 does exist.
2747 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2748 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2750 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2752 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2754 \c %else
2756 \c      %macro MyMacro 1-3
2758 \c              ; insert code to define the macro
2760 \c      %endmacro
2762 \c %endif
2764 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2765 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2766 conflict.
2768 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2769 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2770 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2773 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2774 stack}
2776 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2777 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2778 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2779 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2780 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2782 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2783 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2786 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2787 arbitrary numeric expressions}
2789 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2790 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2791 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2792 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2793 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2795 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2796 a critical expression (see \k{crit}).
2798 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2799 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2800 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2801 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2802 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2803 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2804 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2805 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2806 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2807 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2808 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2809 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2810 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2811 for true and 0 for false.
2813 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2814 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2816 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2817 Identity\I{testing, exact text identity}
2819 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2820 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2821 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2822 Differences in white space are not counted.
2824 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2826 For example, the following macro pushes a register or number on the
2827 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2829 \c %macro  pushparam 1
2831 \c   %ifidni %1,ip
2832 \c         call    %%label
2833 \c   %%label:
2834 \c   %else
2835 \c         push    %1
2836 \c   %endif
2838 \c %endmacro
2840 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2841 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2842 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2843 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2845 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2846 Types\I{testing, token types}
2848 Some macros will want to perform different tasks depending on
2849 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2850 example, a string output macro might want to be able to cope with
2851 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2852 string.
2854 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2855 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2856 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2857 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2858 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2860 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2861 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2863 \c %macro writefile 2-3+
2865 \c   %ifstr %2
2866 \c         jmp     %%endstr
2867 \c     %if %0 = 3
2868 \c       %%str:    db      %2,%3
2869 \c     %else
2870 \c       %%str:    db      %2
2871 \c     %endif
2872 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2873 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2874 \c   %else
2875 \c                 mov     dx,%2
2876 \c                 mov     cx,%3
2877 \c   %endif
2878 \c                 mov     bx,%1
2879 \c                 mov     ah,0x40
2880 \c                 int     0x21
2882 \c %endmacro
2884 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2885 the following two ways:
2887 \c         writefile [file], strpointer, length
2888 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2890 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2891 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2892 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2893 it itself and works out the address and length for itself.
2895 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2896 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2897 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2898 which case, all but the first two would be lumped together into
2899 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2901 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
2902 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
2903 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
2904 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2906 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
2908 Some macros will want to do different things depending on if it is
2909 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2910 versus a multi-token sequence.
2912 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2913 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2914 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2916 For example:
2918 \c %iftoken 1
2920 will assemble the subsequent code, but
2922 \c %iftoken -1
2924 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
2925 \c{-}, and the number \c{1}.
2927 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2928 variants are also provided.
2930 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
2932 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2933 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2934 any tokens at all, whitespace excepted.
2936 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2937 variants are also provided.
2939 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2941 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2942 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2943 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2944 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2946 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2947 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2948 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2949 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2951 \c %assign i 0
2952 \c %rep    64
2953 \c         inc     word [table+2*i]
2954 \c %assign i i+1
2955 \c %endrep
2957 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2958 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2959 \c{[table+126]}.
2961 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2962 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2963 terminate the loop, like this:
2965 \c fibonacci:
2966 \c %assign i 0
2967 \c %assign j 1
2968 \c %rep 100
2969 \c %if j > 65535
2970 \c     %exitrep
2971 \c %endif
2972 \c         dw j
2973 \c %assign k j+i
2974 \c %assign i j
2975 \c %assign j k
2976 \c %endrep
2978 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2980 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2981 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2982 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2983 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2984 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2985 be gradually used up and other applications to start crashing.
2988 \H{files} Source Files and Dependencies
2990 These commands allow you to split your sources into multiple files.
2992 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files} 
2994 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2995 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2996 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2998 \c %include "macros.mac"
3000 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3001 file containing the \c{%include} directive.
3003 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3004 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3005 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3006 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3007 line using the \c{-i} option.
3009 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3010 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3011 the form
3013 \c %ifndef MACROS_MAC
3014 \c     %define MACROS_MAC
3015 \c     ; now define some macros
3016 \c %endif
3018 then including the file more than once will not cause errors,
3019 because the second time the file is included nothing will happen
3020 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3022 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3023 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3024 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3027 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3029 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3030 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3031 be the include-path-resolved verson of the filename, if the file
3032 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3034 For example,
3036 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3038 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3039 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3042 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3044 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3045 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3046 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3048 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3049 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3050 \c{INCBIN} directive looks like:
3052 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3053 \c %pathsearch dep %1
3054 \c %depend dep
3055 \c         incbin dep,%2
3056 \c %endmacro
3058 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3059 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3060 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3063 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3065 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3066 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3067 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3068 described in \k{macropkg}.
3070 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3071 directive do not require quotes, but quotes are permitted; using
3072 quotes will prevent unwanted macro expansion.  Thus, the following
3073 lines are equivalent, unless \c{altreg} is defined as a macro:
3075 \c %use altreg
3076 \c %use 'altreg'
3078 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3079 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3080 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3082 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3084 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3085 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3086 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3087 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3088 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3089 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3090 able to nest these loops.
3092 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3093 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3094 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3095 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3096 define labels that are local to a particular context on the stack.
3099 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3100 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3102 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3103 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
3104 which is the name of the context. For example:
3106 \c %push    foobar
3108 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
3109 have several contexts on the stack with the same name: they can
3110 still be distinguished.
3112 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
3113 context from the context stack and destroys it, along with any
3114 labels associated with it.
3117 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3119 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3120 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3121 is used to define a label which is local to the context on the top
3122 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3123 above could be implemented by means of:
3125 \c %macro repeat 0
3127 \c     %push   repeat
3128 \c     %$begin:
3130 \c %endmacro
3132 \c %macro until 1
3134 \c         j%-1    %$begin
3135 \c     %pop
3137 \c %endmacro
3139 and invoked by means of, for example,
3141 \c         mov     cx,string
3142 \c         repeat
3143 \c         add     cx,3
3144 \c         scasb
3145 \c         until   e
3147 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3148 in \c{AL}.
3150 If you need to define, or access, labels local to the context
3151 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3152 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3155 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3157 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3158 a particular context, in just the same way:
3160 \c %define %$localmac 3
3162 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3163 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3164 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3167 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3169 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3170 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3171 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3172 have the side effect of destroying all context-local labels and
3173 macros associated with the context that was just popped.
3175 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3176 with a different name, without touching the associated macros and
3177 labels. So you could replace the destructive code
3179 \c %pop
3180 \c %push   newname
3182 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3185 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3187 This example makes use of almost all the context-stack features,
3188 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3189 implement a block IF statement as a set of macros.
3191 \c %macro if 1
3193 \c     %push if
3194 \c     j%-1  %$ifnot
3196 \c %endmacro
3198 \c %macro else 0
3200 \c   %ifctx if
3201 \c         %repl   else
3202 \c         jmp     %$ifend
3203 \c         %$ifnot:
3204 \c   %else
3205 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3206 \c   %endif
3208 \c %endmacro
3210 \c %macro endif 0
3212 \c   %ifctx if
3213 \c         %$ifnot:
3214 \c         %pop
3215 \c   %elifctx      else
3216 \c         %$ifend:
3217 \c         %pop
3218 \c   %else
3219 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3220 \c   %endif
3222 \c %endmacro
3224 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3225 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3226 that the macros are issued in the right order (for example, not
3227 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3228 not.
3230 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3231 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3232 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3233 to do different things depending on whether the context on top of
3234 the stack is \c{if} or \c{else}.
3236 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3237 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3238 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3239 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3240 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3242 A sample usage of these macros might look like:
3244 \c         cmp     ax,bx
3246 \c         if ae
3247 \c                cmp     bx,cx
3249 \c                if ae
3250 \c                        mov     ax,cx
3251 \c                else
3252 \c                        mov     ax,bx
3253 \c                endif
3255 \c         else
3256 \c                cmp     ax,cx
3258 \c                if ae
3259 \c                        mov     ax,cx
3260 \c                endif
3262 \c         endif
3264 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3265 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3266 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3267 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3270 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3272 The following preprocessor directives provide a way to use
3273 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3275 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3277 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3279 \b\c{%local}  (see \k{local})
3282 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3284 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3285 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3286 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3288 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3289 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3290 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3291 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3293 \c some_function:
3295 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3296 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3297 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3299 \c         mov     ax,[i]
3300 \c         mov     bx,[j_ptr]
3301 \c         add     ax,[bx]
3302 \c         ret
3304 \c     %pop                       ; restore original context
3306 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3307 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3308 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3309 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3312 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3314 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3315 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3316 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3317 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3318 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3320 \c %stacksize flat
3322 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3323 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3324 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3326 \c %stacksize flat64
3328 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3329 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3330 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3332 \c %stacksize large
3334 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3335 assumes that a far form of call was used to get to this address
3336 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3338 \c %stacksize small
3340 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3341 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3342 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3343 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3344 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3345 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3346 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3347 (see \k{local}).
