Make -F imply -g (BR 1991213)
[nasm/autotest.git] / doc / nasmdoc.src
blob45c1b0e85863089584be6c6ed5074898ad01d54c
1 \#
2 \# Source code to NASM documentation
3 \#
4 \M{category}{Programming}
5 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
6 \M{year}{2008}
7 \M{author}{The NASM Development Team}
8 \M{license}{All rights reserved. This document is redistributable under the license given in the file "COPYING" distributed in the NASM archive.}
9 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
10 \M{infoname}{NASM}
11 \M{infofile}{nasm}
12 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
13 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
14 \IR{-D} \c{-D} option
15 \IR{-E} \c{-E} option
16 \IR{-F} \c{-F} option
17 \IR{-I} \c{-I} option
18 \IR{-M} \c{-M} option
19 \IR{-MD} \c{-MD} option
20 \IR{-MF} \c{-MF} option
21 \IR{-MG} \c{-MG} option
22 \IR{-MP} \c{-MP} option
23 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
24 \IR{-MT} \c{-MT} option
25 \IR{-On} \c{-On} option
26 \IR{-P} \c{-P} option
27 \IR{-U} \c{-U} option
28 \IR{-X} \c{-X} option
29 \IR{-a} \c{-a} option
30 \IR{-d} \c{-d} option
31 \IR{-e} \c{-e} option
32 \IR{-f} \c{-f} option
33 \IR{-g} \c{-g} option
34 \IR{-i} \c{-i} option
35 \IR{-l} \c{-l} option
36 \IR{-o} \c{-o} option
37 \IR{-p} \c{-p} option
38 \IR{-s} \c{-s} option
39 \IR{-u} \c{-u} option
40 \IR{-v} \c{-v} option
41 \IR{-w} \c{-w} option
42 \IR{-y} \c{-y} option
43 \IR{-Z} \c{-Z} option
44 \IR{!=} \c{!=} operator
45 \IR{$, here} \c{$}, Here token
46 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
47 \IR{$$} \c{$$} token
48 \IR{%} \c{%} operator
49 \IR{%%} \c{%%} operator
50 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
51 \IA{%-1}{%+1}
52 \IR{%0} \c{%0} parameter count
53 \IR{&} \c{&} operator
54 \IR{&&} \c{&&} operator
55 \IR{*} \c{*} operator
56 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
57 \IR{/} \c{/} operator
58 \IR{//} \c{//} operator
59 \IR{<} \c{<} operator
60 \IR{<<} \c{<<} operator
61 \IR{<=} \c{<=} operator
62 \IR{<>} \c{<>} operator
63 \IR{=} \c{=} operator
64 \IR{==} \c{==} operator
65 \IR{>} \c{>} operator
66 \IR{>=} \c{>=} operator
67 \IR{>>} \c{>>} operator
68 \IR{?} \c{?} MASM syntax
69 \IR{^} \c{^} operator
70 \IR{^^} \c{^^} operator
71 \IR{|} \c{|} operator
72 \IR{||} \c{||} operator
73 \IR{~} \c{~} operator
74 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
75 \IA{%$$}{%$}
76 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
77 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
78 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
79 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
80 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
81 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
82 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
83 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
84 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
85 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
86 variables
87 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
88 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
89 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
90 \IR{autoconf} Autoconf
91 \IR{bin} bin
92 \IR{bitwise and} bitwise AND
93 \IR{bitwise or} bitwise OR
94 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
95 \IR{block ifs} block IFs
96 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
97 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
98 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
99 \IR{bsd} BSD
100 \IR{c calling convention} C calling convention
101 \IR{c symbol names} C symbol names
102 \IA{critical expressions}{critical expression}
103 \IA{command line}{command-line}
104 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
105 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
106 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
107 \IA{character constants}{character constant}
108 \IR{common object file format} Common Object File Format
109 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
110 in \c{elf}
111 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
112 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
113 \IR{declaring structure} declaring structures
114 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
115 \IR{devpac} DevPac
116 \IR{djgpp} DJGPP
117 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
118 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
119 \IR{dos} DOS
120 \IR{dos archive} DOS archive
121 \IR{dos source archive} DOS source archive
122 \IA{effective address}{effective addresses}
123 \IA{effective-address}{effective addresses}
124 \IR{elf} ELF
125 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
126 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
127 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
128 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
129 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
130 \IR{freebsd} FreeBSD
131 \IR{freelink} FreeLink
132 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
133 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
134 convention
135 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
136 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
137 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
138 \IR{got} GOT
139 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
140 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
141 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
142 \IR{intel number formats} Intel number formats
143 \IR{linux, elf} Linux, ELF
144 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
145 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
146 \IR{logical and} logical AND
147 \IR{logical or} logical OR
148 \IR{logical xor} logical XOR
149 \IR{masm} MASM
150 \IA{memory reference}{memory references}
151 \IR{minix} Minix
152 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
153 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
154 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
155 \IR{mmx registers} MMX registers
156 \IA{modr/m}{modr/m byte}
157 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
158 \IR{ms-dos} MS-DOS
159 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
160 \IR{multipush} \c{multipush} macro
161 \IR{nan} NaN
162 \IR{nasm version} NASM version
163 \IR{netbsd} NetBSD
164 \IR{omf} OMF
165 \IR{openbsd} OpenBSD
166 \IR{operating system} operating system
167 \IR{os/2} OS/2
168 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
169 \IR{passes} passes, assembly
170 \IR{perl} Perl
171 \IR{pic} PIC
172 \IR{pharlap} PharLap
173 \IR{plt} PLT
174 \IR{plt} \c{PLT} relocations
175 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
176 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
177 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
178 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
179 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
180 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
181 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
182 Object File Format
183 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
184 \IA{repeating}{repeating code}
185 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
186 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
187 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
188 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
189 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
190 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
191 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
192 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
193 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
194 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
195 \IR{shift command} \c{shift} command
196 \IA{sib}{sib byte}
197 \IR{sib byte} SIB byte
198 \IR{solaris x86} Solaris x86
199 \IA{standard section names}{standardized section names}
200 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
201 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
202 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
203 \IR{tlink} \c{TLINK}
204 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
205 \IR{unicode} Unicode
206 \IR{unix} Unix
207 \IR{utf-8} UTF-8
208 \IA{sco unix}{unix, sco}
209 \IR{unix, sco} Unix, SCO
210 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
211 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
212 \IA{unix system v}{unix, system v}
213 \IR{unix, system v} Unix, System V
214 \IR{unixware} UnixWare
215 \IR{val} VAL
216 \IR{version number of nasm} version number of NASM
217 \IR{visual c++} Visual C++
218 \IR{www page} WWW page
219 \IR{win32} Win32
220 \IR{win32} Win64
221 \IR{windows} Windows
222 \IR{windows 95} Windows 95
223 \IR{windows nt} Windows NT
224 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
225 \# \IC{program entry point}{start point, program}
226 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
227 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
228 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
231 \C{intro} Introduction
233 \H{whatsnasm} What Is NASM?
235 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
236 for portability and modularity. It supports a range of object file
237 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
238 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
239 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
240 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
241 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
242 strong support for macros.
245 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
247 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
248 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
249 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
250 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
252 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
253 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
255 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
256 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
257 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
258 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
259 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
260 it (properly.)
262 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
263 doesn't seem to have much (or any) documentation.
265 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
266 DOS.
268 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
269 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
270 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
271 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
272 It's expensive too. And it's DOS-only.
274 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
275 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
276 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
277 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
278 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
279 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
280 Again.
283 \S{legal} License Conditions
285 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
286 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
287 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
288 Public License, LGPL.
291 \H{contact} Contact Information
293 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
294 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
295 (see below for the link).
296 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
298 NASM has a \i{WWW page} at
299 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
300 not there, google for us!
303 The original authors are \i{e\-mail}able as
304 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
305 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
306 The latter is no longer involved in the development team.
308 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
309 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
310 and to
311 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
313 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
315 Announcements are posted to
316 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
317 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
318 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
320 If you want information about NASM beta releases, and the current
321 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
322 by registering at
323 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
326 \H{install} Installation
328 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
330 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
331 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
332 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
333 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
335 The archive will contain a set of executable files: the NASM
336 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
337 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
338 RDOFF file format.
340 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
341 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
342 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
343 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
344 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
345 under other versions of Windows as well.)
347 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
348 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
349 so you can delete it if you need to save space; however, you may
350 want to keep the documentation or test programs.
352 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
353 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
354 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
355 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
356 the source archive.
358 Note that a number of files are generated from other files by Perl
359 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
360 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
361 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
362 documentation. It is possible future source distributions may not
363 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
364 platforms, including DOS and Windows, are available from
365 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
368 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
370 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
371 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
372 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
373 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
374 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
376 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
377 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
378 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
379 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
380 accordingly.
382 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
383 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
384 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
385 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
386 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
387 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
388 install the programs yourself.
390 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
391 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
392 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
393 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
396 \C{running} Running NASM
398 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
400 To assemble a file, you issue a command of the form
402 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
404 For example,
406 \c nasm -f elf myfile.asm
408 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
410 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
412 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
414 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
415 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
416 to give a listing file name, for example:
418 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
420 To get further usage instructions from NASM, try typing
422 \c nasm -h
424 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
425 are.
427 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
428 or \c{ELF}, type
430 \c file nasm
432 (in the directory in which you put the NASM binary when you
433 installed it). If it says something like
435 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
437 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
438 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
440 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
442 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
443 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
444 and are rare these days.)
446 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
447 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
448 messages.
451 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
453 NASM will normally choose the name of your output file for you;
454 precisely how it does this is dependent on the object file format.
455 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
456 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
457 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
458 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
459 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
460 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
461 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
462 the output file \c{myfile}.
464 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
465 has the same name as the input file, in which case it will give a
466 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
468 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
469 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
470 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
471 with the name you wish for the output file, either with or without
472 an intervening space. For example:
474 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
475 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
477 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
478 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
481 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
483 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
484 output file format for you itself. In the distribution versions of
485 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
486 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
487 choose what you want the default to be.
489 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
490 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
492 A complete list of the available output file formats can be given by
493 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
496 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
498 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
499 optional space) by a file name, NASM will generate a
500 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
501 code are listed on the left, and the actual source code, with
502 expansions of multi-line macros (except those which specifically
503 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
504 right. For example:
506 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
508 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
509 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
510 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
511 form" (without the brackets). This can be used to list only 
512 sections of interest, avoiding excessively long listings.
515 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
517 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
518 This can be redirected to a file for further processing. For example:
520 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
523 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
525 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
526 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
527 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
528 dependency list without a prefix.
531 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
533 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
534 output to a file, rather than to stdout.  For example:
536 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
539 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
541 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
542 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
543 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
544 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
545 updated dependencies with every assembly session.  For example:
547 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
550 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
552 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
553 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
554 specified by the \c{-o} option.
557 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
559 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
560 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
561 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
562 quotable in Make.
565 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
567 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
568 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
569 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
570 file has been removed.
573 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
575 This option is used to select the format of the debug information
576 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
577 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
578 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
579 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
580 if \c{-F} is specified.
582 A complete list of the available debug file formats for an output
583 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
584 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
586 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which 
587 is not built into NASM by default. For information on how
588 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
591 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
593 This option can be used to generate debugging information in the specified
594 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
595 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
596 If no debug information is currently implemented in the selected output 
597 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
600 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
602 This option can be used to select an error reporting format for any 
603 error messages that might be produced by NASM.
605 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
606 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
607 the default and looks like this:
609 \c filename.asm:65: error: specific error message 
611 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
612 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
613 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
614 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
615 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
617 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
618 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
620 \c filename.asm(65) : error: specific error message
622 where the only difference is that the line number is in parentheses
623 instead of being delimited by colons.  
625 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
627 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
629 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
630 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
631 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
632 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
633 example) you want to load them into an editor.
635 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
636 which causes errors to be sent to the specified files rather than
637 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
638 the errors into a file by typing
640 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
642 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
643 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
644 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
646 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
648 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
649 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
650 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
651 program, you can type:
653 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
655 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
658 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
660 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
661 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
662 search for the given file not only in the current directory, but also
663 in any directories specified on the command line by the use of the
664 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
665 library}, for example, by typing
667 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
669 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
670 optional).
672 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
673 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
674 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
675 prepended exactly as written to the name of the include file.
676 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
677 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
679 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
680 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
681 to search for the file \c{foobar.i}...)
683 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
684 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
685 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
686 \k{nasmenv}).
688 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
689 be specified as \c{-I}.
692 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
694 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
695 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
696 option. So running
698 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
700 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
701 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
703 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
704 option can also be specified as \c{-P}.
707 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
709 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
710 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
711 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
712 could code
714 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
716 as an alternative to placing the directive
718 \c %define FOO 100
720 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
721 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
722 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
723 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
724 \c{-dDEBUG}.
726 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
727 be specified as \c{-D}.
730 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
732 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
733 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
734 option specified earlier on the command lines.
736 For example, the following command line:
738 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
740 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
741 program. This is useful to override options specified at a different
742 point in a Makefile.
744 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
745 be specified as \c{-U}.
