nasmdoc: document %substr, `...`
[nasm/autotest.git] / doc / nasmdoc.src
blob58db31290101ec5981c3547c93da12af56b96d6a
1 \#
2 \# Source code to NASM documentation
3 \#
4 \M{category}{Programming}
5 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
6 \M{year}{2008}
7 \M{author}{The NASM Development Team}
8 \M{license}{All rights reserved. This document is redistributable under the license given in the file "COPYING" distributed in the NASM archive.}
9 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
10 \M{infoname}{NASM}
11 \M{infofile}{nasm}
12 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
13 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
14 \IR{-D} \c{-D} option
15 \IR{-E} \c{-E} option
16 \IR{-F} \c{-F} option
17 \IR{-I} \c{-I} option
18 \IR{-M} \c{-M} option
19 \IR{-MD} \c{-MD} option
20 \IR{-MF} \c{-MF} option
21 \IR{-MG} \c{-MG} option
22 \IR{-MP} \c{-MP} option
23 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
24 \IR{-MT} \c{-MT} option
25 \IR{-On} \c{-On} option
26 \IR{-P} \c{-P} option
27 \IR{-U} \c{-U} option
28 \IR{-X} \c{-X} option
29 \IR{-a} \c{-a} option
30 \IR{-d} \c{-d} option
31 \IR{-e} \c{-e} option
32 \IR{-f} \c{-f} option
33 \IR{-g} \c{-g} option
34 \IR{-i} \c{-i} option
35 \IR{-l} \c{-l} option
36 \IR{-o} \c{-o} option
37 \IR{-p} \c{-p} option
38 \IR{-s} \c{-s} option
39 \IR{-u} \c{-u} option
40 \IR{-v} \c{-v} option
41 \IR{-w} \c{-w} option
42 \IR{-y} \c{-y} option
43 \IR{-Z} \c{-Z} option
44 \IR{!=} \c{!=} operator
45 \IR{$, here} \c{$}, Here token
46 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
47 \IR{$$} \c{$$} token
48 \IR{%} \c{%} operator
49 \IR{%%} \c{%%} operator
50 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
51 \IA{%-1}{%+1}
52 \IR{%0} \c{%0} parameter count
53 \IR{&} \c{&} operator
54 \IR{&&} \c{&&} operator
55 \IR{*} \c{*} operator
56 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
57 \IR{/} \c{/} operator
58 \IR{//} \c{//} operator
59 \IR{<} \c{<} operator
60 \IR{<<} \c{<<} operator
61 \IR{<=} \c{<=} operator
62 \IR{<>} \c{<>} operator
63 \IR{=} \c{=} operator
64 \IR{==} \c{==} operator
65 \IR{>} \c{>} operator
66 \IR{>=} \c{>=} operator
67 \IR{>>} \c{>>} operator
68 \IR{?} \c{?} MASM syntax
69 \IR{^} \c{^} operator
70 \IR{^^} \c{^^} operator
71 \IR{|} \c{|} operator
72 \IR{||} \c{||} operator
73 \IR{~} \c{~} operator
74 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
75 \IA{%$$}{%$}
76 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
77 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
78 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
79 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
80 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
81 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
82 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
83 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
84 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
85 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
86 variables
87 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
88 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
89 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
90 \IR{autoconf} Autoconf
91 \IR{bin} bin
92 \IR{bitwise and} bitwise AND
93 \IR{bitwise or} bitwise OR
94 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
95 \IR{block ifs} block IFs
96 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
97 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
98 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
99 \IR{bsd} BSD
100 \IR{c calling convention} C calling convention
101 \IR{c symbol names} C symbol names
102 \IA{critical expressions}{critical expression}
103 \IA{command line}{command-line}
104 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
105 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
106 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
107 \IA{character constants}{character constant}
108 \IR{common object file format} Common Object File Format
109 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
110 in \c{elf}
111 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
112 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
113 \IR{declaring structure} declaring structures
114 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
115 \IR{devpac} DevPac
116 \IR{djgpp} DJGPP
117 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
118 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
119 \IR{dos} DOS
120 \IR{dos archive} DOS archive
121 \IR{dos source archive} DOS source archive
122 \IA{effective address}{effective addresses}
123 \IA{effective-address}{effective addresses}
124 \IR{elf} ELF
125 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
126 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
127 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
128 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
129 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
130 \IR{freebsd} FreeBSD
131 \IR{freelink} FreeLink
132 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
133 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
134 convention
135 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
136 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
137 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
138 \IR{got} GOT
139 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