3350 \S{local} \i\c{%local} Directive
3352 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3353 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3354 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3355 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3356 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3357 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3358 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3359 instruction.
3360 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3361 An example of its use is the following:
3363 \c silly_swap:
3365 \c     %push mycontext             ; save the current context
3366 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3367 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3368 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3370 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3371 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3372 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3373 \c         mov     ax,bx
3374 \c         mov     dx,cx
3375 \c         mov     bx,[old_ax]
3376 \c         mov     cx,[old_dx]
3377 \c         leave                   ; restore old bp
3378 \c         ret                     ;
3380 \c     %pop                        ; restore original context
3382 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3383 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3384 current context before the \c{%local} directive may be used.
3385 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3386 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3387 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3388 as shown in the example.
3391 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error} and \i\c{%warning}
3393 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3394 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3395 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3396 right macros by means of code like this:
3398 \c %ifdef F1
3399 \c     ; do some setup
3400 \c %elifdef F2
3401 \c     ; do some different setup
3402 \c %else
3403 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3404 \c %endif
3406 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3407 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3408 having to wait until the program crashes on being run and then not
3409 knowing what went wrong.
3411 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3413 \c %ifdef F1
3414 \c     ; do some setup
3415 \c %elifdef F2
3416 \c     ; do some different setup
3417 \c %else
3418 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3419 \c     %define F1
3420 \c %endif
3422 It is optional for the message string after \c{%error} or \c{%warning}
3423 to be quoted.
3426 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3428 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3429 information from external sources. Currently they include:
3431 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3432 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3434 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of the cpp
3435 C language preprocessor (see \k{line}).
3437 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3438 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3440 \S{line} \i\c{%line} Directive
3442 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3443 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3444 this other file would be an original source file, with the current
3445 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3446 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3447 number of the original source file, instead of the file that is being
3448 read by NASM.
3450 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3451 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3452 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3454 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3456 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3457 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3458 which specifies a line increment value; each line of the input file
3459 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3460 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3461 specifies the file name of the original source file.
3463 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3464 all file name and line numbers relative to the values specified
3465 therein.
3468 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3470 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3471 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3472 to store the contents of an environment variable into a string, which
3473 could be used at some other point in your code.
3475 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3476 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3477 could do that as follows:
3479 \c %defstr FOO    %!FOO
3481 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3484 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3486 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3487 when it starts to process any source file. If you really need a
3488 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3489 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3490 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3492 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3493 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3494 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3495 described here.
3498 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3500 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3501 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3502 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3503 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3504 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3505 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3506 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3508 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3509 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3512 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3514 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3515 representing the full version number of the version of nasm being used.
3516 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3517 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3518 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3519 would be equivalent to:
3521 \c         dd      0x00622001
3525 \c         db      1,32,98,0
3527 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3528 line is used just to give an indication of the order that the separate
3529 values will be present in memory.
3532 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3534 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3535 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3537 \c         db      __NASM_VER__
3539 would expand to
3541 \c         db      "0.98.32"
3544 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3546 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3547 name and line number containing the current instruction. The macro
3548 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3549 current input file (which may change through the course of assembly
3550 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3551 numeric constant giving the current line number in the input file.
3553 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3554 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3555 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3556 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3557 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3558 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3559 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3560 here'. You could then write a macro
3562 \c %macro  notdeadyet 0
3564 \c         push    eax
3565 \c         mov     eax,__LINE__
3566 \c         call    stillhere
3567 \c         pop     eax
3569 \c %endmacro
3571 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3572 find the crash point.
3575 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3577 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3578 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3579 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3580 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3581 mode-dependent macros.
3583 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3585 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3586 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3587 list.
3589 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3590 \c  %define NEWLINE 13, 10
3591 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3592 \c  %define NEWLINE 10
3593 \c %endif
3596 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3598 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3599 assembly session.
3601 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3602 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3603 respectively.)
3605 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3606 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3607 \c{HHMMSS} respectively.
3609 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3610 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3611 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3612 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3614 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3615 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3616 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3617 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3618 undefined.
3620 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3621 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3622 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3623 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3624 local time as if it was UTC.
3626 All instances of time and date macros in the same assembly session
3627 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3628 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3629 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3630 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3631 clock:
3633 \c __DATE__             "2010-01-01"
3634 \c __TIME__             "00:00:42"
3635 \c __DATE_NUM__         20100101
3636 \c __TIME_NUM__         000042
3637 \c __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3638 \c __UTC_TIME__         "21:00:42"
3639 \c __UTC_DATE_NUM__     20091231
3640 \c __UTC_TIME_NUM__     210042
3641 \c __POSIX_TIME__       1262293242
3644 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3645 Include Test
3647 When a standard macro package is included with the \c{%use} directive
3648 (see \k{use}), a single-line macro of the form
3649 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3650 testing if a particular package is invoked or not.
3652 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3653 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3656 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3658 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3659 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3660 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3661 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3663 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3664 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3665 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3666 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3667 issued, you are defining the structure, and should define fields
3668 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3669 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3671 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3672 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3674 \c struc   mytype
3676 \c   mt_long:      resd    1
3677 \c   mt_word:      resw    1
3678 \c   mt_byte:      resb    1
3679 \c   mt_str:       resb    32
3681 \c endstruc
3683 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3684 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3685 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3686 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3688 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3689 effect of allowing structures to work with the local label
3690 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3691 more than one structure, you can define the above structure like this:
3693 \c struc mytype
3695 \c   .long:        resd    1
3696 \c   .word:        resw    1
3697 \c   .byte:        resb    1
3698 \c   .str:         resb    32
3700 \c endstruc
3702 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3703 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3705 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3706 support any form of period notation to refer to the elements of a
3707 structure once you have one (except the above local-label notation),
3708 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3709 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3710 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3711 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3714 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3715 \i{Instances of Structures}
3717 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3718 to do is to declare instances of that structure in your data
3719 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3720 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3721 you code something like this:
3723 \c mystruc:
3724 \c     istruc mytype
3726 \c         at mt_long, dd      123456
3727 \c         at mt_word, dw      1024
3728 \c         at mt_byte, db      'x'
3729 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3731 \c     iend
3733 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3734 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3735 specified structure field, and then to declare the specified data.
3736 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3737 they were specified in the structure definition.
3739 If the data to go in a structure field requires more than one source
3740 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3741 the \c{AT} line. For example:
3743 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3744 \c                     db      190,100,0
3746 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3747 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3748 line:
3750 \c         at mt_str
3751 \c                 db      'hello, world'
3752 \c                 db      13,10,0
3755 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3757 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3758 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3759 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3760 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3762 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3763 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3764 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3765 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3766 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3768 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3769 both compute the number of additional bytes required to bring the
3770 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3771 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3772 perform the alignment.
3774 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3775 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3776 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3777 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3778 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3779 except for special purposes.
3781 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3782 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3783 power of two, or if their second argument generates more than one
3784 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3785 thing.
3787 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3788 be used within structure definitions:
3790 \c struc mytype2
3792 \c   mt_byte:
3793 \c         resb 1
3794 \c         alignb 2
3795 \c   mt_word:
3796 \c         resw 1
3797 \c         alignb 4
3798 \c   mt_long:
3799 \c         resd 1
3800 \c   mt_str:
3801 \c         resb 32
3803 \c endstruc
3805 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3806 relative to the base of the structure.
3808 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3809 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3810 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3811 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3812 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3813 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3814 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3817 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
3819 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
3820 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
3821 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
3822 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
3824 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
3825 quoted or not.
3828 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
3830 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
3831 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
3832 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
3833 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
3834 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
3835 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
3837 Example use:
3839 \c %use altreg
3841 \c proc:
3842 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
3843 \c       ret
3845 See also \k{reg64}.
3848 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3850 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3851 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3852 directives. These are described in this chapter.