748 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
750 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
751 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
752 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
753 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
754 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
755 if the \c{-o} option is also used).
757 This option cannot be applied to programs which require the
758 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
759 which depend on the values of symbols: so code such as
761 \c %assign tablesize ($-tablestart)
763 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
765 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
766 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
767 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
769 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
771 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
772 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
773 completely and assume the compiler has already done it, to save time
774 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
775 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
776 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
779 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
781 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
782 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
783 optimally, you have to enable extra passes.
785 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
786 The syntax is:
788 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
789         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
790         Immediate operands take their long forms if a short form is
791         not specified.
793 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
794         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
795         -O0, but will produce successful assembly more often if
796         branch offset sizes are not specified.
797         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
798         are optimized, unless the long form is specified.
800 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
801         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
802         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
803         The number specifies the maximum number of passes.  The more
804         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
806 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
807         to do unlimited passes.
809 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
810 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
813 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
815 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
816 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
818 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
820 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
821 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
822 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
823 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
824 Note that you lose the ability to override the default address type for
825 the instruction.
827 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
828 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
829 \c{include}, \c{local})
831 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
833 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
834 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
835 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
836 conditions are reported like errors, but come up with the word
837 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
838 generating an output file and returning a success status to the
839 operating system.
841 Some conditions are even less severe than that: they are only
842 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
843 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
844 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
845 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
846 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
847 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
849 The \i{suppressible warning} classes are:
851 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
852 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
853 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
854 you might want to disable it.
856 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
857 warning class is enabled by default.
859 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
860 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
861 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
862 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
864 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
865 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
866 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
867 enabled by default.
869 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
870 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
871 This warning class is enabled by default.
873 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
874 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
875 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
876 brackets) exists. 
879 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
881 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
882 and the date on which it was compiled.
884 You will need the version number if you report a bug.
886 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
888 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
889 debug info formats for the given output format. The default format 
890 is indicated by an asterisk. For example:
892 \c nasm -f elf -y
894 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
895 \c   ('*' denotes default):
896 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
897 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
900 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
902 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
903 (respectively) the given argument to all \c{global} or
904 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
905 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
906 (but not always) likes it.
909 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
911 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
912 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
913 processed before the real command line. You can use this to define
914 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
915 options in the \c{NASMENV} variable.
917 The value of the variable is split up at white space, so that the
918 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
919 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
920 what you might want, because it will be split at the space and the
921 NASM command-line processing will get confused by the two
922 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
924 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
925 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
926 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
927 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
928 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
929 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
931 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
932 changed with version 0.98.31.
935 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
937 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
938 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
939 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
940 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
941 skipping this section.
944 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
946 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
947 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
948 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
949 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
950 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
951 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
952 will distinguish between labels differing only in case.
955 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
957 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
958 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
959 practical, for the user to look at a single line of NASM code
960 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
961 if you declare, for example,
963 \c foo     equ     1
964 \c bar     dw      2
966 then the two lines of code
968 \c         mov     ax,foo
969 \c         mov     ax,bar
971 generate completely different opcodes, despite having
972 identical-looking syntaxes.
974 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
975 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
976 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
977 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
978 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
979 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
980 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
981 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
983 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
984 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
985 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
986 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
987 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
988 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
990 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
991 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
992 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
993 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
994 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
995 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
996 \e{everything} is a label.
998 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
999 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1000 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1001 portion outside square brackets and another portion inside. The
1002 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1003 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1006 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1008 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1009 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1010 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1011 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1012 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1013 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1014 \c{mov word [var],2}.
1016 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1017 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1018 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1019 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1020 the strings being manipulated.
1023 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1025 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1026 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1027 choose to put in your segment registers, and will never
1028 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1031 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1033 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1034 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1035 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1036 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1037 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1038 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1039 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1040 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1041 track of which external variable definitions are far and which are
1042 near.
1045 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1047 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1048 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1049 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1050 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1052 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1053 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1054 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1055 on a misunderstanding by the authors.
1058 \S{qsother} Other Differences
1060 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1061 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1063 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1064 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1065 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1066 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1067 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1068 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1069 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1071 In addition to all of this, macros and directives work completely
1072 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1073 details.
1076 \C{lang} The NASM Language
1078 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1080 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1081 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1082 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1084 \c label:    instruction operands        ; comment
1086 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1087 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1088 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1089 presence and nature of the instruction field.
1091 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1092 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1093 backslash-ended line.
1095 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1096 have white space before them, or instructions may have no space
1097 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1098 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1099 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1100 valid source line which does nothing but define a label. Running
1101 NASM with the command-line option
1102 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1103 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1105 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1106 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1107 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1108 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1109 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1110 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1111 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1112 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1113 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1114 an identifier is 4095 characters.
1116 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1117 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1118 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1119 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1120 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1121 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1122 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1123 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1124 override}segment register as an instruction prefix: coding
1125 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1126 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1127 syntactic features of the language, but for instructions such as
1128 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1129 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1130 \c{es lodsb}.
1132 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1133 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1134 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1136 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1137 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1139 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1140 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1141 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1142 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1143 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1144 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1146 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1147 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1148 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1149 \# Details of
1150 \# all forms of each supported instruction are given in
1151 \# \k{iref}.
1152 For example, you can code:
1154 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1155 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1157 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1158 \c         fadd    to st1          ; so does this
1160 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1161 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1162 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1165 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1167 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1168 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1169 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1170 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1171 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1172 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1173 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1174 prefix.
1177 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1179 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1180 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1181 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1182 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1184 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1185 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1186 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1187 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1188 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1189 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1190 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1191 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1192 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1193 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1194 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1195 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1196 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1198 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1201 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1203 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1204 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1205 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1206 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1207 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1208 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1209 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1210 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1211 expression}: see \k{crit}.
1213 For example:
1215 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1216 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1217 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1218 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1220 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1222 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1223 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1224 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1225 directly into a game executable file. It can be called in one of
1226 these three ways:
1228 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1229 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1230 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1231 \c                                    ; actually include at most 512
1233 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1234 macro version searches for the file in the include file search path
1235 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1236 overridden if desired.
1239 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1241 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1242 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1243 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1244 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1245 example,
1247 \c message         db      'hello, world'
1248 \c msglen          equ     $-message
1250 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1251 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1252 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1253 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1254 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1255 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1256 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1257 (\k{crit}).
1260 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1262 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1263 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1264 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1265 code
1267 \c zerobuf:        times 64 db 0
1269 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1270 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1271 \e{expression}, so you can do things like
1273 \c buffer: db      'hello, world'
1274 \c         times 64-$+buffer db ' '
1276 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1277 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1278 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1280 \c         times 100 movsb
1282 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1283 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1284 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1286 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1287 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1289 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1290 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1291 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1292 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1293 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1296 \H{effaddr} Effective Addresses
1298 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1299 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1300 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1301 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1302 example:
1304 \c wordvar dw      123
1305 \c         mov     ax,[wordvar]
1306 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1307 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1309 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1310 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1312 More complicated effective addresses, such as those involving more
1313 than one register, work in exactly the same way:
1315 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1316 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1318 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1319 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1320 all right:
1322 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1323 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1325 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1326 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1327 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1328 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1329 generate the latter on the grounds that the former requires four
1330 bytes to store a zero offset.
1332 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1333 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1334 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1335 default segment registers.
1337 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1338 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1339 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1340 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1341 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1342 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1343 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1344 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1345 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1346 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1347 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1349 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1350 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1351 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1352 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1353 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1354 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1355 the offset to be lost.
1357 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1358 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1359 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1360 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1361 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1362 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1364 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1365 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1366 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1367 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1370 \H{const} \i{Constants}
1372 NASM understands four different types of constant: numeric,
1373 character, string and floating-point.
1376 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1378 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1379 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1380 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1381 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1382 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1383 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1384 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1385 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1387 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1388 up long strings.
1390 Some examples:
1392 \c         mov     ax,100          ; decimal
1393 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1394 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1395 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1396 \c         mov     ax,777q         ; octal
1397 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1398 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1399 \c         mov     ax,1001_0011b   ; same binary constant
1402 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1404 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1405 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1406 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1407 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1408 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1409 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1410 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1413 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1415 \c       \'          single quote (')
1416 \c       \"          double quote (")
1417 \c       \`          backquote (`)
1418 \c       \\\          backslash (\)
1419 \c       \?          question mark (?)
1420 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1421 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1422 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1423 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1424 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1425 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1426 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1427 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1428 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1429 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1430 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1431 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1433 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1434 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1435 sequence.
1437 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1438 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1440 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1441 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1442 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1445 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1447 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1448 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1450 A character constant with more than one byte will be arranged
1451 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1453 \c           mov eax,'abcd'
1455 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1456 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1457 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1458 the sense of character constants understood by the Pentium's
1459 \i\c{CPUID} instruction.
1462 \S{strconst} \i{String Constants}
1464 String constants are character strings used in the context of some
1465 pseudo-instructions, namely the
1466 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1467 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1468 certain preprocessor directives.
1470 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1471 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1472 for the conditions. So the following are equivalent:
1474 \c       db    'hello'               ; string constant
1475 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1477 And the following are also equivalent:
1479 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1480 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1481 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1483 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1484 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1485 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1486 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1487 or four-character constants are treated as strings when they are
1488 operands to \c{DW}, and so forth.
1491 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1493 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1494 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1495 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1496 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1497 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1498 \i\c{__float128h__}.
1500 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1501 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1502 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1503 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1504 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1505 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1506 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1507 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1508 notation.
1510 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1511 floating-point constants as well.
1513 Some examples:
1515 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1516 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1517 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1518 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1519 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1520 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1521 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1522 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1523 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1524 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1525 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1527 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1528 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1529 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1530 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1531 called a "\i{minifloat}."
1533 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1534 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1535 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1536 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1537 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1538 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1539 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1540 floating-point number, respectively.
1542 For example:
1544 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1546 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1547 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1549 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1551 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1552 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1553 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1554 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1555 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1556 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1557 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1558 of floating-point routines, which would significantly increase the
1559 size of the assembler for very little benefit.
1561 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1562 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1563 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1564 respectively.  These are normally used as macros:
1566 \c %define Inf __Infinity__
1567 \c %define NaN __QNaN__
1569 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1571 \H{expr} \i{Expressions}
1573 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1574 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1575 appropriate size.
1577 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1578 calculations to involve the current assembly position: the
1579 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1580 position at the beginning of the line containing the expression; so
1581 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1582 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1583 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1585 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1586 increasing order of \i{precedence}.
1589 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1591 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1592 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1593 arithmetic operator supported by NASM.
1596 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1598 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1601 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1603 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1606 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1608 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1609 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1610 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1611 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1612 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1615 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1616 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1618 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1619 subtraction.
1622 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1623 \i{Multiplication} and \i{Division}
1625 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1626 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1627 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1628 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1629 \i{signed modulo} operators respectively.
1631 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1632 operation of the signed modulo operator.
1634 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1635 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1636 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1639 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1640 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1642 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1643 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1644 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1645 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1646 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1647 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1650 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1652 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1653 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1654 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1655 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1657 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1658 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1659 the symbol makes sense. So the code
1661 \c         mov     ax,seg symbol
1662 \c         mov     es,ax
1663 \c         mov     bx,symbol
1665 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1667 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1668 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1669 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1670 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1671 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1673 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1674 \c         mov     es,ax
1675 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1677 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1678 pointer to the symbol \c{symbol}.
1680 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1681 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1682 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1683 could code either of
1685 \c         call    (seg procedure):procedure
1686 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1688 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1689 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1690 practice.)
1692 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1693 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1694 to \c{CALL} in these examples.
1696 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1697 must code
1699 \c         dw      symbol, seg symbol
1701 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1702 invent one using the macro processor.
1705 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1707 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1708 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1709 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1710 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1711 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1712 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1713 in \c{BITS 16} mode,
1715 \c         push dword 33
1717 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1719 \c         push strict dword 33
1721 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1722 21 00 00 00}.
1724 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1725 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1728 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1730 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1731 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1732 called \e{Critical Expressions}.
1734 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1735 code and data, so that the second pass, when generating all the
1736 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1737 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1738 symbol declared after the code in question. For example,
1740 \c         times (label-$) db 0
1741 \c label:  db      'Where am I?'
1743 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1744 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1745 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1746 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1747 code
1749 \c         times (label-$+1) db 0
1750 \c label:  db      'NOW where am I?'
1752 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1753 wrong!
1755 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1756 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1757 value is required to be computable in the first pass, and which must
1758 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1759 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1760 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1761 also critical expressions.
1763 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1764 the following code.
1766 \c                 mov     ax,symbol1
1767 \c symbol1         equ     symbol2
1768 \c symbol2:
1770 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1771 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1772 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1773 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1774 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1775 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1776 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1778 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1779 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1780 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1782 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1783 this code fragment.
1785 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1786 \c offset  equ     10
1788 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1789 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1790 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1791 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1792 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1793 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1794 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1795 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1796 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1797 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1798 generated in this case is not as small as it could have been. This
1799 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1800 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1801 ebx+offset]}.