140 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
141 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
142 \IR{intel number formats} Intel number formats
143 \IR{linux, elf} Linux, ELF
144 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
145 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
146 \IR{logical and} logical AND
147 \IR{logical or} logical OR
148 \IR{logical xor} logical XOR
149 \IR{masm} MASM
150 \IA{memory reference}{memory references}
151 \IR{minix} Minix
152 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
153 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
154 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
155 \IR{mmx registers} MMX registers
156 \IA{modr/m}{modr/m byte}
157 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
158 \IR{ms-dos} MS-DOS
159 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
160 \IR{multipush} \c{multipush} macro
161 \IR{nan} NaN
162 \IR{nasm version} NASM version
163 \IR{netbsd} NetBSD
164 \IR{omf} OMF
165 \IR{openbsd} OpenBSD
166 \IR{operating system} operating system
167 \IR{os/2} OS/2
168 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
169 \IR{passes} passes, assembly
170 \IR{perl} Perl
171 \IR{pic} PIC
172 \IR{pharlap} PharLap
173 \IR{plt} PLT
174 \IR{plt} \c{PLT} relocations
175 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
176 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
177 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
178 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
179 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
180 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
181 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
182 Object File Format
183 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
184 \IA{repeating}{repeating code}
185 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
186 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
187 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
188 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
189 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
190 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
191 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
192 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
193 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
194 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
195 \IR{shift command} \c{shift} command
196 \IA{sib}{sib byte}
197 \IR{sib byte} SIB byte
198 \IR{solaris x86} Solaris x86
199 \IA{standard section names}{standardized section names}
200 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
201 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
202 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
203 \IR{tlink} \c{TLINK}
204 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
205 \IR{unix} Unix
206 \IA{sco unix}{unix, sco}
207 \IR{unix, sco} Unix, SCO
208 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
209 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
210 \IA{unix system v}{unix, system v}
211 \IR{unix, system v} Unix, System V
212 \IR{unixware} UnixWare
213 \IR{val} VAL
214 \IR{version number of nasm} version number of NASM
215 \IR{visual c++} Visual C++
216 \IR{www page} WWW page
217 \IR{win32} Win32
218 \IR{win32} Win64
219 \IR{windows} Windows
220 \IR{windows 95} Windows 95
221 \IR{windows nt} Windows NT
222 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
223 \# \IC{program entry point}{start point, program}
224 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
225 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
226 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
229 \C{intro} Introduction
231 \H{whatsnew} Documentation Changes for Version 2.00
233 \S{p64Bit} 64-Bit Support
235 \b Writing 64-bit Code \k{64bit}
237 \b elf32 and elf64 output formats \k{elffmt}
239 \b win64 output format \k{win64fmt}
241 \b Numeric constants in DQ directive \k{db}
243 \b oword, do and reso \k{db}
245 \b Stack Relative Preprocessor Directives \k{stackrel}
247 \S{fpenhance} Floating Point Enhancements
249 \b 8-, 16- and 128-bit floating-point format \k{fltconst}
251 \b Floating-point option control \k{FLOAT}
253 \b Infinity and NaN \k{fltconst}
255 \S{elfenhance} ELF Enhancements
257 \b Symbol Visibility \k{elfglob}
259 \b Setting OSABI value in ELF header \k{abisect}
261 \b Debug Formats \k{elfdbg}
263 \S{cmdenhance} Command Line Options
265 \b Generate Makefile Dependencies \k{opt-MG}
267 \b Send Errors to a File \k{opt-Z}
269 \b Unlimited Optimization Passes \k{opt-On}
271 \S{oenhance} Other Enhancements
273 \b %IFN and %ELIFN \k{condasm}
275 \b Logical Negation Operator \c{!} \k{expmul}
277 \b Current BITS Mode \k{bitsm}
279 \b Use of \c{%+} \k{concat%+}
281 \H{whatsnasm} What Is NASM?
283 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed for
284 portability and modularity. It supports a range of object file
285 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF}, \c{Mach-O},
286 Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will also output plain
287 binary files. Its syntax is designed to be simple and easy to understand, similar
288 to Intel's but less complex. It supports from the upto and including \c{Pentium},
289 \c{P6}, \c{MMX}, \c{3DNow!}, \c{SSE}, \c{SSE2}, \c{SSE3} and \c{x64} opcodes. NASM has
290 a strong support for macro conventions.