3854 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3855 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3856 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3857 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3858 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3859 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3861 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3862 directives are not.
3864 In addition to the universal directives described in this chapter,
3865 each object file format can optionally supply extra directives in
3866 order to control particular features of that file format. These
3867 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3868 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3871 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3873 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3874 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3875 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3876 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3878 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3879 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3880 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3881 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3882 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3883 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3884 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3885 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3887 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3888 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3889 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3890 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3891 device drivers and boot loader software.
3893 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3894 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3895 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3896 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3898 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3899 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3900 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3901 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3902 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3903 need an 0x67.
3905 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3906 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3907 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3909 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3910 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3911 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3912 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3913 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3914 necessary.
3916 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3917 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3918 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3919 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3920 REX prefix is used.
3922 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3923 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3924 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3926 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3928 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3930 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3931 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3934 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3936 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3937 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3938 specify most features directly.  However, this is occationally
3939 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3940 to use.
3942 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3943 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3944 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3945 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3946 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3947 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3949 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3950 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3951 other special functions in 64-bit mode, and generating
3952 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3954 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3956 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3957 Sections}
3959 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3960 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3961 which section of the output file the code you write will be
3962 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3963 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3964 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3965 define a new section, if you try to switch to a section that does
3966 not (yet) exist.
3968 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3969 \k{multisec}, all support
3970 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3971 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3972 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3973 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3974 name that has one.
3977 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3979 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3980 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3981 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3982 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3983 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3984 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3985 it. So the user-level directive
3987 \c         SECTION .text
3989 expands to the two lines
3991 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3992 \c         [SECTION .text]
3994 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3995 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3996 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3998 \c %macro  writefile 2+
4000 \c         [section .data]
4002 \c   %%str:        db      %2
4003 \c   %%endstr:
4005 \c         __SECT__
4007 \c         mov     dx,%%str
4008 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4009 \c         mov     bx,%1
4010 \c         mov     ah,0x40
4011 \c         int     0x21
4013 \c %endmacro
4015 This form of the macro, once passed a string to output, first
4016 switches temporarily to the data section of the file, using the
4017 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4018 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4019 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4020 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4021 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4022 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4023 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4024 code in any of several separate code sections.
4027 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4029 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4030 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4031 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4032 given absolute address. The only instructions you can use in this
4033 mode are the \c{RESB} family.
4035 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4037 \c absolute 0x1A
4039 \c     kbuf_chr    resw    1
4040 \c     kbuf_free   resw    1
4041 \c     kbuf        resw    16
4043 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4044 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4045 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4047 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4048 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4050 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4051 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4053 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4054 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4055 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4056 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4058 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4060 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4062 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4063 \c setup:
4064 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4066 \c absolute setup
4068 \c runtimevar1     resw    1
4069 \c runtimevar2     resd    20
4071 \c tsr_end:
4073 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4074 after the setup has finished running, the space it took up can be
4075 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4076 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4077 needs to be made resident.
4080 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4082 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4083 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4084 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4085 defined in some other module and needs to be referred to by this
4086 one. Not every object-file format can support external variables:
4087 the \c{bin} format cannot.
4089 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4090 argument is the name of a symbol:
4092 \c extern  _printf
4093 \c extern  _sscanf,_fscanf
4095 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4096 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4097 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4098 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4099 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4100 by means of the directive
4102 \c extern  _variable:wrt dgroup
4104 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4105 only in that it can take only one argument at a time: the support
4106 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4108 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4109 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4110 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4113 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4115 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4116 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4117 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4118 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4119 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4121 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4122 the definition of the symbol.
4124 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4125 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4126 \c{GLOBAL} directive. For example:
4128 \c global _main
4129 \c _main:
4130 \c         ; some code
4132 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4133 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4134 example, lets you specify whether global data items are functions or
4135 data:
4137 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4139 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4140 user-level form only in that it can take only one argument at a
4141 time.
4144 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4146 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4147 A common variable is much like a global variable declared in the
4148 uninitialized data section, so that
4150 \c common  intvar  4
4152 is similar in function to
4154 \c global  intvar
4155 \c section .bss
4157 \c intvar  resd    1
4159 The difference is that if more than one module defines the same
4160 common variable, then at link time those variables will be
4161 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4162 at the same piece of memory.
4164 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4165 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4166 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4167 specify the alignment requirements of a common variable:
4169 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4170 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4172 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4173 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4174 only one argument at a time.
4177 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4179 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4180 are available on the specified CPU.
4182 Options are:
4184 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4186 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4188 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4190 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4192 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4194 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4196 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4198 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4200 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4202 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4204 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4206 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4208 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4210 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4212 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4214 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4216 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4218 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4219 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4220 instructions are available.
4223 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4225 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4226 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4227 this behaviour:
4229 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4231 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4233 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4235 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4237 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4239 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4241 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4243 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4244 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4245 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4247 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4248 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4251 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4253 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4254 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4255 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4256 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4257 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4258 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4260 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4261 output file based on the input file name and the chosen output
4262 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4263 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4264 name, and substituting an extension defined by the output format.
4265 The extensions are given with each format below.
4268 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4270 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4271 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4272 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4273 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4274 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4275 development.
4277 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4278 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4280 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4281 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4282 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4283 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4285 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4286 leaves your file name as it is once the original extension has been
4287 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4288 into a binary file called \c{binprog}.
4291 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4293 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4294 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4295 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4296 the program begins at when it is loaded into memory.
4298 For example, the following code will generate the longword
4299 \c{0x00000104}:
4301 \c         org     0x100
4302 \c         dd      label
4303 \c label:
4305 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4306 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4307 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4308 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4309 offset which is added to all internal address references within the
4310 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4311 does. See \k{proborg} for further comments.
4314 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4315 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4317 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4318 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4319 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4320 end of the section-definition line. For example,
4322 \c section .data   align=16
4324 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4325 aligned on a 16-byte boundary.
4327 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4328 section start address must be forced to zero. The alignment value
4329 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4330 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4333 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4335 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4336 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4338 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4339 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4340 of course).
4342 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4343 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4344 \i\c{start=}.
4346 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4347 for the calculation of all memory references within that section 
4348 with \i\c{vstart=}.
4350 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4351 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4352 start address.
4354 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4355 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4356 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4358 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4359 is directed by default into the \c{.text} section.
4361 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4362 by default.
4364 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4365 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4366 has been specified.
4368 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4369 alignment has been specified.
4371 \b Sections may not overlap.
4373 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4374 which may be used in your code.
4376 \S{map}\i{Map files}
4378 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4379 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4380 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4381 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4382 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4383 brackets must be used.
4386 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4388 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4389 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4390 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4391 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4393 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4395 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4396 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4397 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4398 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4399 file format.
4401 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4402 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4403 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4405 If your source file contains code before specifying an explicit
4406 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4407 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4409 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4410 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4411 address of the segment. So, for example:
4413 \c segment data
4415 \c dvar:   dw      1234
4417 \c segment code
4419 \c function:
4420 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4421 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4422 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4423 \c         ret
4425 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4426 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4427 like
4429 \c extern  foo
4431 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4432 \c       mov   ds,ax
4433 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4434 \c       mov   es,ax
4435 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4436 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4439 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4440 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4442 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4443 directive to allow you to specify various properties of the segment
4444 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4445 end of the segment-definition line. For example,
4447 \c segment code private align=16
4449 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4450 segment, and requires that the portion of it described in this code
4451 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4453 The available qualifiers are:
4455 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4456 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4457 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4458 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4459 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4460 than stuck end-to-end.
4462 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4463 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4464 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4465 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4466 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4467 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4468 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4469 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4470 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4472 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4473 indicates to the linker that segments of the same class should be
4474 placed near each other in the output file. The class name can be any
4475 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4477 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4478 as an argument, and provides overlay information to an
4479 overlay-capable linker.
4481 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4482 the effect of recording the choice in the object file and also
4483 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4484 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4486 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4487 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4488 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4489 defines the group if it is not already defined.
4491 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4492 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4493 are currently known to make sensible use of this feature;
4494 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4495 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4496 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4498 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4499 class, no overlay, and \c{USE16}.
4502 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4504 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4505 single segment register can be used to refer to all the segments in
4506 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4507 you can code
4509 \c segment data
4511 \c         ; some data
4513 \c segment bss
4515 \c         ; some uninitialized data
4517 \c group dgroup data bss
4519 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4520 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4521 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4522 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4523 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4524 segment register.
4526 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4527 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4528 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4529 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4530 base rather than the segment base.