1803 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1804 no longer true (see \k{opt-On}).
1806 \H{locallab} \i{Local Labels}
1808 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1809 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1810 label, which means that it is associated with the previous non-local
1811 label. So, for example:
1813 \c label1  ; some code
1815 \c .loop
1816 \c         ; some more code
1818 \c         jne     .loop
1819 \c         ret
1821 \c label2  ; some code
1823 \c .loop
1824 \c         ; some more code
1826 \c         jne     .loop
1827 \c         ret
1829 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1830 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1831 are kept separate by virtue of each being associated with the
1832 previous non-local label.
1834 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1835 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1836 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1837 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1838 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1839 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1840 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1841 to, you could write
1843 \c label3  ; some more code
1844 \c         ; and some more
1846 \c         jmp label1.loop
1848 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1849 define a label which can be referenced from anywhere but which
1850 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1851 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1852 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1853 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1854 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1855 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1856 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1857 to the local label mechanism. So you could code
1859 \c label1:                         ; a non-local label
1860 \c .local:                         ; this is really label1.local
1861 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1862 \c label2:                         ; another non-local label
1863 \c .local:                         ; this is really label2.local
1865 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1867 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1868 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1869 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1872 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1874 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1875 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1876 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1877 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1878 sign.
1880 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1881 character into a single line.  Thus:
1883 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1884 \c         THIS_VALUE
1886 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1887 sequence.
1889 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1891 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1893 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1894 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1895 things like
1897 \c %define ctrl    0x1F &
1898 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1900 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1902 which will expand to
1904 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1906 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1907 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1908 not at definition time. Thus the code
1910 \c %define a(x)    1+b(x)
1911 \c %define b(x)    2*x
1913 \c         mov     ax,a(8)
1915 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1916 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1918 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1919 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1920 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1921 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1922 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1923 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1924 \c{bar}.
1926 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1927 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1928 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1929 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1930 Hence, if you code
1932 \c %define a(x)    1+a(x)
1934 \c         mov     ax,a(3)
1936 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1937 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1938 for an example of its use.
1940 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1941 macros: if you write
1943 \c %define foo(x)   1+x
1944 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1946 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1947 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1948 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1949 you define
1951 \c %define foo bar
1953 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1954 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1955 \e{with} parameters, and vice versa.
1957 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1958 perfectly well define a macro with
1960 \c %define foo bar
1962 and then re-define it later in the same source file with
1964 \c %define foo baz
1966 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1967 according to the most recent definition. This is particularly useful
1968 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1970 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1971 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1974 \S{xdefine} Enhancing \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1976 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1977 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1978 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1979 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1980 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
1982 Suppose you have the following code:
1984 \c %define  isTrue  1
1985 \c %define  isFalse isTrue
1986 \c %define  isTrue  0
1988 \c val1:    db      isFalse
1990 \c %define  isTrue  1
1992 \c val2:    db      isFalse
1994 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1995 This is because, when a single-line macro is defined using
1996 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1997 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
1998 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
1999 time it is 1.
2001 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2002 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2003 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2005 \c %xdefine isTrue  1
2006 \c %xdefine isFalse isTrue
2007 \c %xdefine isTrue  0
2009 \c val1:    db      isFalse
2011 \c %xdefine isTrue  1
2013 \c val2:    db      isFalse
2015 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2016 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2017 the time that \c{isFalse} was defined.
2020 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2022 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2023 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2024 several similar macros that perform similar functions.
2026 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2027 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2029 As an example, consider the following:
2031 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2033 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2034 \c         .COM1addr       RESW    1
2035 \c         .COM2addr       RESW    1
2036 \c         ; ..and so on
2037 \c endstruc
2039 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2040 we can end up with:
2042 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2043 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2045 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2046 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2048 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2050 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2052 Now the above code can be written as:
2054 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2055 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2057 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2058 in turn, reduce typing errors).
2061 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2063 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2064 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2065 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2066 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2067 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2068 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2070 For example:
2072 \c %idefine Foo mov %?,%??
2074 \c         foo
2075 \c         FOO
2077 will expand to:
2079 \c         mov foo,Foo
2080 \c         mov FOO,Foo
2082 The sequence:
2084 \c %idefine keyword $%?
2086 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2087 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2089 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2091 \S{undef} Undefining Macros: \i\c{%undef}
2093 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2094 example, the following sequence:
2096 \c %define foo bar
2097 \c %undef  foo
2099 \c         mov     eax, foo
2101 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2102 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2104 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2105 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2106 \k{opt-u}.
2109 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2111 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2112 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2113 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2114 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2116 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2117 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2118 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2119 \c{%assign} directive is processed.
2121 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2122 later, so you can do things like
2124 \c %assign i i+1
2126 to increment the numeric value of a macro.
2128 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2129 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2130 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2132 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2133 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2134 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2135 involving a register).
2138 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2140 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2141 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2142 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2143 before definition.
2145 For example:
2147 \c %defstr test TEST
2149 is equivalent to
2151 \c %define test 'TEST'
2153 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2154 \k{getenv}):
2156 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2159 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2161 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2162 supports two simple string handling macro operators from which
2163 more complex operations can be constructed.
2166 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2168 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2169 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2170 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2171 example of the use of this would be:
2173 \c %strlen charcnt 'my string'
2175 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2176 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2177 was a literal string but it could also have been a single-line
2178 macro that expands to a string, as in the following example:
2180 \c %define sometext 'my string'
2181 \c %strlen charcnt sometext
2183 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2184 assigned the value of 9.
2187 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2189 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2190 An example of its use is probably more useful than the description:
2192 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2193 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2194 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2195 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2196 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2197 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2199 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2200 single-line macro to be created and the second is the string. The
2201 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2202 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2203 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2204 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2205 values out of range result in an empty string.  A negative length
2206 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2207 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2210 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2212 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2213 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2214 this.
2216 \c %macro  prologue 1
2218 \c         push    ebp
2219 \c         mov     ebp,esp
2220 \c         sub     esp,%1
2222 \c %endmacro
2224 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2225 invoke the macro with a call such as
2227 \c myfunc:   prologue 12
2229 which would expand to the three lines of code
2231 \c myfunc: push    ebp
2232 \c         mov     ebp,esp
2233 \c         sub     esp,12
2235 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2236 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2237 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2238 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2239 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2240 \c{%3} and so on.
2242 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2243 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2245 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2246 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2247 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2248 things like
2250 \c %macro  silly 2
2252 \c     %2: db      %1
2254 \c %endmacro
2256 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2257 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2258 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2261 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2263 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2264 defining the same macro name several times with different numbers of
2265 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2266 parameters at all. So you could define
2268 \c %macro  prologue 0
2270 \c         push    ebp
2271 \c         mov     ebp,esp
2273 \c %endmacro
2275 to define an alternative form of the function prologue which
2276 allocates no local stack space.
2278 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2279 instruction; for example, you might want to define
2281 \c %macro  push 2
2283 \c         push    %1
2284 \c         push    %2
2286 \c %endmacro
2288 so that you could code
2290 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2291 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2293 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2294 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2295 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2296 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2297 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2298 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2301 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2303 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2304 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2305 calling the same macro multiple times will use a different label
2306 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2307 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2308 flag is set by doing this:
2310 \c %macro  retz 0
2312 \c         jnz     %%skip
2313 \c         ret
2314 \c     %%skip:
2316 \c %endmacro
2318 You can call this macro as many times as you want, and every time
2319 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2320 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2321 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2322 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2323 interfering with the local label mechanism, as described in
2324 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2325 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2326 they interfere with macro-local labels.
2329 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2331 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2332 command line into one parameter definition, possibly after
2333 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2334 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2335 you might want to be able to write
2337 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2339 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2340 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2341 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2342 the last defined one along with the separating commas. So if you
2343 code:
2345 \c %macro  writefile 2+
2347 \c         jmp     %%endstr
2348 \c   %%str:        db      %2
2349 \c   %%endstr:
2350 \c         mov     dx,%%str
2351 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2352 \c         mov     bx,%1
2353 \c         mov     ah,0x40
2354 \c         int     0x21
2356 \c %endmacro
2358 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2359 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2360 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2361 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2362 \c{db}.
2364 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2365 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2366 \c{%macro} line.
2368 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2369 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2370 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2371 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2372 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2373 into account when overloading macros, and will not allow you to
2374 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2375 example).
2377 Of course, the above macro could have been implemented as a
2378 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2379 look like
2381 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2383 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2384 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2385 definition.
2387 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2390 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2392 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2393 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2394 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2396 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2398 \c         writefile 2,%1
2399 \c         mov     ax,0x4c01
2400 \c         int     0x21
2402 \c %endmacro
2404 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2405 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2406 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2407 called with no parameters, in which case it will use the default
2408 error message supplied in the macro definition.
2410 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2411 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2412 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2413 optional ones. So if a macro definition began with the line
2415 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2417 then it could be called with between one and three parameters, and
2418 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2419 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2420 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2422 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2423 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2424 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2425 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2426 parameters were really passed to the macro call.
2428 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2429 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2430 and more useful, by changing the first line of the definition to
2432 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2434 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2435 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2436 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2439 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2441 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2442 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2443 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2444 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2445 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2448 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2450 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2451 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2452 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2453 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2454 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2455 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2457 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2458 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2459 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2460 argument list reappear on the right, and vice versa.
2462 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2463 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2464 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2465 parameters are rotated to the right.
2467 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2468 restore a set of registers might work as follows:
2470 \c %macro  multipush 1-*
2472 \c   %rep  %0
2473 \c         push    %1
2474 \c   %rotate 1
2475 \c   %endrep
2477 \c %endmacro
2479 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2480 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2481 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2482 one place to the left, so that the original second argument is now
2483 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2484 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2485 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2487 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2488 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2489 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2491 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2492 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2493 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2494 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2495 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2496 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2497 order from the one in which they were pushed.
2499 This can be done by the following definition:
2501 \c %macro  multipop 1-*
2503 \c   %rep %0
2504 \c   %rotate -1
2505 \c         pop     %1
2506 \c   %endrep
2508 \c %endmacro
2510 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2511 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2512 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2513 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2514 iterated through in reverse order.
2517 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2519 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2520 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2521 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2522 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2523 something like
2525 \c %macro keytab_entry 2
2527 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2528 \c                 db      %2
2530 \c %endmacro
2532 \c keytab:
2533 \c           keytab_entry F1,128+1
2534 \c           keytab_entry F2,128+2
2535 \c           keytab_entry Return,13
2537 which would expand to
2539 \c keytab:
2540 \c keyposF1        equ     $-keytab
2541 \c                 db     128+1
2542 \c keyposF2        equ     $-keytab
2543 \c                 db      128+2
2544 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2545 \c                 db      13
2547 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2548 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2550 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2551 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2552 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2553 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2554 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2555 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2556 (literal text to be concatenated to the parameter).
2558 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2559 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2560 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2561 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2562 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2563 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2564 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2565 real names of macro-local labels means that the two usages
2566 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2567 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2570 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2572 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2573 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2574 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2575 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2576 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2577 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2578 condition code.
2580 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2581 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2582 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2583 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2585 \c %macro  retc 1
2587 \c         j%-1    %%skip
2588 \c         ret
2589 \c   %%skip:
2591 \c %endmacro
2593 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2594 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2595 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2596 \c{JPE}.
2598 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2599 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2600 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2601 because no inverse condition code exists.
2604 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2606 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2607 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2608 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2609 see which instructions in the macro expansion are generating what
2610 code; however, for some macros this clutters the listing up
2611 unnecessarily.
2613 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2614 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2615 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2616 the number of parameters, like this:
2618 \c %macro foo 1.nolist
2620 Or like this:
2622 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2624 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2626 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2627 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2628 syntax of this feature looks like this:
2630 \c %if<condition>
2631 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2632 \c %elif<condition2>
2633 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2634 \c %else
2635 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2636 \c %endif
2638 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2640 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2641 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2643 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2644 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2645 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2646 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2648 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2649 single-line macro existence}
2651 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2652 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2653 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2654 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2656 For example, when debugging a program, you might want to write code
2657 such as
2659 \c           ; perform some function
2660 \c %ifdef DEBUG
2661 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2662 \c %endif
2663 \c           ; go and do something else
2665 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2666 version of the program which produced debugging messages, and remove
2667 the option to generate the final release version of the program.
2669 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2670 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2671 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2672 \i\c{%elifndef}.
2675 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2676 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2678 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2679 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2681 For example, you may be working with a large project and not have control
2682 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2683 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2684 does exist.
2686 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2687 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2689 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2691 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2693 \c %else
2695 \c      %macro MyMacro 1-3
2697 \c              ; insert code to define the macro
2699 \c      %endmacro
2701 \c %endif
2703 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2704 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2705 conflict.
2707 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2708 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2709 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2712 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2713 stack}
2715 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2716 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2717 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2718 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2719 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2721 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2722 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2725 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2726 arbitrary numeric expressions}
2728 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2729 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2730 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2731 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2732 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2734 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2735 a critical expression (see \k{crit}).