293 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
295 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
296 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
297 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
298 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
300 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
301 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
303 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
304 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
305 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
306 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
307 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
308 it (properly.)
310 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
311 doesn't seem to have much (or any) documentation.
313 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
314 DOS.
316 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
317 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
318 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
319 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
320 It's expensive too. And it's DOS-only.
322 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
323 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
324 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
325 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
326 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
327 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
328 Again.
331 \S{legal} License Conditions
333 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
334 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
335 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
336 Public License, LGPL.
339 \H{contact} Contact Information
341 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
342 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
343 (see below for the link).
344 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
346 NASM has a \i{WWW page} at
347 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
348 not there, google for us!
351 The original authors are \i{e\-mail}able as
352 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
353 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
354 The latter is no longer involved in the development team.
356 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
357 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
358 and to
359 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
361 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
363 Announcements are posted to
364 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
365 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
366 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
368 If you want information about NASM beta releases, and the current
369 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
370 by registering at
371 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
374 \H{install} Installation
376 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
378 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
379 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
380 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
381 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
383 The archive will contain a set of executable files: the NASM
384 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
385 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
386 RDOFF file format.
388 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
389 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
390 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
391 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
392 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
393 under other versions of Windows as well.)
395 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
396 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
397 so you can delete it if you need to save space; however, you may
398 want to keep the documentation or test programs.
400 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
401 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
402 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
403 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
404 the source archive.
406 Note that a number of files are generated from other files by Perl
407 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
408 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
409 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
410 documentation. It is possible future source distributions may not
411 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
412 platforms, including DOS and Windows, are available from
413 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
416 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
418 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
419 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
420 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
421 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
422 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
424 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
425 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
426 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
427 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
428 accordingly.
430 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
431 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
432 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
433 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
434 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
435 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
436 install the programs yourself.
438 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
439 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
440 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
441 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
444 \C{running} Running NASM
446 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
448 To assemble a file, you issue a command of the form
450 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
452 For example,
454 \c nasm -f elf myfile.asm
456 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
458 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
460 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
462 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
463 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
464 to give a listing file name, for example:
466 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
468 To get further usage instructions from NASM, try typing
470 \c nasm -h
472 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
473 are.
475 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
476 or \c{ELF}, type
478 \c file nasm
480 (in the directory in which you put the NASM binary when you
481 installed it). If it says something like
483 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
485 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
486 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
488 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
490 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
491 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
492 and are rare these days.)
494 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
495 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
496 messages.
499 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
501 NASM will normally choose the name of your output file for you;
502 precisely how it does this is dependent on the object file format.
503 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
504 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
505 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
506 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
507 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
508 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
509 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
510 the output file \c{myfile}.
512 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
513 has the same name as the input file, in which case it will give a
514 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
516 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
517 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
518 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
519 with the name you wish for the output file, either with or without
520 an intervening space. For example:
522 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
523 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
525 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
526 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
529 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
531 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
532 output file format for you itself. In the distribution versions of
533 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
534 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
535 choose what you want the default to be.
537 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
538 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
540 A complete list of the available output file formats can be given by
541 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
544 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
546 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
547 optional space) by a file name, NASM will generate a
548 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
549 code are listed on the left, and the actual source code, with
550 expansions of multi-line macros (except those which specifically
551 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
552 right. For example:
554 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
556 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
557 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
558 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
559 form" (without the brackets). This can be used to list only 
560 sections of interest, avoiding excessively long listings.
563 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
565 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
566 This can be redirected to a file for further processing. For example:
568 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
571 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
573 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
574 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
575 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
576 dependency list without a prefix.
579 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
581 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
582 output to a file, rather than to stdout.  For example:
584 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
587 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
589 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
590 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
591 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
592 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
593 updated dependencies with every assembly session.  For example:
595 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
598 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
600 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
601 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
602 specified by the \c{-o} option.
605 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
607 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
608 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
609 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
610 quotable in Make.
613 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
615 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
616 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
617 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
618 file has been removed.
621 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
623 This option is used to select the format of the debug information emitted 
624 into the output file, to be used by a debugger (or \e{will} be). Use
625 of this switch does \e{not} enable output of the selected debug info format.
626 Use \c{-g}, see \k{opt-g}, to enable output.
628 A complete list of the available debug file formats for an output format
629 can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format> -y}. (As of 2.00,
630 only "-f elf32", "-f elf64", "-f ieee", and "-f obj" provide debug information.) 