4532 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4533 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4534 segment which is part of more than one group will default to being
4535 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4537 A group does not have to contain any segments; you can still make
4538 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4539 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4540 \c{FLAT} with no segments in it.
4543 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4545 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4546 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4547 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4548 segment, group and symbol names that are written to the object file
4549 to be forced to upper case just before being written. Within a
4550 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4551 be written entirely in upper case if desired.
4553 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4556 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4557 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4559 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4560 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4561 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4562 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4564 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4565 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4566 wish to import and the name of the library you wish to import it
4567 from. For example:
4569 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4571 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4572 known in the library you are importing it from, in case this is not
4573 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4574 once you have imported it. For example:
4576 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4579 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4580 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4582 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4583 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4584 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4585 using the \c{EXPORT} directive.
4587 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4588 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4589 optional second parameter (separated by white space from the first)
4590 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4591 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4592 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4593 off.
4595 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4596 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4597 space. If further parameters are given, the external name must also
4598 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4599 available attributes are:
4601 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4602 resident by the system loader. This is an optimisation for
4603 frequently used symbols imported by name.
4605 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4606 does not make use of any initialized data.
4608 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4609 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4610 between 32-bit and 16-bit segments.
4612 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4613 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4614 the desired number.
4616 For example:
4618 \c     export  myfunc
4619 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4620 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4621 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4624 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4625 Point}
4627 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4628 define the program entry point, where execution will begin when the
4629 program is run. If the object file that defines the entry point is
4630 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4631 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4632 begin.
4635 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4636 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4638 If you declare an external symbol with the directive
4640 \c     extern  foo
4642 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4643 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4644 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4645 \c{foo} you will usually need to do something like
4647 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4648 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4649 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4651 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4652 is going to be accessible from a given segment or group, say
4653 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4654 simply code
4656 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4658 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4659 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4660 alternative form
4662 \c     extern  foo:wrt dgroup
4664 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4665 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4666 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4667 \c{foo wrt dgroup}.
4669 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4670 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4671 your program. It can also be applied to common variables: see
4672 \k{objcommon}.
4675 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4676 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4678 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4679 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4680 specify which your variables should be by the use of the syntax
4682 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4683 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4685 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4686 OMF specification says that they are declared as a number of
4687 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4688 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4689 five-byte elements or one ten-byte element.
4691 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4692 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4693 the variable size, to match when resolving common variables declared
4694 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4695 the element size on your far common variables. This is done by the
4696 following syntax:
4698 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4699 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4701 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4702 keyword is not required when an element size is specified, since
4703 only far commons may have element sizes at all. So the above
4704 declarations could equivalently be
4706 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4707 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4709 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4710 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4711 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4713 \c common  foo     10:wrt dgroup
4714 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4715 \c common  baz     24:wrt data:6
4718 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4720 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4721 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4722 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4723 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4725 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4727 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4728 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4729 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4730 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4731 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4732 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4733 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4734 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4737 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4738 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4740 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4741 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4742 and properties of sections you declare. Section types and properties
4743 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4744 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4745 these qualifiers.
4747 The available qualifiers are:
4749 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4750 code section. This marks the section as readable and executable, but
4751 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4752 section is code.
4754 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4755 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4756 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4757 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4759 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4760 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4761 constants in it.
4763 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4764 which is not included in the executable file by the linker, but may
4765 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4766 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4767 linker to interpret the contents of the section as command-line
4768 options.
4770 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4771 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4772 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4773 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4774 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4775 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4776 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4777 for data (and BSS) sections.
4778 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4779 alignment), though the value does not matter.
4781 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4782 qualifiers are:
4784 \c section .text    code  align=16
4785 \c section .data    data  align=4
4786 \c section .rdata   rdata align=8
4787 \c section .bss     bss   align=4
4789 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4791 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
4793 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4794 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4795 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4796 designated read-only table and have alleged entry point verified
4797 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4798 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4799 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4800 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4801 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4802 will not be performed for application in question. Table omission is by
4803 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4804 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4805 \c{/safeseh} command line option.
4807 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4808 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4809 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4811 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4813 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4815 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4816 line to source code:
4818 \c $@feat.00 equ 1
4820 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4821 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4822 developer would choose to assign another value in source file, it would
4823 still be perfectly possible.
4825 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4826 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4827 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4828 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4829 table." Its typical use would be:
4831 \c section .text
4832 \c extern  _MessageBoxA@16
4833 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4834 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4835 \c %endif
4836 \c handler:
4837 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4838 \c         push    DWORD caption
4839 \c         push    DWORD text
4840 \c         push    DWORD 0
4841 \c         call    _MessageBoxA@16
4842 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4843 \c                         ; for exception handler
4844 \c         ret
4845 \c global  _main
4846 \c _main:
4847 \c         push    DWORD handler
4848 \c         push    DWORD [fs:0]
4849 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4850 \c         xor     eax,eax
4851 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4852 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4853 \c         add     esp,4
4854 \c         ret
4855 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4856 \c caption:db      'SEGV',0
4857 \c 
4858 \c section .drectve info
4859 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4861 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4862 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4863 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4864 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4865 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4866 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4867 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4868 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4869 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4870 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4871 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4872 no notification is provided and user is left with no clue on what
4873 caused application failure.
4875 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4876 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4877 data for "safe exception handler table" causes no backward
4878 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4879 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4882 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4884 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4885 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4886 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4887 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4888 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4890 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
4892 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4893 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4894 references. Consider a switch dispatch table:
4896 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4897 \c         ...
4898 \c dsptch: dq      case0
4899 \c         dq      case1
4900 \c         ...
4902 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4903 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4904 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4905 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4906 following:
4908 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4909 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4911 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4912 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4913 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4914 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4915 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4916 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4917 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4918 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4919 But no worry, it's trivial to fix:
4921 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4922 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4923 \c         jmp     rbx
4924 \c         ...
4925 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4926 \c         dq      case1-dsptch
4927 \c         ...
4929 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4930 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4931 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4932 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4933 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4934 these image-relative references:
4936 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4937 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4938 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4939 \c         add     rbx,rax
4940 \c         jmp     rbx
4941 \c         ...
4942 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4943 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4945 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4946 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4947 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4948 become apparent in next paragraph.
4950 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4951 operand only:
4953 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4954 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4955 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4956 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4958 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
4960 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4961 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4962 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4963 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4964 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4965 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4966 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4967 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4968 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4969 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4970 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4971 top of the stack.
4973 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4974 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4975 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4976 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4977 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4978 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4979 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4980 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4981 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4982 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4983 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4984 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4985 copying caller's return address to the top of stack and this would
4986 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4987 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4988 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4989 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4990 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4991 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4992 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4993 no, no trace of failure is left.
4995 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4996 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4997 is checked for presence of reference to custom language-specific
4998 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4999 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5000 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5001 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5002 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5003 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5004 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5005 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5006 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5007 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5008 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5009 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5010 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5011 terminating the application.
5013 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5014 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5015 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5016 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5017 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5018 leaf function:
5020 \c default rel
5021 \c section .text
5022 \c extern  MessageBoxA
5023 \c handler:
5024 \c         sub     rsp,40
5025 \c         mov     rcx,0
5026 \c         lea     rdx,[text]
5027 \c         lea     r8,[caption]
5028 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5029 \c         call    MessageBoxA
5030 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5031 \c                         ; for exception handler
5032 \c         add     rsp,40
5033 \c         ret
5034 \c global  main
5035 \c main:
5036 \c         xor     rax,rax
5037 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5038 \c         ret
5039 \c main_end:
5040 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5041 \c caption:db      'SEGV',0
5042 \c 
5043 \c section .pdata  rdata align=4
5044 \c         dd      main wrt ..imagebase
5045 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5046 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5047 \c section .xdata  rdata align=8
5048 \c xmain:  db      9,0,0,0
5049 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5050 \c section .drectve info
5051 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5053 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5054 start and end addresses of function" along with reference to associated
5055 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5056 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5057 designated exception handler. References are \e{required} to be
5058 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5059 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5060 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5061 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5062 references, not only above listed required ones, placed into these two
5063 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5064 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5065 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5066 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5068 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5069 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5070 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5071 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5072 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5073 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5074 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5075 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5076 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5077 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5078 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5079 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5080 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5081 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5082 unwinding procedure. Consider following example:
5084 \c function:
5085 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5086 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5087 \c         push    rbx
5088 \c         push    rbp
5089 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5090 \c         sub     r11,rcx
5091 \c         and     r11,-64
5092 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5093 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5094 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5095 \c magic_point:
5096 \c         ...