2737 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2738 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2739 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2740 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2741 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2742 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2743 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2744 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2745 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2746 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2747 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2748 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2749 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2750 for true and 0 for false.
2752 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2753 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2755 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2756 Identity\I{testing, exact text identity}
2758 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2759 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2760 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2761 Differences in white space are not counted.
2763 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2765 For example, the following macro pushes a register or number on the
2766 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2768 \c %macro  pushparam 1
2770 \c   %ifidni %1,ip
2771 \c         call    %%label
2772 \c   %%label:
2773 \c   %else
2774 \c         push    %1
2775 \c   %endif
2777 \c %endmacro
2779 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2780 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2781 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2782 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2784 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2785 Types\I{testing, token types}
2787 Some macros will want to perform different tasks depending on
2788 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2789 example, a string output macro might want to be able to cope with
2790 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2791 string.
2793 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2794 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2795 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2796 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2797 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2799 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2800 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2802 \c %macro writefile 2-3+
2804 \c   %ifstr %2
2805 \c         jmp     %%endstr
2806 \c     %if %0 = 3
2807 \c       %%str:    db      %2,%3
2808 \c     %else
2809 \c       %%str:    db      %2
2810 \c     %endif
2811 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2812 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2813 \c   %else
2814 \c                 mov     dx,%2
2815 \c                 mov     cx,%3
2816 \c   %endif
2817 \c                 mov     bx,%1
2818 \c                 mov     ah,0x40
2819 \c                 int     0x21
2821 \c %endmacro
2823 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2824 the following two ways:
2826 \c         writefile [file], strpointer, length
2827 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2829 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2830 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2831 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2832 it itself and works out the address and length for itself.
2834 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2835 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2836 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2837 which case, all but the first two would be lumped together into
2838 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2840 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
2841 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
2842 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
2843 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2845 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
2847 Some macros will want to do different things depending on if it is
2848 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2849 versus a multi-token sequence.
2851 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2852 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2853 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2855 For example:
2857 \c %iftoken 1
2859 will assemble the subsequent code, but
2861 \c %iftoken -1
2863 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
2864 \c{-}, and the number \c{1}.
2866 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2867 variants are also provided.
2869 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
2871 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2872 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2873 any tokens at all, whitespace excepted.
2875 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2876 variants are also provided.
2878 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2880 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2881 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2882 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2883 the right macros by means of code like this:
2885 \c %ifdef SOME_MACRO
2886 \c     ; do some setup
2887 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2888 \c     ; do some different setup
2889 \c %else
2890 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2891 \c %endif
2893 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2894 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2895 having to wait until the program crashes on being run and then not
2896 knowing what went wrong.
2899 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2901 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2902 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2903 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2904 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2906 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2907 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2908 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2909 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2911 \c %assign i 0
2912 \c %rep    64
2913 \c         inc     word [table+2*i]
2914 \c %assign i i+1
2915 \c %endrep
2917 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2918 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2919 \c{[table+126]}.
2921 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2922 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2923 terminate the loop, like this:
2925 \c fibonacci:
2926 \c %assign i 0
2927 \c %assign j 1
2928 \c %rep 100
2929 \c %if j > 65535
2930 \c     %exitrep
2931 \c %endif
2932 \c         dw j
2933 \c %assign k j+i
2934 \c %assign i j
2935 \c %assign j k
2936 \c %endrep
2938 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2940 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2941 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2942 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2943 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2944 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2945 be gradually used up and other applications to start crashing.
2948 \H{files} Source Files and Dependencies
2950 These commands allow you to split your sources into multiple files.
2952 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files} 
2954 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2955 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2956 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2958 \c %include "macros.mac"
2960 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2961 file containing the \c{%include} directive.
2963 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2964 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2965 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2966 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2967 line using the \c{-i} option.
2969 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2970 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2971 the form
2973 \c %ifndef MACROS_MAC
2974 \c     %define MACROS_MAC
2975 \c     ; now define some macros
2976 \c %endif
2978 then including the file more than once will not cause errors,
2979 because the second time the file is included nothing will happen
2980 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2982 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2983 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2984 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2987 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
2989 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
2990 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
2991 be the include-path-resolved verson of the filename, if the file
2992 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
2994 For example,
2996 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
2998 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
2999 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3002 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3004 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3005 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3006 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3008 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3009 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3010 \c{INCBIN} directive looks like:
3012 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3013 \c %pathsearch dep %1
3014 \c %depend dep
3015 \c         incbin dep,%2
3016 \c %endmacro
3018 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3019 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3020 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3022 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3024 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3025 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3026 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3027 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3028 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3029 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3030 able to nest these loops.
3032 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3033 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3034 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3035 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3036 define labels that are local to a particular context on the stack.
3039 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3040 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3042 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3043 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
3044 which is the name of the context. For example:
3046 \c %push    foobar
3048 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
3049 have several contexts on the stack with the same name: they can
3050 still be distinguished.
3052 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
3053 context from the context stack and destroys it, along with any
3054 labels associated with it.
3057 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3059 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3060 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3061 is used to define a label which is local to the context on the top
3062 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3063 above could be implemented by means of:
3065 \c %macro repeat 0
3067 \c     %push   repeat
3068 \c     %$begin:
3070 \c %endmacro
3072 \c %macro until 1
3074 \c         j%-1    %$begin
3075 \c     %pop
3077 \c %endmacro
3079 and invoked by means of, for example,
3081 \c         mov     cx,string
3082 \c         repeat
3083 \c         add     cx,3
3084 \c         scasb
3085 \c         until   e
3087 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3088 in \c{AL}.
3090 If you need to define, or access, labels local to the context
3091 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3092 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3095 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3097 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3098 a particular context, in just the same way:
3100 \c %define %$localmac 3
3102 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3103 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3104 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3107 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3109 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3110 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3111 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3112 have the side effect of destroying all context-local labels and
3113 macros associated with the context that was just popped.
3115 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3116 with a different name, without touching the associated macros and
3117 labels. So you could replace the destructive code
3119 \c %pop
3120 \c %push   newname
3122 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3125 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3127 This example makes use of almost all the context-stack features,
3128 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3129 implement a block IF statement as a set of macros.
3131 \c %macro if 1
3133 \c     %push if
3134 \c     j%-1  %$ifnot
3136 \c %endmacro
3138 \c %macro else 0
3140 \c   %ifctx if
3141 \c         %repl   else
3142 \c         jmp     %$ifend
3143 \c         %$ifnot:
3144 \c   %else
3145 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3146 \c   %endif
3148 \c %endmacro
3150 \c %macro endif 0
3152 \c   %ifctx if
3153 \c         %$ifnot:
3154 \c         %pop
3155 \c   %elifctx      else
3156 \c         %$ifend:
3157 \c         %pop
3158 \c   %else
3159 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3160 \c   %endif
3162 \c %endmacro
3164 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3165 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3166 that the macros are issued in the right order (for example, not
3167 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3168 not.
3170 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3171 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3172 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3173 to do different things depending on whether the context on top of
3174 the stack is \c{if} or \c{else}.
3176 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3177 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3178 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3179 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3180 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3182 A sample usage of these macros might look like:
3184 \c         cmp     ax,bx
3186 \c         if ae
3187 \c                cmp     bx,cx
3189 \c                if ae
3190 \c                        mov     ax,cx
3191 \c                else
3192 \c                        mov     ax,bx
3193 \c                endif
3195 \c         else
3196 \c                cmp     ax,cx
3198 \c                if ae
3199 \c                        mov     ax,cx
3200 \c                endif
3202 \c         endif
3204 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3205 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3206 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3207 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3210 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3212 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3213 when it starts to process any source file. If you really need a
3214 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3215 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3216 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3218 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3219 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3220 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3221 described here.
3224 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3225 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3227 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3228 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3229 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3230 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3231 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3232 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3233 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3236 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3238 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3239 representing the full version number of the version of nasm being used.
3240 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3241 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3242 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3243 would be equivalent to:
3245 \c         dd      0x00622001
3249 \c         db      1,32,98,0
3251 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3252 line is used just to give an indication of the order that the separate
3253 values will be present in memory.
3256 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3258 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3259 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3261 \c         db      __NASM_VER__
3263 would expand to
3265 \c         db      "0.98.32"
3268 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3270 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3271 name and line number containing the current instruction. The macro
3272 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3273 current input file (which may change through the course of assembly
3274 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3275 numeric constant giving the current line number in the input file.
3277 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3278 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3279 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3280 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3281 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3282 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3283 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3284 here'. You could then write a macro
3286 \c %macro  notdeadyet 0
3288 \c         push    eax
3289 \c         mov     eax,__LINE__
3290 \c         call    stillhere
3291 \c         pop     eax
3293 \c %endmacro
3295 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3296 find the crash point.
3299 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3301 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3302 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3303 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3304 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3305 mode-dependent macros.
3307 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3309 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3310 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3311 list.
3313 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3314 \c  %define NEWLINE 13, 10
3315 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3316 \c  %define NEWLINE 10
3317 \c %endif
3320 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3322 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3323 assembly session.
3325 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3326 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3327 respectively.)
3329 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3330 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3331 \c{HHMMSS} respectively.
3333 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3334 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3335 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3336 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3338 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3339 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3340 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3341 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3342 undefined.
3344 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3345 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3346 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3347 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3348 local time as if it was UTC.
3350 All instances of time and date macros in the same assembly session
3351 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3352 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3353 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3354 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3355 clock:
3357 \c __DATE__             "2010-01-01"
3358 \c __TIME__             "00:00:42"
3359 \c __DATE_NUM__         20100101
3360 \c __TIME_NUM__         000042
3361 \c __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3362 \c __UTC_TIME__         "21:00:42"
3363 \c __UTC_DATE_NUM__     20091231
3364 \c __UTC_TIME_NUM__     210042
3365 \c __POSIX_TIME__       1262293242
3367 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3369 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3370 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3371 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3372 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3374 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3375 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3376 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3377 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3378 issued, you are defining the structure, and should define fields
3379 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3380 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3382 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3383 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3385 \c struc   mytype
3387 \c   mt_long:      resd    1
3388 \c   mt_word:      resw    1
3389 \c   mt_byte:      resb    1
3390 \c   mt_str:       resb    32
3392 \c endstruc
3394 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3395 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3396 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3397 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3399 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3400 effect of allowing structures to work with the local label
3401 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3402 more than one structure, you can define the above structure like this:
3404 \c struc mytype
3406 \c   .long:        resd    1
3407 \c   .word:        resw    1
3408 \c   .byte:        resb    1
3409 \c   .str:         resb    32
3411 \c endstruc
3413 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3414 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3416 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3417 support any form of period notation to refer to the elements of a
3418 structure once you have one (except the above local-label notation),
3419 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3420 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3421 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3422 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3425 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3426 \i{Instances of Structures}
3428 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3429 to do is to declare instances of that structure in your data
3430 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3431 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3432 you code something like this:
3434 \c mystruc:
3435 \c     istruc mytype
3437 \c         at mt_long, dd      123456
3438 \c         at mt_word, dw      1024
3439 \c         at mt_byte, db      'x'
3440 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3442 \c     iend
3444 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3445 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3446 specified structure field, and then to declare the specified data.
3447 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3448 they were specified in the structure definition.
3450 If the data to go in a structure field requires more than one source
3451 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3452 the \c{AT} line. For example:
3454 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3455 \c                     db      190,100,0
3457 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3458 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3459 line:
3461 \c         at mt_str
3462 \c                 db      'hello, world'
3463 \c                 db      13,10,0
3466 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3468 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3469 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3470 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3471 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3473 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3474 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3475 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3476 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3477 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3479 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3480 both compute the number of additional bytes required to bring the
3481 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3482 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3483 perform the alignment.
3485 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3486 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3487 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3488 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3489 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3490 except for special purposes.
3492 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3493 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3494 power of two, or if their second argument generates more than one
3495 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3496 thing.
3498 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3499 be used within structure definitions:
3501 \c struc mytype2
3503 \c   mt_byte:
3504 \c         resb 1
3505 \c         alignb 2
3506 \c   mt_word:
3507 \c         resw 1
3508 \c         alignb 4
3509 \c   mt_long:
3510 \c         resd 1
3511 \c   mt_str:
3512 \c         resb 32
3514 \c endstruc
3516 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3517 relative to the base of the structure.
3519 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3520 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3521 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3522 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3523 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3524 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3525 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3528 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3530 The following preprocessor directives provide a way to use
3531 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3533 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3535 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3537 \b\c{%local}  (see \k{local})
3540 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3542 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3543 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3544 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3546 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3547 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3548 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3549 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3551 \c some_function:
3553 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3554 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3555 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3557 \c         mov     ax,[i]
3558 \c         mov     bx,[j_ptr]
3559 \c         add     ax,[bx]
3560 \c         ret
3562 \c     %pop                       ; restore original context
3564 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3565 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3566 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3567 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3570 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3572 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3573 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3574 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3575 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3576 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3578 \c %stacksize flat
3580 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3581 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3582 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3584 \c %stacksize flat64
3586 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3587 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3588 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3590 \c %stacksize large
3592 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3593 assumes that a far form of call was used to get to this address
3594 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3596 \c %stacksize small
3598 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3599 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3600 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3601 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3602 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3603 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3604 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3605 (see \k{local}).