631 See \k{opt-y}.
633 This should not be confused with the "-f dbg" output format option which 
634 is not built into NASM by default. For information on how
635 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}
638 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
640 This option can be used to generate debugging information in the specified
641 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
642 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
643 If no debug information is currently implemented in the selected output 
644 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
647 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
649 This option can be used to select an error reporting format for any 
650 error messages that might be produced by NASM.
652 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
653 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
654 the default and looks like this:
656 \c filename.asm:65: error: specific error message 
658 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
659 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
660 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
661 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
662 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
664 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
665 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
667 \c filename.asm(65) : error: specific error message
669 where the only difference is that the line number is in parentheses
670 instead of being delimited by colons.  
672 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
674 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
676 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
677 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
678 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
679 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
680 example) you want to load them into an editor.
682 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
683 which causes errors to be sent to the specified files rather than
684 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
685 the errors into a file by typing
687 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
689 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
690 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
691 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
693 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
695 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
696 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
697 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
698 program, you can type:
700 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
702 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
705 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
707 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
708 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
709 search for the given file not only in the current directory, but also
710 in any directories specified on the command line by the use of the
711 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
712 library}, for example, by typing
714 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
716 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
717 optional).
719 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
720 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
721 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
722 prepended exactly as written to the name of the include file.
723 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
724 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
726 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
727 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
728 to search for the file \c{foobar.i}...)
730 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
731 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
732 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
733 \k{nasmenv}).
735 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
736 be specified as \c{-I}.
739 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
741 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
742 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
743 option. So running
745 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
747 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
748 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
750 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
751 option can also be specified as \c{-P}.
754 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
756 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
757 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
758 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
759 could code
761 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
763 as an alternative to placing the directive
765 \c %define FOO 100
767 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
768 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
769 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
770 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
771 \c{-dDEBUG}.
773 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
774 be specified as \c{-D}.
777 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
779 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
780 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
781 option specified earlier on the command lines.
783 For example, the following command line:
785 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
787 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
788 program. This is useful to override options specified at a different
789 point in a Makefile.
791 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
792 be specified as \c{-U}.
795 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
797 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
798 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
799 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
800 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
801 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
802 if the \c{-o} option is also used).
804 This option cannot be applied to programs which require the
805 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
806 which depend on the values of symbols: so code such as
808 \c %assign tablesize ($-tablestart)
810 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
812 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
813 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
814 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
816 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
818 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
819 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
820 completely and assume the compiler has already done it, to save time
821 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
822 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
823 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
826 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
828 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
829 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
830 optimally, you have to enable extra passes.
832 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
833 The syntax is:
835 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
836         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
837         Immediate operands take their long forms if a short form is
838         not specified.
840 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
841         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
842         -O0, but will produce successful assembly more often if
843         branch offset sizes are not specified.
844         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
845         are optimized, unless the long form is specified.
847 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
848         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
849         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
850         The number specifies the maximum number of passes.  The more
851         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
853 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
854         to do unlimited passes.
856 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
857 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
860 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
862 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
863 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
865 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
867 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
868 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
869 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
870 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
871 Note that you lose the ability to override the default address type for
872 the instruction.
874 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
875 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
876 \c{include}, \c{local})
878 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
880 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
881 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
882 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
883 conditions are reported like errors, but come up with the word
884 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
885 generating an output file and returning a success status to the
886 operating system.
888 Some conditions are even less severe than that: they are only
889 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
890 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
891 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
892 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
893 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
894 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
896 The \i{suppressible warning} classes are:
898 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
899 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
900 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
901 you might want to disable it.
903 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
904 warning class is enabled by default.
906 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
907 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
908 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
909 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
911 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
912 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
913 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
914 enabled by default.
916 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
917 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
918 This warning class is enabled by default.
920 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
921 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
922 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
923 brackets) exists. 
926 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
928 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
929 and the date on which it was compiled.
931 You will need the version number if you report a bug.
933 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
935 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
936 debug info formats for the given output format. The default format 
937 is indicated by an asterisk. For example:
939 \c nasm -f elf -y
941 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
942 \c   ('*' denotes default):
943 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
944 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
947 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
949 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
950 (respectively) the given argument to all \c{global} or
951 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
952 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
953 (but not always) likes it.