5097 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5098 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5099 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5100 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5101 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5102 \c         ret
5104 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5105 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5106 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5107 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5108 custom language-specific exception handler would look like this:
5110 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5111 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5112 \c {   ULONG64 *rsp;
5113 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5114 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5115 \c     else
5116 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5117 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5118 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5119 \c         context->R15 = rsp[-1];
5120 \c     }
5121 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5122 \c 
5123 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5124 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5125 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5126 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5127 \c     return ExceptionContinueSearch;
5128 \c }
5130 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5131 structure does not have to contain any information about stack frame
5132 and its layout.
5134 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5136 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5137 linking with the \i{DJGPP} linker.
5139 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5141 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5142 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5143 the \c{info} section type are not supported.
5145 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
5147 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
5148 linking with the \i{Mac OSX} linker.
5150 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5152 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5153 Format} Object Files
5155 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},
5156 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5157 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5158 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5160 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5162 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5163 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5164  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5165  most systems which support ELF.
5167 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5168 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5170 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5171 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5172 and properties of sections you declare. Section types and properties
5173 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5174 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
5175 overridden by these qualifiers.
5177 The available qualifiers are:
5179 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5180 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5181 which is not, such as an informational or comment section.
5183 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5184 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5185 which should not.
5187 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5188 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5189 not.
5191 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5192 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5193 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5194 contents given, such as a BSS section.
5196 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5197 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5198 requirements of the section.
5200 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5201 qualifiers are:
5203 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
5204 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
5205 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
5206 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
5207 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
5209 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
5210 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
5213 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5214 Symbols and \i\c{WRT}
5216 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5217 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5218 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5219 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
5220 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5222 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5223 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5224 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5225 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5226 types.
5228 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5229 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5230 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5231 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5233 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5234 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5235 beginning of the current section to the global offset table.
5236 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5237 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5238 result to get the real address of the GOT.
5240 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5241 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5242 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5243 would give the real address of the location you wanted.
5245 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5246 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5247 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5248 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5249 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5250 address of the symbol.
5252 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5253 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5254 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5255 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5256 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5257 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5258 entries absolutely.
5260 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5261 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5262 relative to the start of the section and then adding on the offset
5263 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5264 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5265 peculiarity of the dynamic linker.
5267 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5268 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5271 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5272 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5274 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5275 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5276 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5277 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5278 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5279 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5280 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5281 to specify these features.
5283 You can specify whether a global variable is a function or a data
5284 object by suffixing the name with a colon and the word
5285 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5286 \c{data}.) For example:
5288 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5290 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5291 \c{hashtable} as a data object.
5293 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5294 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5295 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5296 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5298 \c global   hashlookup:function hidden
5300 You can also specify the size of the data associated with the
5301 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5302 forward references) after the type specifier. Like this:
5304 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5306 \c hashtable:
5307 \c         db this,that,theother  ; some data here
5308 \c .end:
5310 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5311 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5313 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5314 writing shared library code. For more information, see
5315 \k{picglobal}.
5318 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5319 \I{COMMON, elf extensions to}
5321 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5322 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5323 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5324 power of two) after the name and size of the common variable,
5325 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5326 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5328 \c common  dwordarray 128:4
5330 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5331 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5334 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5335 \I{ELF, 16-bit code and}
5337 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5338 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5339 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5340 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5341 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5342 these relocations is generated.
5344 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5345 \I{ELF, Debug formats and}
5347 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5348 Line number information is generated for all executable sections, but please
5349 note that only the ".text" section is executable by default.
5351 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5353 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5354 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5355 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5356 the magic number in the first four bytes of the file is
5357 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5358 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5359 implementation does not.
5361 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5363 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5364 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5365 extensions to any standard directives. It supports only the three
5366 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5369 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5370 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5372 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5373 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5374 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5375 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5376 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5377 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5378 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5380 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5382 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5383 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5384 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5385 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5386 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5388 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5389 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5390 this.
5393 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5395 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5396 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5397 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5398 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5399 itself \c{a.out}.
5401 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5402 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5404 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5405 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5406 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5407 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5408 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5411 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5412 Format}
5414 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5415 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5416 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5417 format the internal structure of the assembler.
5419 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5420 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5421 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5422 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5424 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5425 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5426 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5427 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5428 execute an RDF executable under Linux.
5430 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5431 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5434 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5436 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5437 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5438 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5439 which is the name of the module:
5441 \c     library  mylib.rdl
5444 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5446 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5447 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5448 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5449 of current module:
5451 \c     module  mymodname
5453 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5454 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5455 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5457 \c     module  $kernel.core
5460 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5461 rdf extensions to}
5463 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5464 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5465 telling the linker do not strip it from target executable or library
5466 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5467 is a procedure (function) or data object.
5469 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5470 symbol exported:
5472 \c     global  sys_open:export
5474 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5475 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5477 \c     global  sys_open:export proc
5479 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5480 or \i\c{object} to the directive:
5482 \c     global  kernel_ticks:export data
5485 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5486 rdf extensions to}
5488 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5489 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5490 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5491 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5492 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5493 (function) or data object. For example:
5495 \c     library $libc
5496 \c     extern  _open:import
5497 \c     extern  _printf:import proc
5498 \c     extern  _errno:import data
5500 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5501 a hint as to where to find requested symbols.
5504 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5506 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5507 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5508 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5509 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5511 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5512 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5513 transactions between the main body of NASM and the output-format
5514 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5515 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5516 of the various requests the main program makes of the output driver,
5517 and in what order they happen.
5519 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5521 \c nasm -f dbg filename.asm
5523 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5524 However, this will not work well on files which were designed for a
5525 different object format, because each object format defines its own
5526 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5527 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5528 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5529 native object format selected:
5531 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5532 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5534 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5535 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5536 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5537 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5538 the final diagnostic output.
5540 This workaround will still typically not work for programs intended
5541 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5542 directives have side effects of defining the segment and group names
5543 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5544 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5545 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5546 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5548 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5549 them all to its output file.
5552 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5554 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5555 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5556 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5557 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5558 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5561 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5563 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5564 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5565 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5566 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5567 support the \c{.COM} format.
5569 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5570 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5571 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5572 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5573 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5574 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5575 Yann Guidon for contributing the code for this.
5577 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5578 future releases.
5581 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5583 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5584 by linking \c{.OBJ} files together.
5586 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5587 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5588 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5589 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5590 An LZH archiver can be found at
5591 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5592 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5593 sources) called \i{FREELINK}, available from
5594 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5595 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5596 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5597 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5598 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5600 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5601 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5602 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5603 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5604 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5605 field in the output file header; if more than one defines a start
5606 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5608 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5609 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5610 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5611 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5612 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5613 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5615 \c segment code
5617 \c ..start:
5618 \c         mov     ax,data
5619 \c         mov     ds,ax
5620 \c         mov     ax,stack
5621 \c         mov     ss,ax
5622 \c         mov     sp,stacktop
5624 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5625 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5626 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5627 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5628 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5629 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5630 execute on.
5632 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5633 beginning of this code, which means that will be the entry point
5634 into the resulting executable file.
5636 \c         mov     dx,hello
5637 \c         mov     ah,9
5638 \c         int     0x21
5640 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5641 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5642 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5643 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5645 \c         mov     ax,0x4c00
5646 \c         int     0x21
5648 This terminates the program using another DOS system call.
5650 \c segment data
5652 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5654 The data segment contains the string we want to display.
5656 \c segment stack stack
5657 \c         resb 64
5658 \c stacktop:
5660 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5661 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5662 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5663 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5664 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5665 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5666 type \c{STACK}.
5668 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5669 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5670 world' and then exit.
5673 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5675 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5676 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5677 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5678 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5679 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5680 \c{.EXE} files.
5682 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5683 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5684 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5686 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5687 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5688 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5689 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5690 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5691 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5692 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5693 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5694 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5696 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5697 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5698 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5699 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5700 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5701 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5702 explicitly issue one of your own.
5704 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5705 since this would require a relocation in the header, and things
5706 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5707 base by copying it out of \c{CS} instead.
5709 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5710 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5711 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5712 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5713 \c{EXE_stack 64}.
5715 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5716 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5717 \c{binexe.asm}.
5720 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5722 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5723 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5724 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5725 output format.