3608 \S{local} \i\c{%local} Directive
3610 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3611 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3612 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3613 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3614 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3615 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3616 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3617 instruction.
3618 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3619 An example of its use is the following:
3621 \c silly_swap:
3623 \c     %push mycontext             ; save the current context
3624 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3625 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3626 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3628 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3629 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3630 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3631 \c         mov     ax,bx
3632 \c         mov     dx,cx
3633 \c         mov     bx,[old_ax]
3634 \c         mov     cx,[old_dx]
3635 \c         leave                   ; restore old bp
3636 \c         ret                     ;
3638 \c     %pop                        ; restore original context
3640 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3641 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3642 current context before the \c{%local} directive may be used.
3643 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3644 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3645 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3646 as shown in the example.
3648 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3650 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3651 information from external sources. Currently they include:
3653 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3654 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3656 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3657 C language preprocessor (see \k{line}).
3659 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3660 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3662 \S{line} \i\c{%line} Directive
3664 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3665 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3666 this other file would be an original source file, with the current
3667 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3668 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3669 number of the original source file, instead of the file that is being
3670 read by NASM.
3672 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3673 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3674 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3676 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3678 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3679 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3680 which specifies a line increment value; each line of the input file
3681 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3682 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3683 specifies the file name of the original source file.
3685 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3686 all file name and line numbers relative to the values specified
3687 therein.
3690 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3692 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3693 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3694 to store the contents of an environment variable into a string, which
3695 could be used at some other point in your code.
3697 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3698 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3699 could do that as follows:
3701 \c %defstr FOO    %!FOO
3703 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3706 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3708 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3709 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3710 directives. These are described in this chapter.
3712 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3713 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3714 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3715 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3716 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3717 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3719 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3720 directives are not.
3722 In addition to the universal directives described in this chapter,
3723 each object file format can optionally supply extra directives in
3724 order to control particular features of that file format. These
3725 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3726 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3729 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3731 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3732 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3733 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3734 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3736 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3737 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3738 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3739 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3740 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3741 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3742 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3743 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3745 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3746 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3747 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3748 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3749 device drivers and boot loader software.
3751 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3752 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3753 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3754 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3756 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3757 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3758 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3759 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3760 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3761 need an 0x67.
3763 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3764 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3765 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3767 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3768 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3769 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3770 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3771 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3772 necessary.
3774 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3775 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3776 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3777 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3778 REX prefix is used.
3780 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3781 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3782 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3784 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3786 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3788 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3789 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3792 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3794 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3795 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3796 specify most features directly.  However, this is occationally
3797 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3798 to use.
3800 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3801 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3802 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3803 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3804 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3805 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3807 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3808 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3809 other special functions in 64-bit mode, and generating
3810 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3812 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3814 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3815 Sections}
3817 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3818 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3819 which section of the output file the code you write will be
3820 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3821 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3822 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3823 define a new section, if you try to switch to a section that does
3824 not (yet) exist.
3826 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3827 \k{multisec}, all support
3828 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3829 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3830 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3831 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3832 name that has one.
3835 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3837 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3838 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3839 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3840 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3841 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3842 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3843 it. So the user-level directive
3845 \c         SECTION .text
3847 expands to the two lines
3849 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3850 \c         [SECTION .text]
3852 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3853 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3854 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3856 \c %macro  writefile 2+
3858 \c         [section .data]
3860 \c   %%str:        db      %2
3861 \c   %%endstr:
3863 \c         __SECT__
3865 \c         mov     dx,%%str
3866 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3867 \c         mov     bx,%1
3868 \c         mov     ah,0x40
3869 \c         int     0x21
3871 \c %endmacro
3873 This form of the macro, once passed a string to output, first
3874 switches temporarily to the data section of the file, using the
3875 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3876 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3877 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3878 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3879 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3880 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3881 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3882 code in any of several separate code sections.
3885 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3887 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3888 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3889 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3890 given absolute address. The only instructions you can use in this
3891 mode are the \c{RESB} family.
3893 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3895 \c absolute 0x1A
3897 \c     kbuf_chr    resw    1
3898 \c     kbuf_free   resw    1
3899 \c     kbuf        resw    16
3901 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3902 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3903 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3905 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3906 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3908 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3909 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3911 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3912 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3913 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3914 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3916 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3918 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3920 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3921 \c setup:
3922 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3924 \c absolute setup
3926 \c runtimevar1     resw    1
3927 \c runtimevar2     resd    20
3929 \c tsr_end:
3931 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3932 after the setup has finished running, the space it took up can be
3933 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3934 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3935 needs to be made resident.
3938 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3940 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3941 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3942 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3943 defined in some other module and needs to be referred to by this
3944 one. Not every object-file format can support external variables:
3945 the \c{bin} format cannot.
3947 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3948 argument is the name of a symbol:
3950 \c extern  _printf
3951 \c extern  _sscanf,_fscanf
3953 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3954 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3955 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3956 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3957 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3958 by means of the directive
3960 \c extern  _variable:wrt dgroup
3962 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3963 only in that it can take only one argument at a time: the support
3964 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3966 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3967 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3968 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3971 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3973 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3974 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3975 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3976 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3977 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3979 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3980 the definition of the symbol.
3982 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3983 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3984 \c{GLOBAL} directive. For example:
3986 \c global _main
3987 \c _main:
3988 \c         ; some code
3990 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3991 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3992 example, lets you specify whether global data items are functions or
3993 data:
3995 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3997 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3998 user-level form only in that it can take only one argument at a
3999 time.
4002 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4004 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4005 A common variable is much like a global variable declared in the
4006 uninitialized data section, so that
4008 \c common  intvar  4
4010 is similar in function to
4012 \c global  intvar
4013 \c section .bss
4015 \c intvar  resd    1
4017 The difference is that if more than one module defines the same
4018 common variable, then at link time those variables will be
4019 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4020 at the same piece of memory.
4022 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4023 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4024 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4025 specify the alignment requirements of a common variable:
4027 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4028 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4030 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4031 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4032 only one argument at a time.
4035 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4037 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4038 are available on the specified CPU.
4040 Options are:
4042 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4044 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4046 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4048 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4050 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4052 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4054 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4056 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4058 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4060 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4062 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4064 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4066 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4068 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4070 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4072 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4074 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4076 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4077 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4078 instructions are available.
4081 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4083 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4084 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4085 this behaviour:
4087 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4089 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4091 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4093 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4095 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4097 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4099 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4101 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4102 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4103 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4105 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4106 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4109 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4111 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4112 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4113 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4114 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4115 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4116 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4118 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4119 output file based on the input file name and the chosen output
4120 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4121 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4122 name, and substituting an extension defined by the output format.
4123 The extensions are given with each format below.
4126 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4128 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4129 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4130 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4131 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4132 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4133 development.
4135 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4136 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4138 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4139 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4140 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4141 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4143 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4144 leaves your file name as it is once the original extension has been
4145 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4146 into a binary file called \c{binprog}.
4149 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4151 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4152 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4153 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4154 the program begins at when it is loaded into memory.
4156 For example, the following code will generate the longword
4157 \c{0x00000104}:
4159 \c         org     0x100
4160 \c         dd      label
4161 \c label:
4163 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4164 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4165 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4166 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4167 offset which is added to all internal address references within the
4168 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4169 does. See \k{proborg} for further comments.
4172 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4173 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4175 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4176 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4177 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4178 end of the section-definition line. For example,
4180 \c section .data   align=16
4182 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4183 aligned on a 16-byte boundary.
4185 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4186 section start address must be forced to zero. The alignment value
4187 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4188 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4191 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4193 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4194 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4196 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4197 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4198 of course).
4200 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4201 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4202 \i\c{start=}.
4204 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4205 for the calculation of all memory references within that section 
4206 with \i\c{vstart=}.
4208 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4209 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4210 start address.
4212 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4213 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4214 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4216 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4217 is directed by default into the \c{.text} section.
4219 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4220 by default.
4222 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4223 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4224 has been specified.
4226 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4227 alignment has been specified.
4229 \b Sections may not overlap.
4231 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4232 which may be used in your code.
4234 \S{map}\i{Map files}
4236 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4237 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4238 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4239 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4240 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4241 brackets must be used.
4244 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4246 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4247 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4248 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4249 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4251 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4253 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4254 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4255 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4256 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4257 file format.
4259 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4260 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4261 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4263 If your source file contains code before specifying an explicit
4264 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4265 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4267 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4268 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4269 address of the segment. So, for example:
4271 \c segment data
4273 \c dvar:   dw      1234
4275 \c segment code
4277 \c function:
4278 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4279 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4280 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4281 \c         ret
4283 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4284 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4285 like
4287 \c extern  foo
4289 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4290 \c       mov   ds,ax
4291 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4292 \c       mov   es,ax
4293 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4294 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4297 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4298 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4300 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4301 directive to allow you to specify various properties of the segment
4302 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4303 end of the segment-definition line. For example,
4305 \c segment code private align=16
4307 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4308 segment, and requires that the portion of it described in this code
4309 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4311 The available qualifiers are:
4313 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4314 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4315 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4316 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4317 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4318 than stuck end-to-end.
4320 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4321 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4322 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4323 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4324 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4325 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4326 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4327 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4328 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4330 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4331 indicates to the linker that segments of the same class should be
4332 placed near each other in the output file. The class name can be any
4333 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4335 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4336 as an argument, and provides overlay information to an
4337 overlay-capable linker.
4339 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4340 the effect of recording the choice in the object file and also
4341 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4342 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4344 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4345 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4346 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4347 defines the group if it is not already defined.
4349 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4350 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4351 are currently known to make sensible use of this feature;
4352 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4353 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4354 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4356 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4357 class, no overlay, and \c{USE16}.
4360 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4362 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4363 single segment register can be used to refer to all the segments in
4364 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4365 you can code
4367 \c segment data
4369 \c         ; some data
4371 \c segment bss
4373 \c         ; some uninitialized data
4375 \c group dgroup data bss
4377 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4378 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4379 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4380 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4381 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4382 segment register.
4384 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4385 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4386 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4387 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4388 base rather than the segment base.
4390 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4391 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4392 segment which is part of more than one group will default to being
4393 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4395 A group does not have to contain any segments; you can still make
4396 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4397 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4398 \c{FLAT} with no segments in it.
4401 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4403 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4404 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4405 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4406 segment, group and symbol names that are written to the object file
4407 to be forced to upper case just before being written. Within a
4408 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4409 be written entirely in upper case if desired.
4411 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4414 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4415 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4417 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4418 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4419 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4420 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4422 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4423 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4424 wish to import and the name of the library you wish to import it
4425 from. For example:
4427 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4429 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4430 known in the library you are importing it from, in case this is not
4431 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4432 once you have imported it. For example:
4434 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4437 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4438 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4440 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4441 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4442 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4443 using the \c{EXPORT} directive.
4445 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4446 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4447 optional second parameter (separated by white space from the first)
4448 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4449 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4450 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4451 off.
4453 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4454 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4455 space. If further parameters are given, the external name must also
4456 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4457 available attributes are:
4459 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4460 resident by the system loader. This is an optimisation for
4461 frequently used symbols imported by name.
4463 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4464 does not make use of any initialized data.
4466 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4467 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4468 between 32-bit and 16-bit segments.
4470 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4471 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4472 the desired number.
4474 For example:
4476 \c     export  myfunc
4477 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4478 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4479 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4482 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4483 Point}
4485 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4486 define the program entry point, where execution will begin when the
4487 program is run. If the object file that defines the entry point is
4488 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4489 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4490 begin.
4493 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4494 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4496 If you declare an external symbol with the directive
4498 \c     extern  foo
4500 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4501 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4502 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4503 \c{foo} you will usually need to do something like
4505 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4506 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4507 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4509 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4510 is going to be accessible from a given segment or group, say
4511 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4512 simply code
4514 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4516 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4517 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4518 alternative form
4520 \c     extern  foo:wrt dgroup
4522 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4523 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4524 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4525 \c{foo wrt dgroup}.
4527 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4528 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4529 your program. It can also be applied to common variables: see
4530 \k{objcommon}.
4533 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4534 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4536 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4537 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4538 specify which your variables should be by the use of the syntax
4540 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4541 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4543 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4544 OMF specification says that they are declared as a number of
4545 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4546 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4547 five-byte elements or one ten-byte element.
4549 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4550 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4551 the variable size, to match when resolving common variables declared
4552 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4553 the element size on your far common variables. This is done by the
4554 following syntax:
4556 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4557 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4559 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4560 keyword is not required when an element size is specified, since
4561 only far commons may have element sizes at all. So the above
4562 declarations could equivalently be
4564 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4565 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4567 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4568 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4569 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4571 \c common  foo     10:wrt dgroup
4572 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4573 \c common  baz     24:wrt data:6
4576 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4578 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4579 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4580 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4581 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4583 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4585 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4586 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4587 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4588 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4589 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4590 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4591 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4592 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4595 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4596 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4598 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4599 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4600 and properties of sections you declare. Section types and properties
4601 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4602 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4603 these qualifiers.