956 \S{nasmenv} The \c{NASMENV} \i{Environment} Variable
958 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
959 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
960 processed before the real command line. You can use this to define
961 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
962 options in the \c{NASMENV} variable.
964 The value of the variable is split up at white space, so that the
965 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
966 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
967 what you might want, because it will be split at the space and the
968 NASM command-line processing will get confused by the two
969 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
971 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
972 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
973 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
974 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
975 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
976 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
978 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
979 changed with version 0.98.31.
982 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
984 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
985 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
986 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
987 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
988 skipping this section.
991 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
993 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
994 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
995 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
996 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
997 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
998 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
999 will distinguish between labels differing only in case.
1002 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1004 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1005 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1006 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1007 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1008 if you declare, for example,
1010 \c foo     equ     1
1011 \c bar     dw      2
1013 then the two lines of code
1015 \c         mov     ax,foo
1016 \c         mov     ax,bar
1018 generate completely different opcodes, despite having
1019 identical-looking syntaxes.
1021 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1022 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1023 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1024 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1025 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1026 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1027 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1028 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1030 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1031 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1032 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1033 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1034 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1035 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1037 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1038 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1039 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1040 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1041 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1042 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1043 \e{everything} is a label.
1045 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1046 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1047 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1048 portion outside square brackets and another portion inside. The
1049 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1050 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1053 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1055 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1056 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1057 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1058 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1059 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1060 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1061 \c{mov word [var],2}.
1063 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1064 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1065 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1066 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1067 the strings being manipulated.
1070 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1072 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1073 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1074 choose to put in your segment registers, and will never
1075 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1078 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1080 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1081 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1082 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1083 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1084 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1085 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1086 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1087 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1088 track of which external variable definitions are far and which are
1089 near.
1092 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1094 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1095 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1096 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1097 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1099 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1100 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1101 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1102 on a misunderstanding by the authors.
1105 \S{qsother} Other Differences
1107 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1108 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1110 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1111 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1112 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1113 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1114 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1115 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1116 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1118 In addition to all of this, macros and directives work completely
1119 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1120 details.
1123 \C{lang} The NASM Language
1125 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1127 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1128 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1129 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1131 \c label:    instruction operands        ; comment
1133 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1134 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1135 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1136 presence and nature of the instruction field.
1138 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1139 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1140 backslash-ended line.
1142 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1143 have white space before them, or instructions may have no space
1144 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1145 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1146 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1147 valid source line which does nothing but define a label. Running
1148 NASM with the command-line option
1149 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1150 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1152 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1153 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1154 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1155 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1156 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1157 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1158 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1159 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1160 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1161 an identifier is 4095 characters.
1163 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1164 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1165 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1166 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1167 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1168 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1169 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1170 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1171 override}segment register as an instruction prefix: coding
1172 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1173 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1174 syntactic features of the language, but for instructions such as
1175 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1176 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1177 \c{es lodsb}.
1179 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1180 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1181 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1183 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1184 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1186 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1187 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1188 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1189 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1190 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1191 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1193 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1194 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1195 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1196 \# Details of
1197 \# all forms of each supported instruction are given in
1198 \# \k{iref}.
1199 For example, you can code:
1201 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1202 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1204 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1205 \c         fadd    to st1          ; so does this
1207 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1208 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1209 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1212 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1214 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1215 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1216 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1217 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1218 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1219 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1220 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1221 prefix.
1224 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1226 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1227 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1228 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1229 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1231 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1232 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1233 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1234 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1235 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1236 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1237 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1238 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1239 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1240 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1241 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1242 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1243 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1245 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1248 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1250 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1251 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1252 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1253 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1254 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1255 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1256 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1257 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1258 expression}: see \k{crit}.
1260 For example:
1262 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1263 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1264 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1265 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1267 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1269 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1270 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1271 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1272 directly into a game executable file. It can be called in one of
1273 these three ways:
1275 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1276 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1277 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1278 \c                                    ; actually include at most 512
1280 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1281 macro version searches for the file in the include file search path
1282 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1283 overridden if desired.
1286 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1288 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1289 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1290 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1291 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1292 example,
1294 \c message         db      'hello, world'
1295 \c msglen          equ     $-message
1297 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1298 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1299 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1300 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1301 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1302 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1303 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1304 (\k{crit}).