5728 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5730 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5731 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5732 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5733 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5734 like
5736 \c         org 100h
5738 \c section .text
5740 \c start:
5741 \c         ; put your code here
5743 \c section .data
5745 \c         ; put data items here
5747 \c section .bss
5749 \c         ; put uninitialized data here
5751 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5752 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5753 you want to and the code will still end up at the front of the file
5754 where it belongs.
5756 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5757 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5758 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5759 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5760 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5761 run.
5763 To assemble the above program, you should use a command line like
5765 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5767 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5768 explicit output file name were specified, so you have to override it
5769 and give the desired file name.
5772 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5774 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5775 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5776 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5777 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5778 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5779 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5780 file.
5782 If you do this, you need to take care of several things:
5784 \b The first object file containing code should start its code
5785 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5786 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5787 segment, so that the linker or converter program does not have to
5788 adjust address references within the file when generating the
5789 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5790 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5791 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5792 in MASM-compatible assemblers.
5794 \b You don't need to define a stack segment.
5796 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5797 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5798 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5799 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5802 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5804 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5805 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5806 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5807 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5808 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5809 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5810 your code segment.
5812 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5813 the various routines inside the driver which do the work. This
5814 structure should be defined at the start of the code segment, even
5815 though it is not actually code.
5817 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5818 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5819 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5820 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5823 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5825 This section covers the basics of writing assembly routines that
5826 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5827 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5828 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5831 \S{16cunder} External Symbol Names
5833 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5834 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5835 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5836 appears in the C program. So, for example, the function a C
5837 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5838 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5839 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5840 not have to worry about name clashes with C symbols.
5842 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5843 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5845 \c %macro  cglobal 1
5847 \c   global  _%1
5848 \c   %define %1 _%1
5850 \c %endmacro
5852 \c %macro  cextern 1
5854 \c   extern  _%1
5855 \c   %define %1 _%1
5857 \c %endmacro
5859 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5860 \c{%rep} construct could solve this.)
5862 If you then declare an external like this:
5864 \c cextern printf
5866 then the macro will expand it as
5868 \c extern  _printf
5869 \c %define printf _printf
5871 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5872 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5874 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5875 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5876 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5878 Also see \k{opt-pfix}.
5880 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5882 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5883 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5884 writing for. This means you have to keep track of the following
5885 things:
5887 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5888 functions are near. This means that function pointers, when stored
5889 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5890 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5891 never changes its value, and always gives the segment part of the
5892 full function address), and that functions are called using ordinary
5893 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5894 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5895 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5896 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5898 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5899 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5900 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5901 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5902 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5903 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5904 \c{CALL FAR} to call external routines.
5906 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5907 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5908 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5909 segment part of the full data item address).
5911 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5912 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5913 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5914 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5915 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5916 pointers you are passed.
5918 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5919 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5920 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5921 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5922 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5924 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5925 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5926 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5927 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5928 and global data items can both be accessed easily without changing
5929 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5930 segments. However, some memory models (though not the standard
5931 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5932 same value to be removed. Be careful about functions' local
5933 variables in this latter case.
5935 In models with a single code segment, the segment is called
5936 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5937 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5938 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5939 called \i\c{_DATA}.
5942 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5944 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5945 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5946 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5947 doing the calling and the function which gets called.
5949 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5950 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5951 argument specified to the function is pushed last).
5953 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5954 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5955 memory model.
5957 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5958 actually necessary, in functions which do not need to access their
5959 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5960 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5961 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5962 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5963 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5964 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5966 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5967 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5968 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5969 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5970 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5971 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5972 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5973 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5974 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5975 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5976 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5977 parameters in reverse order means that the function knows where to
5978 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5979 remaining ones.
5981 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5982 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5983 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5985 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5986 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5987 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5988 compiler) returned in \c{ST0}.
5990 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5991 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5992 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5993 memory model.
5995 \b When the caller regains control from the callee, the function
5996 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5997 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5998 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5999 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6000 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6001 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6002 removing.
6004 It is instructive to compare this calling convention with that for
6005 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6006 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6007 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6008 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6009 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6010 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6011 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6012 which means that a compiler can give better guarantees about
6013 sequence points without performance suffering.
6015 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6016 The following example is for small model:
6018 \c global  _myfunc
6020 \c _myfunc:
6021 \c         push    bp
6022 \c         mov     bp,sp
6023 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6024 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6026 \c         ; some more code
6028 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6029 \c         pop     bp
6030 \c         ret
6032 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6033 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6034 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6035 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6036 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6037 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6039 At the other end of the process, to call a C function from your
6040 assembly code, you would do something like this:
6042 \c extern  _printf
6044 \c       ; and then, further down...
6046 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6047 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6048 \c       call    _printf
6049 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6051 \c       ; then those data items...
6053 \c segment _DATA
6055 \c myint         dw    1234
6056 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6058 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6059 code
6061 \c     int myint = 1234;
6062 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6064 In large model, the function-call code might look more like this. In
6065 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6066 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6067 it first.
6069 \c       push    word [myint]
6070 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6071 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6072 \c       call    far _printf
6073 \c       add    sp,byte 6
6075 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6076 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6077 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6078 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6079 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6080 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6081 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6082 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6083 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6084 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6085 word of parameters.
6088 \S{16cdata} Accessing Data Items
6090 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6091 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6092 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6093 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6094 accessed from assembler as
6096 \c extern _i
6098 \c         mov ax,[_i]
6100 And to declare your own integer variable which C programs can access
6101 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6102 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6104 \c global  _j
6106 \c _j      dw      0
6108 To access a C array, you need to know the size of the components of
6109 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6110 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6111 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6112 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6113 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6114 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6115 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6117 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6118 the base of the structure to the field you are interested in. You
6119 can either do this by converting the C structure definition into a
6120 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6121 one offset and using just that.
6123 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6124 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6125 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6126 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6127 Typically, you might find that a structure like
6129 \c struct {
6130 \c     char c;
6131 \c     int i;
6132 \c } foo;
6134 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6135 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6136 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6137 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6138 out how your own compiler does it.
6141 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6143 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6144 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6145 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6146 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6147 the work involved in keeping track of the calling convention.
6149 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6150 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6152 An example of an assembly function using the macro set is given
6153 here:
6155 \c proc    _nearproc
6157 \c %$i     arg
6158 \c %$j     arg
6159 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6160 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6161 \c         add     ax,[bx]
6163 \c endproc
6165 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6166 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6167 integer. It returns \c{i + *j}.
6169 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6170 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6171 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6172 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6173 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6174 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6175 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6177 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6178 compact-model code) by default. You can have it generate far
6179 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6180 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6181 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6182 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6183 dependency on whether data pointers are far or not.
6185 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6186 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6187 many function parameters will be of type \c{int}.
6189 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6191 \c %define FARCODE
6193 \c proc    _farproc
6195 \c %$i     arg
6196 \c %$j     arg     4
6197 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6198 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6199 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6200 \c         add     ax,[bx]
6202 \c endproc
6204 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6205 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6206 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6209 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6211 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6212 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6214 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6215 not required for Pascal.
6217 \b The memory model is always large: functions are far, data
6218 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6219 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6220 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6221 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6222 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6223 data declared in a Pascal program goes into the default data
6224 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6225 when control is passed to your assembly code. The only things that
6226 do not live in the default data segment are local variables (they
6227 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6228 data \e{pointers}, however, are far.
6230 \b The function calling convention is different - described below.
6232 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6234 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6235 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6236 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6239 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6241 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6242 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6243 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6244 used to denote the function doing the calling and the function which
6245 gets called.
6247 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6248 after another, in normal order (left to right, so that the first
6249 argument specified to the function is pushed first).
6251 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6252 control to the callee.
6254 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6255 actually necessary, in functions which do not need to access their
6256 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6257 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6258 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6259 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6260 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6261 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6263 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6264 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6265 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6266 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6267 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6268 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6269 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6271 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6272 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6273 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6275 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6276 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6277 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6278 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6279 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6280 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6281 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6282 places the returned string value at that location. The pointer is
6283 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6284 \c{RETF} instruction.
6286 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6287 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6288 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6289 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6290 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6291 to be removed from the stack as a side effect of the return
6292 instruction.
6294 \b When the caller regains control from the callee, the function
6295 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6296 do nothing further.
6298 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6299 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6301 \c global  myfunc
6303 \c myfunc: push    bp
6304 \c         mov     bp,sp
6305 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6306 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6307 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6309 \c         ; some more code
6311 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6312 \c         pop     bp
6313 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6315 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6316 assembly code, you would do something like this:
6318 \c extern  SomeFunc
6320 \c        ; and then, further down...