4605 The available qualifiers are:
4607 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4608 code section. This marks the section as readable and executable, but
4609 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4610 section is code.
4612 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4613 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4614 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4615 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4617 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4618 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4619 constants in it.
4621 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4622 which is not included in the executable file by the linker, but may
4623 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4624 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4625 linker to interpret the contents of the section as command-line
4626 options.
4628 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4629 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4630 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4631 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4632 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4633 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4634 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4635 for data (and BSS) sections.
4636 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4637 alignment), though the value does not matter.
4639 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4640 qualifiers are:
4642 \c section .text    code  align=16
4643 \c section .data    data  align=4
4644 \c section .rdata   rdata align=8
4645 \c section .bss     bss   align=4
4647 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4649 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
4651 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4652 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4653 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4654 designated read-only table and have alleged entry point verified
4655 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4656 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4657 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4658 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4659 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4660 will not be performed for application in question. Table omission is by
4661 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4662 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4663 \c{/safeseh} command line option.
4665 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4666 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4667 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4669 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4671 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4673 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4674 line to source code:
4676 \c $@feat.00 equ 1
4678 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4679 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4680 developer would choose to assign another value in source file, it would
4681 still be perfectly possible.
4683 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4684 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4685 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4686 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4687 table." Its typical use would be:
4689 \c section .text
4690 \c extern  _MessageBoxA@16
4691 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4692 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4693 \c %endif
4694 \c handler:
4695 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4696 \c         push    DWORD caption
4697 \c         push    DWORD text
4698 \c         push    DWORD 0
4699 \c         call    _MessageBoxA@16
4700 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4701 \c                         ; for exception handler
4702 \c         ret
4703 \c global  _main
4704 \c _main:
4705 \c         push    DWORD handler
4706 \c         push    DWORD [fs:0]
4707 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4708 \c         xor     eax,eax
4709 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4710 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4711 \c         add     esp,4
4712 \c         ret
4713 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4714 \c caption:db      'SEGV',0
4715 \c 
4716 \c section .drectve info
4717 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4719 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4720 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4721 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4722 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4723 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4724 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4725 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4726 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4727 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4728 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4729 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4730 no notification is provided and user is left with no clue on what
4731 caused application failure.
4733 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4734 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4735 data for "safe exception handler table" causes no backward
4736 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4737 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4740 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4742 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4743 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4744 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4745 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4746 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4748 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
4750 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4751 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4752 references. Consider a switch dispatch table:
4754 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4755 \c         ...
4756 \c dsptch: dq      case0
4757 \c         dq      case1
4758 \c         ...
4760 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4761 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4762 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4763 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4764 following:
4766 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4767 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4769 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4770 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4771 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4772 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4773 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4774 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4775 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4776 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4777 But no worry, it's trivial to fix:
4779 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4780 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4781 \c         jmp     rbx
4782 \c         ...
4783 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4784 \c         dq      case1-dsptch
4785 \c         ...
4787 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4788 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4789 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4790 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4791 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4792 these image-relative references:
4794 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4795 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4796 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4797 \c         add     rbx,rax
4798 \c         jmp     rbx
4799 \c         ...
4800 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4801 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4803 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4804 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4805 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4806 become apparent in next paragraph.
4808 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4809 operand only:
4811 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4812 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4813 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4814 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4816 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
4818 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4819 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4820 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4821 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4822 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4823 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4824 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4825 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4826 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4827 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4828 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4829 top of the stack.
4831 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4832 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4833 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4834 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4835 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4836 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4837 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4838 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4839 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4840 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4841 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4842 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4843 copying caller's return address to the top of stack and this would
4844 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4845 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4846 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4847 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4848 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4849 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4850 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4851 no, no trace of failure is left.
4853 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4854 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4855 is checked for presence of reference to custom language-specific
4856 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4857 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
4858 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
4859 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
4860 information about current callee's stack frame and where non-volatile
4861 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
4862 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
4863 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
4864 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
4865 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
4866 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
4867 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
4868 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
4869 terminating the application.
4871 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
4872 facilitate generation of above mentioned detailed information about
4873 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
4874 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
4875 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
4876 leaf function:
4878 \c default rel
4879 \c section .text
4880 \c extern  MessageBoxA
4881 \c handler:
4882 \c         sub     rsp,40
4883 \c         mov     rcx,0
4884 \c         lea     rdx,[text]
4885 \c         lea     r8,[caption]
4886 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
4887 \c         call    MessageBoxA
4888 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4889 \c                         ; for exception handler
4890 \c         add     rsp,40
4891 \c         ret
4892 \c global  main
4893 \c main:
4894 \c         xor     rax,rax
4895 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
4896 \c         ret
4897 \c main_end:
4898 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4899 \c caption:db      'SEGV',0
4900 \c 
4901 \c section .pdata  rdata align=4
4902 \c         dd      main wrt ..imagebase
4903 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
4904 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
4905 \c section .xdata  rdata align=8
4906 \c xmain:  db      9,0,0,0
4907 \c         dd      handler wrt ..imagebase
4908 \c section .drectve info
4909 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4911 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
4912 start and end addresses of function" along with reference to associated
4913 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
4914 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
4915 designated exception handler. References are \e{required} to be
4916 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
4917 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
4918 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
4919 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
4920 references, not only above listed required ones, placed into these two
4921 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
4922 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
4923 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
4924 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
4926 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
4927 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
4928 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
4929 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
4930 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
4931 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
4932 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
4933 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
4934 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
4935 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
4936 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
4937 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
4938 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
4939 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
4940 unwinding procedure. Consider following example:
4942 \c function:
4943 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
4944 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
4945 \c         push    rbx
4946 \c         push    rbp
4947 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
4948 \c         sub     r11,rcx
4949 \c         and     r11,-64
4950 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
4951 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
4952 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
4953 \c magic_point:
4954 \c         ...
4955 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
4956 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
4957 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
4958 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
4959 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
4960 \c         ret
4962 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
4963 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
4964 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
4965 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
4966 custom language-specific exception handler would look like this:
4968 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
4969 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
4970 \c {   ULONG64 *rsp;
4971 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
4972 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
4973 \c     else
4974 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
4975 \c         context->Rbp = rsp[-3];
4976 \c         context->Rbx = rsp[-2];
4977 \c         context->R15 = rsp[-1];
4978 \c     }
4979 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
4980 \c 
4981 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
4982 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
4983 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
4984 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
4985 \c     return ExceptionContinueSearch;
4986 \c }
4988 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
4989 structure does not have to contain any information about stack frame
4990 and its layout.
4992 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4994 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4995 linking with the \i{DJGPP} linker.
4997 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4999 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5000 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5001 the \c{info} section type are not supported.
5003 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
5005 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
5006 linking with the \i{Mac OSX} linker.
5008 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5010 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5011 Format} Object Files
5013 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},
5014 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5015 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5016 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5018 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5020 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5021 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5022  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5023  most systems which support ELF.
5025 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5026 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5028 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5029 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5030 and properties of sections you declare. Section types and properties
5031 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5032 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
5033 overridden by these qualifiers.
5035 The available qualifiers are:
5037 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5038 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5039 which is not, such as an informational or comment section.
5041 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5042 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5043 which should not.
5045 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5046 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5047 not.
5049 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5050 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5051 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5052 contents given, such as a BSS section.
5054 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5055 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5056 requirements of the section.
5058 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5059 qualifiers are:
5061 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
5062 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
5063 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
5064 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
5065 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
5067 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
5068 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
5071 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5072 Symbols and \i\c{WRT}
5074 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5075 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5076 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5077 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
5078 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5080 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5081 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5082 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5083 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5084 types.
5086 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5087 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5088 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5089 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5091 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5092 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5093 beginning of the current section to the global offset table.
5094 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5095 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5096 result to get the real address of the GOT.
5098 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5099 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5100 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5101 would give the real address of the location you wanted.
5103 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5104 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5105 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5106 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5107 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5108 address of the symbol.
5110 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5111 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5112 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5113 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5114 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5115 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5116 entries absolutely.
5118 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5119 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5120 relative to the start of the section and then adding on the offset
5121 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5122 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5123 peculiarity of the dynamic linker.
5125 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5126 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5129 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5130 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5132 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5133 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5134 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5135 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5136 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5137 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5138 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5139 to specify these features.
5141 You can specify whether a global variable is a function or a data
5142 object by suffixing the name with a colon and the word
5143 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5144 \c{data}.) For example:
5146 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5148 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5149 \c{hashtable} as a data object.
5151 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5152 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5153 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5154 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5156 \c global   hashlookup:function hidden
5158 You can also specify the size of the data associated with the
5159 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5160 forward references) after the type specifier. Like this:
5162 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5164 \c hashtable:
5165 \c         db this,that,theother  ; some data here
5166 \c .end:
5168 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5169 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5171 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5172 writing shared library code. For more information, see
5173 \k{picglobal}.
5176 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5177 \I{COMMON, elf extensions to}
5179 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5180 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5181 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5182 power of two) after the name and size of the common variable,
5183 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5184 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5186 \c common  dwordarray 128:4
5188 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5189 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5192 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5193 \I{ELF, 16-bit code and}
5195 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5196 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5197 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5198 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5199 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5200 these relocations is generated.
5202 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5203 \I{ELF, Debug formats and}
5205 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5206 Line number information is generated for all executable sections, but please
5207 note that only the ".text" section is executable by default.
5209 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5211 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5212 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5213 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5214 the magic number in the first four bytes of the file is
5215 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5216 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5217 implementation does not.
5219 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5221 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5222 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5223 extensions to any standard directives. It supports only the three
5224 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5227 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5228 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5230 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5231 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5232 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5233 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5234 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5235 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5236 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5238 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5240 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5241 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5242 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5243 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5244 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5246 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5247 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5248 this.
5251 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5253 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5254 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5255 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5256 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5257 itself \c{a.out}.
5259 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5260 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5262 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5263 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5264 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5265 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5266 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5269 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5270 Format}
5272 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5273 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5274 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5275 format the internal structure of the assembler.
5277 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5278 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5279 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5280 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5282 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5283 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5284 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5285 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5286 execute an RDF executable under Linux.
5288 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5289 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5292 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5294 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5295 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5296 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5297 which is the name of the module:
5299 \c     library  mylib.rdl
5302 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5304 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5305 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5306 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5307 of current module:
5309 \c     module  mymodname
5311 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5312 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5313 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5315 \c     module  $kernel.core
5318 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5319 rdf extensions to}
5321 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5322 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5323 telling the linker do not strip it from target executable or library
5324 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5325 is a procedure (function) or data object.
5327 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5328 symbol exported:
5330 \c     global  sys_open:export
5332 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5333 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5335 \c     global  sys_open:export proc
5337 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5338 or \i\c{object} to the directive:
5340 \c     global  kernel_ticks:export data
5343 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5344 rdf extensions to}
5346 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5347 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5348 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5349 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5350 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5351 (function) or data object. For example:
5353 \c     library $libc
5354 \c     extern  _open:import
5355 \c     extern  _printf:import proc
5356 \c     extern  _errno:import data
5358 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5359 a hint as to where to find requested symbols.
5362 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5364 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5365 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5366 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5367 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5369 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5370 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5371 transactions between the main body of NASM and the output-format
5372 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5373 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5374 of the various requests the main program makes of the output driver,
5375 and in what order they happen.
5377 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5379 \c nasm -f dbg filename.asm
5381 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5382 However, this will not work well on files which were designed for a
5383 different object format, because each object format defines its own
5384 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5385 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5386 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5387 native object format selected:
5389 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5390 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5392 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5393 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5394 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5395 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5396 the final diagnostic output.
5398 This workaround will still typically not work for programs intended
5399 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5400 directives have side effects of defining the segment and group names
5401 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5402 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5403 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5404 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5406 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5407 them all to its output file.
5410 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5412 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5413 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5414 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5415 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5416 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5419 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5421 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5422 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5423 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5424 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5425 support the \c{.COM} format.
5427 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5428 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5429 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5430 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5431 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5432 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5433 Yann Guidon for contributing the code for this.
5435 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5436 future releases.
5439 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5441 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5442 by linking \c{.OBJ} files together.
5444 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5445 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5446 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5447 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5448 An LZH archiver can be found at
5449 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5450 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5451 sources) called \i{FREELINK}, available from
5452 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5453 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5454 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5455 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5456 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5458 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5459 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5460 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5461 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5462 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5463 field in the output file header; if more than one defines a start
5464 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5466 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5467 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5468 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5469 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5470 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5471 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5473 \c segment code
5475 \c ..start:
5476 \c         mov     ax,data
5477 \c         mov     ds,ax
5478 \c         mov     ax,stack
5479 \c         mov     ss,ax
5480 \c         mov     sp,stacktop
5482 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5483 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5484 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5485 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5486 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5487 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5488 execute on.
5490 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5491 beginning of this code, which means that will be the entry point
5492 into the resulting executable file.