1307 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1309 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1310 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1311 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1312 code
1314 \c zerobuf:        times 64 db 0
1316 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1317 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1318 \e{expression}, so you can do things like
1320 \c buffer: db      'hello, world'
1321 \c         times 64-$+buffer db ' '
1323 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1324 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1325 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1327 \c         times 100 movsb
1329 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1330 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1331 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1333 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1334 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1336 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1337 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1338 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1339 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1340 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1343 \H{effaddr} Effective Addresses
1345 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1346 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1347 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1348 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1349 example:
1351 \c wordvar dw      123
1352 \c         mov     ax,[wordvar]
1353 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1354 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1356 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1357 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1359 More complicated effective addresses, such as those involving more
1360 than one register, work in exactly the same way:
1362 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1363 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1365 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1366 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1367 all right:
1369 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1370 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1372 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1373 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1374 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1375 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1376 generate the latter on the grounds that the former requires four
1377 bytes to store a zero offset.
1379 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1380 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1381 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1382 default segment registers.
1384 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1385 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1386 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1387 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1388 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1389 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1390 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1391 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1392 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1393 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1394 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1396 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1397 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1398 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1399 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1400 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1401 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1402 the offset to be lost.
1404 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1405 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1406 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1407 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1408 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1409 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1411 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1412 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1413 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1414 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1417 \H{const} \i{Constants}
1419 NASM understands four different types of constant: numeric,
1420 character, string and floating-point.
1423 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1425 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1426 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1427 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1428 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1429 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1430 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1431 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1432 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1434 Some examples:
1436 \c         mov     ax,100          ; decimal
1437 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1438 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1439 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1440 \c         mov     ax,777q         ; octal
1441 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1442 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1445 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1447 A character constant consists of up to four characters enclosed in
1448 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1449 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1450 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1451 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1452 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1453 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1455 A character constant with more than one character will be arranged
1456 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1458 \c           mov eax,'abcd'
1460 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1461 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1462 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1463 the sense of character constants understood by the Pentium's
1464 \i\c{CPUID} instruction.
1465 \# (see \k{insCPUID})
1467 The following escape sequences are recognized by backquoted strings:
1469 \c       \'          single quote (')
1470 \c       \"          double quote (")
1471 \c       \`          backquote (`)
1472 \c       \\\          backslash (\)
1473 \c       \?          question mark (?)
1474 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1475 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1476 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1477 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1478 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1479 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1480 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1481 \c       \377        Up to 3 octal digits - ASCII literal
1482 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - ASCII literal
1483 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1484 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1486 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1487 \c{NUL} character, is a special case of the octal escape sequence.
1489 Unicode characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1490 UTF-8.
1493 \S{strconst} String Constants
1495 String constants are only acceptable to some pseudo-instructions,
1496 namely the \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB}
1497 family and \i\c{INCBIN}.
1499 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1500 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1501 for the conditions. So the following are equivalent:
1503 \c       db    'hello'               ; string constant
1504 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1506 And the following are also equivalent:
1508 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1509 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1510 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1512 Note that when used as operands to the \c{DB} family
1513 pseudo-instructions, quoted strings are treated as a string constants
1514 even if they are short enough to be a character constant, because
1515 otherwise \c{db 'ab'} would have the same effect as \c{db 'a'}, which
1516 would be silly. Similarly, three-character or four-character constants
1517 are treated as strings when they are operands to \c{DW}, and so forth.
1520 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1522 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1523 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1524 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1525 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1526 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1527 \i\c{__float128h__}.
1529 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1530 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1531 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1532 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1533 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1534 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1535 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1536 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1537 notation.
1539 Some examples:
1541 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1542 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1543 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1544 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1545 \c       dq    1.e10                   ; 10,000,000,000
1546 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1547 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1548 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1549 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1551 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1552 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1553 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1554 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1555 called a "\i{minifloat}."
1557 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1558 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1559 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1560 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1561 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1562 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1563 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1564 floating-point number, respectively.
1566 For example:
1568 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1570 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1571 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1573 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1575 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1576 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1577 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1578 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1579 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1580 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1581 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1582 of floating-point routines, which would significantly increase the
1583 size of the assembler for very little benefit.
1585 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1586 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1587 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1588 respectively.  These are normally used as macros:
1590 \c %define Inf __Infinity__
1591 \c %define NaN __QNaN__
1593 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1595 \H{expr} \i{Expressions}
1597 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1598 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1599 appropriate size.
1601 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1602 calculations to involve the current assembly position: the
1603 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1604 position at the beginning of the line containing the expression; so
1605 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1606 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1607 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1609 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1610 increasing order of \i{precedence}.