6322 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6323 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6324 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6325 \c        call   far SomeFunc
6327 This is equivalent to the Pascal code
6329 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6330 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6333 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6334 Name Restrictions
6336 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6337 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6338 reading and understanding the various information contained in a
6339 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6340 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6341 restrictions:
6343 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6344 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6346 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6347 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6349 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6350 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6352 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6353 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6356 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6358 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6359 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6360 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6361 definition ensures that functions are far (it implies
6362 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6363 generated with an operand.
6365 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6366 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6367 reverse order. For example:
6369 \c %define PASCAL
6371 \c proc    _pascalproc
6373 \c %$j     arg 4
6374 \c %$i     arg
6375 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6376 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6377 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6378 \c         add     ax,[bx]
6380 \c endproc
6382 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6383 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6384 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6385 and the contents of the pointer. The only difference between this
6386 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6387 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6388 reverse order.
6391 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6393 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6394 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6395 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6396 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6397 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6398 shared libraries.
6400 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6401 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6402 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6403 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6404 address space no matter what segment you work relative to, and that
6405 you should ignore all segment registers completely. When writing
6406 flat-model application code, you never need to use a segment
6407 override or modify any segment register, and the code-section
6408 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6409 space as the data-section addresses you access your variables by and
6410 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6411 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6412 offset part.
6415 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6417 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6418 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6419 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6422 \S{32cunder} External Symbol Names
6424 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6425 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6426 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6427 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6428 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6429 underscore on their assembly-language names.
6431 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6432 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6433 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6434 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6435 though, the leading underscore should not be used.
6437 See also \k{opt-pfix}.
6439 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6441 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6442 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6443 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6444 the function doing the calling and the function which gets called.
6446 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6447 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6448 argument specified to the function is pushed last).
6450 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6451 control to the callee.
6453 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6454 actually necessary, in functions which do not need to access their
6455 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6456 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6457 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6458 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6459 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6460 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6462 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6463 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6464 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6465 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6466 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6467 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6468 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6469 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6470 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6471 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6472 and type of the remaining ones.
6474 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6475 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6476 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6478 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6479 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6480 of the value. Floating-point results are typically returned in
6481 \c{ST0}.
6483 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6484 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6485 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6487 \b When the caller regains control from the callee, the function
6488 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6489 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6490 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6491 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6492 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6493 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6494 removing.
6496 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6497 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6498 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6499 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6500 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6501 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6502 still pushed in right-to-left order.
6504 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6506 \c global  _myfunc
6508 \c _myfunc:
6509 \c         push    ebp
6510 \c         mov     ebp,esp
6511 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6512 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6514 \c         ; some more code
6516 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6517 \c         ret
6519 At the other end of the process, to call a C function from your
6520 assembly code, you would do something like this:
6522 \c extern  _printf
6524 \c         ; and then, further down...
6526 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6527 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6528 \c         call    _printf
6529 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6531 \c         ; then those data items...
6533 \c segment _DATA
6535 \c myint       dd   1234
6536 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6538 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6540 \c     int myint = 1234;
6541 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6544 \S{32cdata} Accessing Data Items
6546 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6547 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6548 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6549 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6550 accessed from assembler as
6552 \c           extern _i
6553 \c           mov eax,[_i]
6555 And to declare your own integer variable which C programs can access
6556 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6557 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6559 \c           global _j
6560 \c _j        dd 0
6562 To access a C array, you need to know the size of the components of
6563 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6564 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6565 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6566 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6567 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6568 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6569 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6570 are also 4 bytes long.
6572 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6573 the base of the structure to the field you are interested in. You
6574 can either do this by converting the C structure definition into a
6575 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6576 one offset and using just that.
6578 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6579 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6580 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6581 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6582 Typically, you might find that a structure like
6584 \c struct {
6585 \c     char c;
6586 \c     int i;
6587 \c } foo;
6589 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6590 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6591 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6592 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6593 out how your own compiler does it.
6596 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6598 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6599 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6600 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6601 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6602 the work involved in keeping track of the calling convention.
6604 An example of an assembly function using the macro set is given
6605 here:
6607 \c proc    _proc32
6609 \c %$i     arg
6610 \c %$j     arg
6611 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6612 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6613 \c         add     eax,[ebx]
6615 \c endproc
6617 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6618 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6619 integer. It returns \c{i + *j}.
6621 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6622 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6623 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6624 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6625 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6626 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6627 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6629 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6630 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6631 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6634 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6635 Libraries}
6637 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6638 because it contains support for \i{position-independent code}
6639 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6640 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6641 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6643 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6644 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6645 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6646 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6648 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6649 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6650 of the running process. The contents of the library's code section
6651 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6653 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6654 this:
6656 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6658 Instead, the linker provides an area of memory called the
6659 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6660 constant distance from your library's code, so if you can find out
6661 where your library is loaded (which is typically done using a
6662 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6663 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6664 linker-generated entries in the GOT.
6666 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6667 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6668 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6669 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6670 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6671 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6674 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6676 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6677 external symbol:
6679 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6680 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6682 At the beginning of any function in your shared library which plans
6683 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6684 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6685 in this form:
6687 \c func:   push    ebp
6688 \c         mov     ebp,esp
6689 \c         push    ebx
6690 \c         call    .get_GOT
6691 \c .get_GOT:
6692 \c         pop     ebx
6693 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6695 \c         ; the function body comes here
6697 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6698 \c         mov     esp,ebp
6699 \c         pop     ebp
6700 \c         ret
6702 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6703 second leading underscore.)
6705 The first two lines of this function are simply the standard C
6706 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6707 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6708 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6709 libraries use this register to store the address of the GOT.
6711 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6712 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6713 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6714 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6715 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6716 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6717 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6718 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6719 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6720 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6721 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6722 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6723 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6724 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6725 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6726 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6728 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6729 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6730 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6732 \c %macro  get_GOT 0
6734 \c         call    %%getgot
6735 \c   %%getgot:
6736 \c         pop     ebx
6737 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6739 \c %endmacro
6741 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6743 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6744 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6745 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6746 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6747 way this works is like this:
6749 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6751 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6752 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6753 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6754 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6756 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6757 them, they are shared between code modules in the library, but do
6758 not get exported from the library to the program that loaded it.
6759 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6760 can access them in the same way as local variables, using the above
6761 \c{..gotoff} mechanism.
6763 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6764 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6765 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6768 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6770 If your library needs to get at an external variable (external to
6771 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6772 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6773 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6774 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6775 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6776 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6777 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6778 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6779 you would code
6781 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6783 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6784 linker, when it builds the shared library, collects together every
6785 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6786 has every necessary entry present.
6788 Common variables must also be accessed in this way.
6791 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6793 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6794 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6795 you have to give the size of the data item. This is because the
6796 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6797 entries for any exported functions, and also moves exported data
6798 items away from the library's data section in which they were
6799 declared.
6801 So to export a function to users of the library, you must use
6803 \c global  func:function           ; declare it as a function
6805 \c func:   push    ebp
6807 \c         ; etc.
6809 And to export a data item such as an array, you would have to code
6811 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6813 \c array:  resd    128
6814 \c .end:
6816 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6817 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6818 end up living in the data section of the main program, rather than
6819 in your library's data section, where you declared it. So you will
6820 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6821 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6822 effectively, it has become).
6824 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6825 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6826 sort of code:
6828 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6830 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6831 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6832 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6833 pointing at your data section instead of at the exported global
6834 which resides elsewhere.
6836 Instead of the above code, then, you must write
6838 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6840 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6841 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6842 at that address, rather than just relocating by section base.
6844 Either method will work for functions: referring to one of your
6845 functions by means of
6847 \c funcptr:        dd      my_function
6849 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6851 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6853 will give the address of the procedure linkage table for the
6854 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6855 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6858 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6860 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6861 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6862 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6863 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6864 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6865 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6866 in the main program can be transparently passed off to their real
6867 destinations.
6869 To call an external routine, you must use another special PIC
6870 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6871 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6872 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6873 ..plt}.
6876 \S{link} Generating the Library File
6878 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6879 you then generate your shared library with a command such as
6881 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6882 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6884 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6885 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6886 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6887 library file name, with a version number, into the library:
6889 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6891 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6892 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6895 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6897 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6898 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6899 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6900 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6901 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6902 one, or jumps between different-size segments.