5494 \c         mov     dx,hello
5495 \c         mov     ah,9
5496 \c         int     0x21
5498 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5499 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5500 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5501 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5503 \c         mov     ax,0x4c00
5504 \c         int     0x21
5506 This terminates the program using another DOS system call.
5508 \c segment data
5510 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5512 The data segment contains the string we want to display.
5514 \c segment stack stack
5515 \c         resb 64
5516 \c stacktop:
5518 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5519 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5520 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5521 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5522 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5523 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5524 type \c{STACK}.
5526 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5527 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5528 world' and then exit.
5531 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5533 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5534 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5535 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5536 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5537 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5538 \c{.EXE} files.
5540 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5541 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5542 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5544 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5545 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5546 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5547 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5548 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5549 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5550 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5551 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5552 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5554 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5555 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5556 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5557 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5558 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5559 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5560 explicitly issue one of your own.
5562 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5563 since this would require a relocation in the header, and things
5564 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5565 base by copying it out of \c{CS} instead.
5567 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5568 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5569 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5570 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5571 \c{EXE_stack 64}.
5573 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5574 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5575 \c{binexe.asm}.
5578 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5580 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5581 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5582 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5583 output format.
5586 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5588 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5589 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5590 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5591 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5592 like
5594 \c         org 100h
5596 \c section .text
5598 \c start:
5599 \c         ; put your code here
5601 \c section .data
5603 \c         ; put data items here
5605 \c section .bss
5607 \c         ; put uninitialized data here
5609 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5610 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5611 you want to and the code will still end up at the front of the file
5612 where it belongs.
5614 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5615 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5616 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5617 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5618 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5619 run.
5621 To assemble the above program, you should use a command line like
5623 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5625 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5626 explicit output file name were specified, so you have to override it
5627 and give the desired file name.
5630 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5632 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5633 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5634 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5635 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5636 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5637 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5638 file.
5640 If you do this, you need to take care of several things:
5642 \b The first object file containing code should start its code
5643 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5644 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5645 segment, so that the linker or converter program does not have to
5646 adjust address references within the file when generating the
5647 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5648 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5649 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5650 in MASM-compatible assemblers.
5652 \b You don't need to define a stack segment.
5654 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5655 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5656 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5657 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5660 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5662 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5663 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5664 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5665 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5666 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5667 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5668 your code segment.
5670 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5671 the various routines inside the driver which do the work. This
5672 structure should be defined at the start of the code segment, even
5673 though it is not actually code.
5675 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5676 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5677 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5678 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5681 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5683 This section covers the basics of writing assembly routines that
5684 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5685 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5686 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5689 \S{16cunder} External Symbol Names
5691 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5692 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5693 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5694 appears in the C program. So, for example, the function a C
5695 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5696 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5697 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5698 not have to worry about name clashes with C symbols.
5700 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5701 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5703 \c %macro  cglobal 1
5705 \c   global  _%1
5706 \c   %define %1 _%1
5708 \c %endmacro
5710 \c %macro  cextern 1
5712 \c   extern  _%1
5713 \c   %define %1 _%1
5715 \c %endmacro
5717 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5718 \c{%rep} construct could solve this.)
5720 If you then declare an external like this:
5722 \c cextern printf
5724 then the macro will expand it as
5726 \c extern  _printf
5727 \c %define printf _printf
5729 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5730 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5732 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5733 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5734 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5736 Also see \k{opt-pfix}.
5738 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5740 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5741 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5742 writing for. This means you have to keep track of the following
5743 things:
5745 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5746 functions are near. This means that function pointers, when stored
5747 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5748 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5749 never changes its value, and always gives the segment part of the
5750 full function address), and that functions are called using ordinary
5751 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5752 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5753 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5754 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5756 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5757 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5758 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5759 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5760 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5761 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5762 \c{CALL FAR} to call external routines.
5764 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5765 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5766 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5767 segment part of the full data item address).
5769 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5770 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5771 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5772 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5773 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5774 pointers you are passed.
5776 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5777 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5778 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5779 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5780 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5782 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5783 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5784 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5785 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5786 and global data items can both be accessed easily without changing
5787 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5788 segments. However, some memory models (though not the standard
5789 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5790 same value to be removed. Be careful about functions' local
5791 variables in this latter case.
5793 In models with a single code segment, the segment is called
5794 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5795 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5796 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5797 called \i\c{_DATA}.
5800 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5802 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5803 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5804 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5805 doing the calling and the function which gets called.
5807 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5808 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5809 argument specified to the function is pushed last).
5811 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5812 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5813 memory model.
5815 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5816 actually necessary, in functions which do not need to access their
5817 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5818 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5819 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5820 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5821 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5822 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5824 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5825 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5826 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5827 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5828 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5829 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5830 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5831 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5832 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5833 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5834 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5835 parameters in reverse order means that the function knows where to
5836 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5837 remaining ones.
5839 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5840 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5841 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5843 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5844 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5845 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5846 compiler) returned in \c{ST0}.
5848 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5849 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5850 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5851 memory model.
5853 \b When the caller regains control from the callee, the function
5854 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5855 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5856 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5857 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5858 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5859 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5860 removing.
5862 It is instructive to compare this calling convention with that for
5863 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5864 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5865 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5866 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5867 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5868 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5869 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5870 which means that a compiler can give better guarantees about
5871 sequence points without performance suffering.
5873 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5874 The following example is for small model:
5876 \c global  _myfunc
5878 \c _myfunc:
5879 \c         push    bp
5880 \c         mov     bp,sp
5881 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5882 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5884 \c         ; some more code
5886 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5887 \c         pop     bp
5888 \c         ret
5890 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5891 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5892 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5893 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5894 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5895 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5897 At the other end of the process, to call a C function from your
5898 assembly code, you would do something like this:
5900 \c extern  _printf
5902 \c       ; and then, further down...
5904 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5905 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5906 \c       call    _printf
5907 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5909 \c       ; then those data items...
5911 \c segment _DATA
5913 \c myint         dw    1234
5914 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5916 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5917 code
5919 \c     int myint = 1234;
5920 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5922 In large model, the function-call code might look more like this. In
5923 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5924 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5925 it first.
5927 \c       push    word [myint]
5928 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5929 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5930 \c       call    far _printf
5931 \c       add    sp,byte 6
5933 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5934 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5935 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5936 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5937 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5938 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5939 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5940 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5941 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5942 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5943 word of parameters.
5946 \S{16cdata} Accessing Data Items
5948 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5949 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5950 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5951 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5952 accessed from assembler as
5954 \c extern _i
5956 \c         mov ax,[_i]
5958 And to declare your own integer variable which C programs can access
5959 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5960 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5962 \c global  _j
5964 \c _j      dw      0
5966 To access a C array, you need to know the size of the components of
5967 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5968 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5969 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5970 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5971 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5972 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5973 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5975 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5976 the base of the structure to the field you are interested in. You
5977 can either do this by converting the C structure definition into a
5978 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5979 one offset and using just that.
5981 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5982 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5983 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5984 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5985 Typically, you might find that a structure like
5987 \c struct {
5988 \c     char c;
5989 \c     int i;
5990 \c } foo;
5992 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5993 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5994 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5995 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5996 out how your own compiler does it.
5999 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6001 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6002 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6003 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6004 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6005 the work involved in keeping track of the calling convention.
6007 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6008 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6010 An example of an assembly function using the macro set is given
6011 here:
6013 \c proc    _nearproc
6015 \c %$i     arg
6016 \c %$j     arg
6017 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6018 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6019 \c         add     ax,[bx]
6021 \c endproc
6023 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6024 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6025 integer. It returns \c{i + *j}.
6027 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6028 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6029 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6030 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6031 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6032 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6033 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6035 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6036 compact-model code) by default. You can have it generate far
6037 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6038 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6039 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6040 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6041 dependency on whether data pointers are far or not.
6043 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6044 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6045 many function parameters will be of type \c{int}.
6047 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6049 \c %define FARCODE
6051 \c proc    _farproc
6053 \c %$i     arg
6054 \c %$j     arg     4
6055 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6056 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6057 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6058 \c         add     ax,[bx]
6060 \c endproc
6062 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6063 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6064 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6067 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6069 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6070 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6072 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6073 not required for Pascal.
6075 \b The memory model is always large: functions are far, data
6076 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6077 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6078 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6079 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6080 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6081 data declared in a Pascal program goes into the default data
6082 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6083 when control is passed to your assembly code. The only things that
6084 do not live in the default data segment are local variables (they
6085 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6086 data \e{pointers}, however, are far.
6088 \b The function calling convention is different - described below.
6090 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6092 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6093 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6094 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6097 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6099 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6100 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6101 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6102 used to denote the function doing the calling and the function which
6103 gets called.
6105 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6106 after another, in normal order (left to right, so that the first
6107 argument specified to the function is pushed first).
6109 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6110 control to the callee.
6112 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6113 actually necessary, in functions which do not need to access their
6114 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6115 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6116 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6117 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6118 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6119 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6121 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6122 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6123 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6124 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6125 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6126 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6127 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6129 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6130 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6131 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6133 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6134 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6135 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6136 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6137 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6138 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6139 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6140 places the returned string value at that location. The pointer is
6141 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6142 \c{RETF} instruction.
6144 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6145 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6146 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6147 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6148 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6149 to be removed from the stack as a side effect of the return
6150 instruction.
6152 \b When the caller regains control from the callee, the function
6153 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6154 do nothing further.
6156 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6157 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6159 \c global  myfunc
6161 \c myfunc: push    bp
6162 \c         mov     bp,sp
6163 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6164 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6165 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6167 \c         ; some more code
6169 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6170 \c         pop     bp
6171 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6173 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6174 assembly code, you would do something like this:
6176 \c extern  SomeFunc
6178 \c        ; and then, further down...
6180 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6181 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6182 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6183 \c        call   far SomeFunc
6185 This is equivalent to the Pascal code
6187 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6188 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6191 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6192 Name Restrictions
6194 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6195 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6196 reading and understanding the various information contained in a
6197 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6198 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6199 restrictions:
6201 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6202 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6204 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6205 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6207 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6208 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6210 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6211 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6214 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6216 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6217 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6218 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6219 definition ensures that functions are far (it implies
6220 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6221 generated with an operand.
6223 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6224 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6225 reverse order. For example:
6227 \c %define PASCAL
6229 \c proc    _pascalproc
6231 \c %$j     arg 4
6232 \c %$i     arg
6233 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6234 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6235 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6236 \c         add     ax,[bx]
6238 \c endproc
6240 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6241 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6242 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6243 and the contents of the pointer. The only difference between this
6244 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6245 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6246 reverse order.
6249 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6251 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6252 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6253 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6254 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6255 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6256 shared libraries.
6258 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6259 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6260 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6261 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6262 address space no matter what segment you work relative to, and that
6263 you should ignore all segment registers completely. When writing
6264 flat-model application code, you never need to use a segment
6265 override or modify any segment register, and the code-section
6266 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6267 space as the data-section addresses you access your variables by and
6268 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6269 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6270 offset part.
6273 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6275 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6276 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6277 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6280 \S{32cunder} External Symbol Names
6282 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6283 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6284 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6285 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6286 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6287 underscore on their assembly-language names.
6289 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6290 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6291 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6292 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6293 though, the leading underscore should not be used.
6295 See also \k{opt-pfix}.
6297 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6299 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6300 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6301 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6302 the function doing the calling and the function which gets called.
6304 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6305 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6306 argument specified to the function is pushed last).
6308 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6309 control to the callee.
6311 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6312 actually necessary, in functions which do not need to access their
6313 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6314 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6315 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6316 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6317 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6318 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6320 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6321 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6322 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6323 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6324 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6325 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6326 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6327 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6328 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6329 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6330 and type of the remaining ones.
6332 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6333 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6334 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6336 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6337 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6338 of the value. Floating-point results are typically returned in
6339 \c{ST0}.
6341 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6342 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6343 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6345 \b When the caller regains control from the callee, the function
6346 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6347 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6348 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6349 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6350 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6351 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6352 removing.
6354 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6355 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6356 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6357 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6358 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6359 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6360 still pushed in right-to-left order.
6362 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6364 \c global  _myfunc
6366 \c _myfunc:
6367 \c         push    ebp
6368 \c         mov     ebp,esp
6369 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6370 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6372 \c         ; some more code
6374 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6375 \c         ret
6377 At the other end of the process, to call a C function from your
6378 assembly code, you would do something like this:
6380 \c extern  _printf
6382 \c         ; and then, further down...
6384 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6385 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6386 \c         call    _printf
6387 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6389 \c         ; then those data items...
6391 \c segment _DATA
6393 \c myint       dd   1234
6394 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6396 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6398 \c     int myint = 1234;
6399 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6402 \S{32cdata} Accessing Data Items
6404 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6405 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6406 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6407 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6408 accessed from assembler as
6410 \c           extern _i
6411 \c           mov eax,[_i]
6413 And to declare your own integer variable which C programs can access
6414 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6415 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6417 \c           global _j
6418 \c _j        dd 0
6420 To access a C array, you need to know the size of the components of
6421 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6422 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6423 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6424 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6425 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6426 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6427 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6428 are also 4 bytes long.