1613 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1615 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1616 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1617 arithmetic operator supported by NASM.
1620 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1622 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1625 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1627 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1630 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1632 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1633 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1634 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1635 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1636 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1639 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1640 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1642 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1643 subtraction.
1646 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1647 \i{Multiplication} and \i{Division}
1649 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1650 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1651 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1652 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1653 \i{signed modulo} operators respectively.
1655 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1656 operation of the signed modulo operator.
1658 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1659 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1660 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1663 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1664 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1666 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1667 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1668 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1669 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1670 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1671 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1674 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1676 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1677 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1678 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1679 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1681 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1682 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1683 the symbol makes sense. So the code
1685 \c         mov     ax,seg symbol
1686 \c         mov     es,ax
1687 \c         mov     bx,symbol
1689 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1691 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1692 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1693 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1694 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1695 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1697 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1698 \c         mov     es,ax
1699 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1701 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1702 pointer to the symbol \c{symbol}.
1704 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1705 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1706 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1707 could code either of
1709 \c         call    (seg procedure):procedure
1710 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1712 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1713 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1714 practice.)
1716 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1717 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1718 to \c{CALL} in these examples.
1720 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1721 must code
1723 \c         dw      symbol, seg symbol
1725 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1726 invent one using the macro processor.
1729 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1731 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1732 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1733 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1734 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1735 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1736 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1737 in \c{BITS 16} mode,
1739 \c         push dword 33
1741 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1743 \c         push strict dword 33
1745 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1746 21 00 00 00}.
1748 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1749 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1752 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1754 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1755 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1756 called \e{Critical Expressions}.
1758 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1759 code and data, so that the second pass, when generating all the
1760 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1761 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1762 symbol declared after the code in question. For example,
1764 \c         times (label-$) db 0
1765 \c label:  db      'Where am I?'
1767 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1768 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1769 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1770 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1771 code
1773 \c         times (label-$+1) db 0
1774 \c label:  db      'NOW where am I?'
1776 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1777 wrong!
1779 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1780 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1781 value is required to be computable in the first pass, and which must
1782 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1783 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1784 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1785 also critical expressions.
1787 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1788 the following code.
1790 \c                 mov     ax,symbol1
1791 \c symbol1         equ     symbol2
1792 \c symbol2:
1794 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1795 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1796 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1797 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1798 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1799 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1800 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1802 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1803 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1804 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1806 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1807 this code fragment.
1809 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1810 \c offset  equ     10
1812 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1813 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1814 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1815 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1816 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1817 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1818 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1819 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1820 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1821 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1822 generated in this case is not as small as it could have been. This
1823 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1824 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1825 ebx+offset]}.
1827 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1828 no longer true (see \k{opt-On}).
1830 \H{locallab} \i{Local Labels}
1832 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1833 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1834 label, which means that it is associated with the previous non-local
1835 label. So, for example:
1837 \c label1  ; some code
1839 \c .loop
1840 \c         ; some more code
1842 \c         jne     .loop
1843 \c         ret
1845 \c label2  ; some code
1847 \c .loop
1848 \c         ; some more code
1850 \c         jne     .loop
1851 \c         ret
1853 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1854 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1855 are kept separate by virtue of each being associated with the
1856 previous non-local label.
1858 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1859 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1860 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1861 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1862 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1863 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1864 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1865 to, you could write
1867 \c label3  ; some more code
1868 \c         ; and some more
1870 \c         jmp label1.loop
1872 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1873 define a label which can be referenced from anywhere but which
1874 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1875 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1876 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1877 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1878 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1879 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1880 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1881 to the local label mechanism. So you could code
1883 \c label1:                         ; a non-local label
1884 \c .local:                         ; this is really label1.local
1885 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1886 \c label2:                         ; another non-local label
1887 \c .local:                         ; this is really label2.local
1889 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1891 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1892 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1893 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1896 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1898 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1899 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1900 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1901 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1902 sign.
1904 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1905 character into a single line.  Thus:
1907 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1908 \c         THIS_VALUE
1910 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1911 sequence.
1913 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1915 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1917 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1918 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1919 things like
1921 \c %define ctrl    0x1F &
1922 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1924 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1926 which will expand to
1928 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1930 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1931 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1932 not at definition time. Thus the code
1934 \c %define a(x)    1+b(x)
1935 \c %define b(x)    2*x
1937 \c         mov     ax,a(8)
1939 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1940 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1942 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1943 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1944 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1945 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1946 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1947 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1948 \c{bar}.