6905 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6907 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6908 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6909 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6910 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6911 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6912 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6913 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6914 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6916 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6917 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6918 segment, so just coding, for example,
6920 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6922 will not work, since the offset part of the address will be
6923 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6924 one.
6926 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6927 generate the required instruction by coding it manually, using
6928 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6929 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6931 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6933 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6934 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6935 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6936 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6937 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6938 segment to a 32-bit one.
6940 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6941 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6943 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6945 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6946 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6947 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6950 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6951 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6953 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6954 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6955 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6956 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6957 32-bit segment, or vice versa.
6959 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6960 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6961 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6962 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6964 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6965 the address, since any effective address containing a 32-bit
6966 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6968 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6969 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6971 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6972 instruction and a register) if you already know the precise offset
6973 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6974 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6975 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6977 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6978 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6980 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6982 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6983 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6984 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6986 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6988 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6989 which controls the size of the data stored at the address, with the
6990 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6991 address itself. The two can quite easily be different:
6993 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6995 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6996 offset.
6998 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6999 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7001 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7003 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7004 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7005 offset), and calls that address.
7008 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7010 The other way you might want to access data might be using the
7011 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7012 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7013 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7014 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7016 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
7017 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7018 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7019 desired address into \c{ESI} and then code
7021 \c         a32     lodsb
7023 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7024 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7025 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7026 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7028 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
7029 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7030 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7031 instructions with implicit addressing:
7032 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7033 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7034 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7035 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7036 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7037 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7038 Also, the
7039 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7040 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
7041 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
7042 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7043 size from the code segment.
7045 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7046 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7047 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7048 give the value of the segment register being manipulated. To force
7049 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7050 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7052 \c         o16 push    ss
7053 \c         o16 push    ds
7055 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7056 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7057 one.
7059 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7060 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7063 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7065 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7066 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7067 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7068 write position-independent code for shared libraries.
7070 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7071 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7072 registers, which still add their bases.
7074 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7075 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7076 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7077 probably desirable to make that the default, using the directive
7078 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7080 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7081 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7082 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7083 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7084 Please see the ABI documentation for your platform.
7086 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7087 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7088 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7089 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7091 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7092 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7093 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7094 set to zero.
7096 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7098 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7099 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7101 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7102 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7103 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7104 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7106 This is consistent with the AMD documentation and most other
7107 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7108 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7109 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7110 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7111 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7112 can be used for this purpose.
7114 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7116 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7117 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7118 immediates to 32 bits.
7120 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7122 \c      MOV reg64,imm64
7124 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7125 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7126 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7127 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7128 immediate as \c{DWORD}:
7130 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7131 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7132 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7133 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7135 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7137 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7138 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7139 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7140 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7141 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7142 displacement size as \c{QWORD}:
7144 \c      default abs
7146 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7147 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7148 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7150 \c      default rel
7152 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7153 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7154 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7155 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7157 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7158 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7160 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7162 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7164 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
7166 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7167 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7169 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7170 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7171 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7172 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7173 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7175 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7177 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7178 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7179 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7180 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
7182 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7184 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7186 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7188 \c      void foo(long a, double b, int c)
7190 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7192 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7194 The Win64 ABI is described at:
7196 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7198 What follows is a simplified summary.
7200 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7201 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7202 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7203 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7204 use by the function without saving.
7206 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7208 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7209 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7210 return is \c{XMM0} only.
7212 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7214 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7216 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7218 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7220 \C{trouble} Troubleshooting
7222 This chapter describes some of the common problems that users have
7223 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7224 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7225 that isn't listed here.
7228 \H{problems} Common Problems
7230 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7232 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7233 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7234 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7235 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7236 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7237 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7238 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7239 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7240 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
7243 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7245 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7246 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7247 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7248 longer.
7250 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7251 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7252 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7253 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7254 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7255 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7256 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7257 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7258 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7259 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7260 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7261 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
7264 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7266 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7267 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7268 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7269 sector, people who are used to MASM tend to code
7271 \c         ORG 0
7273 \c         ; some boot sector code
7275 \c         ORG 510
7276 \c         DW 0xAA55
7278 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7279 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7280 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7282 \c         ORG 0
7284 \c         ; some boot sector code
7286 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7287 \c         DW 0xAA55
7289 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7290 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7291 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7292 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7293 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7294 find out what's wrong with it.
7297 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7299 The other common problem with the above code is people who write the
7300 \c{TIMES} line as
7302 \c         TIMES 510-$ DB 0
7304 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7305 the difference between them is also a pure number and can happily be
7306 fed to \c{TIMES}.
7308 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7309 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7310 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7311 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7312 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7313 information back to the expression evaluator. So from the
7314 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7315 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7316 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7317 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7319 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7320 line in the form
7322 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7324 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7325 and so their difference is a pure number. This will solve the
7326 problem and generate sensible code.
7329 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7331 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7332 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7333 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7334 \i\c{bugtracker} at
7335 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7336 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7337 contacts in \k{contact}.
7339 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7340 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7341 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7342 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7343 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7344 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7345 there.
7347 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7348 information:
7350 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7351 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7353 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7354 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7355 you were using the standard distribution binaries out of the
7356 archive. If you were using a locally built executable, try to
7357 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7358 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7361 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7362 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7363 \c{NASMENV} environment variable if any.
7365 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7366 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7367 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7368 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7369 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7370 compiler, what version, and what command line or options you used.
7371 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7372 with the command-line version of the compiler.)
7374 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7375 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7376 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7377 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7378 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7379 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7380 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7381 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7382 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7383 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7384 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7385 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7386 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7388 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7389 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7390 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7391 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7392 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7393 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7394 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7395 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7396 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7397 should be 77 instead'.
7399 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7400 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7401 generates the same file, or whether the problem is related to
7402 portability issues between our development platforms and yours. We
7403 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7404 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7405 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7406 for us.
7408 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7409 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7410 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7411 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7412 differently from us.
7415 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7417                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7419 \H{ndisintro} Introduction
7422 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7423 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7424 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7425 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7426 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7428 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7429 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7430 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7431 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7432 disassembles.
7435 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7437 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7438 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7439 are on a Unix system.
7442 \H{ndisrun} Running NDISASM
7444 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7446 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7448 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7449 provided of course that you remember to specify which it is to work
7450 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7451 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7453 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7454 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7455 summary of command line options.
7458 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7460 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7461 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7462 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7463 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7464 this.
7466 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7467 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7468 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7469 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7470 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7472 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7474 \c        ndisasm -o100h filename.com
7476 will do the trick.
7479 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7481 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7482 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7483 will faithfully plough through the data section, producing machine
7484 instructions wherever it can (although most of them will look
7485 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7486 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7487 Then it will reach the code section.
7489 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7490 instruction from part of the data section, and its file position is
7491 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7492 entirely possible that another spurious instruction will get
7493 generated, starting with the final byte of the data section, and
7494 then the correct first instruction in the code section will not be
7495 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7496 ideal.
7498 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7499 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7500 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7501 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7502 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7503 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7504 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7505 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7506 the instructions in your code section.
7508 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7509 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7510 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7513 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7515 rather than
7517 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7519 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7520 to, just by repeating the \c{-s} option.
7523 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7524 \I\c{auto-sync}
7526 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7527 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7528 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7529 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7530 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7531 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7532 needed.
7534 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7535 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7536 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7537 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7539 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7540 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7541 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7542 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7543 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7544 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7545 processed, there isn't much it can do about it...)
7547 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7548 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7549 the register contains) or involves a segment address (in which case
7550 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7551 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7553 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7554 points in all the right places, and save you from having to place
7555 any sync points manually. However, it should be stressed that
7556 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7557 you may still have to place some manually.
7559 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7560 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7561 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7562 options.
7564 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7565 fluke, something in your data section should disassemble to a
7566 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7567 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7568 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7569 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7570 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7571 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7572 suppress disassembly of the data area.
7575 \S{ndisother} Other Options
7577 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7578 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7579 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7580 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7582 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7583 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7584 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7585 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7586 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7587 anyway.
7590 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7592 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7593 possible, should be sent to
7594 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7595 developer's site at
7596 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7597 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7598 new features as well.
7600 \A{inslist} \i{Instruction List}
7602 \H{inslistintro} Introduction
7604 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7605 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7606 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7607  when appropriate, one or more usage flags.
7609 \& inslist.src
7611 \A{changelog} \i{NASM Version History}
7613 \& changes.src