6430 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6431 the base of the structure to the field you are interested in. You
6432 can either do this by converting the C structure definition into a
6433 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6434 one offset and using just that.
6436 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6437 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6438 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6439 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6440 Typically, you might find that a structure like
6442 \c struct {
6443 \c     char c;
6444 \c     int i;
6445 \c } foo;
6447 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6448 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6449 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6450 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6451 out how your own compiler does it.
6454 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6456 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6457 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6458 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6459 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6460 the work involved in keeping track of the calling convention.
6462 An example of an assembly function using the macro set is given
6463 here:
6465 \c proc    _proc32
6467 \c %$i     arg
6468 \c %$j     arg
6469 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6470 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6471 \c         add     eax,[ebx]
6473 \c endproc
6475 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6476 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6477 integer. It returns \c{i + *j}.
6479 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6480 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6481 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6482 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6483 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6484 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6485 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6487 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6488 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6489 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6492 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6493 Libraries}
6495 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6496 because it contains support for \i{position-independent code}
6497 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6498 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6499 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6501 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6502 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6503 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6504 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6506 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6507 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6508 of the running process. The contents of the library's code section
6509 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6511 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6512 this:
6514 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6516 Instead, the linker provides an area of memory called the
6517 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6518 constant distance from your library's code, so if you can find out
6519 where your library is loaded (which is typically done using a
6520 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6521 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6522 linker-generated entries in the GOT.
6524 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6525 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6526 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6527 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6528 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6529 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6532 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6534 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6535 external symbol:
6537 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6538 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6540 At the beginning of any function in your shared library which plans
6541 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6542 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6543 in this form:
6545 \c func:   push    ebp
6546 \c         mov     ebp,esp
6547 \c         push    ebx
6548 \c         call    .get_GOT
6549 \c .get_GOT:
6550 \c         pop     ebx
6551 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6553 \c         ; the function body comes here
6555 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6556 \c         mov     esp,ebp
6557 \c         pop     ebp
6558 \c         ret
6560 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6561 second leading underscore.)
6563 The first two lines of this function are simply the standard C
6564 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6565 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6566 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6567 libraries use this register to store the address of the GOT.
6569 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6570 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6571 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6572 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6573 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6574 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6575 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6576 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6577 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6578 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6579 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6580 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6581 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6582 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6583 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6584 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6586 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6587 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6588 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6590 \c %macro  get_GOT 0
6592 \c         call    %%getgot
6593 \c   %%getgot:
6594 \c         pop     ebx
6595 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6597 \c %endmacro
6599 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6601 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6602 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6603 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6604 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6605 way this works is like this:
6607 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6609 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6610 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6611 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6612 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6614 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6615 them, they are shared between code modules in the library, but do
6616 not get exported from the library to the program that loaded it.
6617 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6618 can access them in the same way as local variables, using the above
6619 \c{..gotoff} mechanism.
6621 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6622 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6623 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6626 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6628 If your library needs to get at an external variable (external to
6629 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6630 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6631 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6632 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6633 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6634 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6635 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6636 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6637 you would code
6639 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6641 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6642 linker, when it builds the shared library, collects together every
6643 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6644 has every necessary entry present.
6646 Common variables must also be accessed in this way.
6649 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6651 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6652 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6653 you have to give the size of the data item. This is because the
6654 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6655 entries for any exported functions, and also moves exported data
6656 items away from the library's data section in which they were
6657 declared.
6659 So to export a function to users of the library, you must use
6661 \c global  func:function           ; declare it as a function
6663 \c func:   push    ebp
6665 \c         ; etc.
6667 And to export a data item such as an array, you would have to code
6669 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6671 \c array:  resd    128
6672 \c .end:
6674 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6675 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6676 end up living in the data section of the main program, rather than
6677 in your library's data section, where you declared it. So you will
6678 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6679 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6680 effectively, it has become).
6682 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6683 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6684 sort of code:
6686 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6688 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6689 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6690 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6691 pointing at your data section instead of at the exported global
6692 which resides elsewhere.
6694 Instead of the above code, then, you must write
6696 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6698 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6699 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6700 at that address, rather than just relocating by section base.
6702 Either method will work for functions: referring to one of your
6703 functions by means of
6705 \c funcptr:        dd      my_function
6707 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6709 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6711 will give the address of the procedure linkage table for the
6712 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6713 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6716 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6718 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6719 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6720 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6721 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6722 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6723 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6724 in the main program can be transparently passed off to their real
6725 destinations.
6727 To call an external routine, you must use another special PIC
6728 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6729 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6730 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6731 ..plt}.
6734 \S{link} Generating the Library File
6736 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6737 you then generate your shared library with a command such as
6739 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6740 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6742 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6743 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6744 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6745 library file name, with a version number, into the library:
6747 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6749 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6750 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6753 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6755 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6756 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6757 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6758 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6759 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6760 one, or jumps between different-size segments.
6763 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6765 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6766 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6767 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6768 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6769 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6770 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6771 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6772 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6774 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6775 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6776 segment, so just coding, for example,
6778 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6780 will not work, since the offset part of the address will be
6781 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6782 one.
6784 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6785 generate the required instruction by coding it manually, using
6786 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6787 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6789 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6791 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6792 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6793 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6794 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6795 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6796 segment to a 32-bit one.
6798 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6799 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6801 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6803 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6804 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6805 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6808 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6809 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6811 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6812 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6813 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6814 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6815 32-bit segment, or vice versa.
6817 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6818 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6819 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6820 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6822 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6823 the address, since any effective address containing a 32-bit
6824 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6826 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6827 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6829 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6830 instruction and a register) if you already know the precise offset
6831 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6832 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6833 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6835 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6836 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6838 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6840 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6841 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6842 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6844 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6846 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6847 which controls the size of the data stored at the address, with the
6848 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6849 address itself. The two can quite easily be different:
6851 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6853 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6854 offset.
6856 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6857 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6859 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6861 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6862 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6863 offset), and calls that address.
6866 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6868 The other way you might want to access data might be using the
6869 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6870 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6871 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6872 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6874 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6875 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6876 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6877 desired address into \c{ESI} and then code
6879 \c         a32     lodsb
6881 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6882 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6883 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6884 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6886 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6887 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6888 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6889 instructions with implicit addressing:
6890 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6891 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6892 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6893 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6894 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6895 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6896 Also, the
6897 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6898 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6899 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6900 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6901 size from the code segment.
6903 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6904 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6905 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6906 give the value of the segment register being manipulated. To force
6907 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6908 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6910 \c         o16 push    ss
6911 \c         o16 push    ds
6913 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6914 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6915 one.
6917 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6918 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6921 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6923 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6924 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6925 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6926 write position-independent code for shared libraries.
6928 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6929 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6930 registers, which still add their bases.
6932 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6933 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6934 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6935 probably desirable to make that the default, using the directive
6936 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6938 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6939 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6940 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6941 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6942 Please see the ABI documentation for your platform.
6944 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6945 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6946 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6947 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6949 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6950 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6951 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6952 set to zero.
6954 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6956 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6957 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6959 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6960 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6961 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6962 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6964 This is consistent with the AMD documentation and most other
6965 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6966 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6967 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6968 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6969 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6970 the NASM source distribution.
6972 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
6974 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
6975 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
6976 immediates to 32 bits.
6978 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
6980 \c      MOV reg64,imm64
6982 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
6983 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
6984 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
6985 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
6986 immediate as \c{DWORD}:
6988 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
6989 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
6990 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
6991 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
6993 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
6995 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
6996 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
6997 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
6998 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
6999 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7000 displacement size as \c{QWORD}:
7002 \c      default abs
7004 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7005 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7006 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7008 \c      default rel
7010 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7011 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7012 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7013 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7015 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7016 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7018 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7020 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7022 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
7024 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7025 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7027 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7028 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7029 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7030 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7031 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7033 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7035 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7036 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7037 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7038 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
7040 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7042 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7044 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7046 \c      void foo(long a, double b, int c)
7048 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7050 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7052 The Win64 ABI is described at:
7054 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7056 What follows is a simplified summary.
7058 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7059 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7060 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7061 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7062 use by the function without saving.
7064 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7066 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7067 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7068 return is \c{XMM0} only.
7070 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7072 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7074 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7076 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7078 \C{trouble} Troubleshooting
7080 This chapter describes some of the common problems that users have
7081 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7082 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7083 that isn't listed here.
7086 \H{problems} Common Problems
7088 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7090 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7091 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7092 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7093 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7094 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7095 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7096 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7097 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7098 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
7101 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7103 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7104 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7105 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7106 longer.
7108 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7109 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7110 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7111 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7112 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7113 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7114 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7115 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7116 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7117 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7118 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7119 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
7122 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7124 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7125 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7126 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7127 sector, people who are used to MASM tend to code
7129 \c         ORG 0
7131 \c         ; some boot sector code
7133 \c         ORG 510
7134 \c         DW 0xAA55
7136 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7137 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7138 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7140 \c         ORG 0
7142 \c         ; some boot sector code
7144 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7145 \c         DW 0xAA55
7147 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7148 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7149 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7150 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7151 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7152 find out what's wrong with it.
7155 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7157 The other common problem with the above code is people who write the
7158 \c{TIMES} line as
7160 \c         TIMES 510-$ DB 0
7162 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7163 the difference between them is also a pure number and can happily be
7164 fed to \c{TIMES}.
7166 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7167 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7168 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7169 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7170 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7171 information back to the expression evaluator. So from the
7172 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7173 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7174 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7175 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7177 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7178 line in the form
7180 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7182 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7183 and so their difference is a pure number. This will solve the
7184 problem and generate sensible code.
7187 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7189 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7190 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7191 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7192 \i\c{bugtracker} at
7193 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7194 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7195 contacts in \k{contact}.
7197 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7198 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7199 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7200 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7201 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7202 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7203 there.
7205 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7206 information:
7208 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7209 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7211 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7212 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7213 you were using the standard distribution binaries out of the
7214 archive. If you were using a locally built executable, try to
7215 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7216 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7219 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7220 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7221 \c{NASMENV} environment variable if any.
7223 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7224 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7225 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7226 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7227 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7228 compiler, what version, and what command line or options you used.
7229 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7230 with the command-line version of the compiler.)
7232 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7233 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7234 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7235 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7236 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7237 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7238 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7239 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7240 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7241 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7242 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7243 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7244 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7246 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7247 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7248 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7249 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7250 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7251 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7252 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7253 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7254 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7255 should be 77 instead'.
7257 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7258 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7259 generates the same file, or whether the problem is related to
7260 portability issues between our development platforms and yours. We
7261 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7262 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7263 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7264 for us.
7266 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7267 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7268 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7269 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7270 differently from us.
7273 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7275                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7277 \H{ndisintro} Introduction
7280 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7281 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7282 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7283 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7284 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7286 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7287 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7288 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7289 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7290 disassembles.
7293 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7295 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7296 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7297 are on a Unix system.
7300 \H{ndisrun} Running NDISASM
7302 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7304 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7306 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7307 provided of course that you remember to specify which it is to work
7308 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7309 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7311 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7312 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7313 summary of command line options.
7316 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7318 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7319 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7320 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7321 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7322 this.
7324 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7325 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7326 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7327 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7328 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7330 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7332 \c        ndisasm -o100h filename.com
7334 will do the trick.
7337 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7339 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7340 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7341 will faithfully plough through the data section, producing machine
7342 instructions wherever it can (although most of them will look
7343 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7344 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7345 Then it will reach the code section.
7347 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7348 instruction from part of the data section, and its file position is
7349 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7350 entirely possible that another spurious instruction will get
7351 generated, starting with the final byte of the data section, and
7352 then the correct first instruction in the code section will not be
7353 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7354 ideal.
7356 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7357 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7358 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7359 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7360 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7361 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7362 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7363 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7364 the instructions in your code section.
7366 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7367 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7368 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7371 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7373 rather than
7375 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7377 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7378 to, just by repeating the \c{-s} option.
7381 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7382 \I\c{auto-sync}
7384 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7385 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7386 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7387 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7388 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7389 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7390 needed.
7392 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7393 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7394 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7395 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7397 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7398 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7399 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7400 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7401 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7402 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7403 processed, there isn't much it can do about it...)
7405 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7406 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7407 the register contains) or involves a segment address (in which case
7408 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7409 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7411 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7412 points in all the right places, and save you from having to place
7413 any sync points manually. However, it should be stressed that
7414 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7415 you may still have to place some manually.
7417 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7418 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7419 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7420 options.
7422 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7423 fluke, something in your data section should disassemble to a
7424 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7425 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7426 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7427 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7428 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7429 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7430 suppress disassembly of the data area.
7433 \S{ndisother} Other Options
7435 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7436 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7437 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7438 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7440 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7441 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7442 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7443 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7444 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7445 anyway.
7448 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7450 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7451 possible, should be sent to
7452 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7453 developer's site at
7454 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7455 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7456 new features as well.
7458 \A{inslist} \i{Instruction List}
7460 \H{inslistintro} Introduction
7462 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7463 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7464 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7465  when appropriate, one or more usage flags.
7467 \& inslist.src