1950 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1951 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1952 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1953 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1954 Hence, if you code
1956 \c %define a(x)    1+a(x)
1958 \c         mov     ax,a(3)
1960 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1961 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1962 for an example of its use.
1964 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1965 macros: if you write
1967 \c %define foo(x)   1+x
1968 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1970 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1971 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1972 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1973 you define
1975 \c %define foo bar
1977 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1978 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1979 \e{with} parameters, and vice versa.
1981 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1982 perfectly well define a macro with
1984 \c %define foo bar
1986 and then re-define it later in the same source file with
1988 \c %define foo baz
1990 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1991 according to the most recent definition. This is particularly useful
1992 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1994 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1995 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1998 \S{xdefine} Enhancing %define: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2000 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2001 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
2002 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
2003 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
2004 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2006 Suppose you have the following code:
2008 \c %define  isTrue  1
2009 \c %define  isFalse isTrue
2010 \c %define  isTrue  0
2012 \c val1:    db      isFalse
2014 \c %define  isTrue  1
2016 \c val2:    db      isFalse
2018 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2019 This is because, when a single-line macro is defined using
2020 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2021 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2022 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2023 time it is 1.
2025 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2026 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2027 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2029 \c %xdefine isTrue  1
2030 \c %xdefine isFalse isTrue
2031 \c %xdefine isTrue  0
2033 \c val1:    db      isFalse
2035 \c %xdefine isTrue  1
2037 \c val2:    db      isFalse
2039 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2040 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2041 the time that \c{isFalse} was defined.
2044 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2046 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2047 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2048 several similar macros that perform similar functions.
2050 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2051 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2053 As an example, consider the following:
2055 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2057 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2058 \c         .COM1addr       RESW    1
2059 \c         .COM2addr       RESW    1
2060 \c         ; ..and so on
2061 \c endstruc
2063 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2064 we can end up with:
2066 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2067 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2069 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2070 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2072 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2074 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2076 Now the above code can be written as:
2078 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2079 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2081 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2082 in turn, reduce typing errors).
2085 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2087 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2088 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2089 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2090 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2091 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2092 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2094 For example:
2096 \c %idefine Foo mov %?,%??
2098 \c         foo
2099 \c         FOO
2101 will expand to:
2103 \c         mov foo,Foo
2104 \c         mov FOO,Foo
2106 The sequence:
2108 \c %idefine keyword $%?
2110 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2111 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2113 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2115 \S{undef} Undefining macros: \i\c{%undef}
2117 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2118 example, the following sequence:
2120 \c %define foo bar
2121 \c %undef  foo
2123 \c         mov     eax, foo
2125 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2126 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2128 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2129 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2130 \k{opt-u}.
2133 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2135 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2136 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2137 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2138 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2140 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2141 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2142 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2143 \c{%assign} directive is processed.
2145 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2146 later, so you can do things like
2148 \c %assign i i+1
2150 to increment the numeric value of a macro.
2152 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2153 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2154 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2156 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2157 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2158 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2159 involving a register).
2162 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2164 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2165 supports two simple string handling macro operators from which
2166 more complex operations can be constructed.
2169 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2171 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2172 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2173 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2174 example of the use of this would be:
2176 \c %strlen charcnt 'my string'
2178 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2179 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2180 was a literal string but it could also have been a single-line
2181 macro that expands to a string, as in the following example:
2183 \c %define sometext 'my string'
2184 \c %strlen charcnt sometext
2186 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2187 assigned the value of 9.
2190 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2192 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2193 An example of its use is probably more useful than the description:
2195 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2196 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2197 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2198 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2199 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2200 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2202 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2203 single-line macro to be created and the second is the string. The
2204 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2205 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2206 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2207 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2208 values out of range result in an empty string.  A negative length
2209 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2210 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2213 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2215 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2216 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2217 this.
2219 \c %macro  prologue 1
2221 \c         push    ebp
2222 \c         mov     ebp,esp
2223 \c         sub     esp,%1
2225 \c %endmacro
2227 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2228 invoke the macro with a call such as
2230 \c myfunc:   prologue 12
2232 which would expand to the three lines of code
2234 \c myfunc: push    ebp
2235 \c         mov     ebp,esp
2236 \c         sub     esp,12
2238 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2239 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2240 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2241 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2242 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2243 \c{%3} and so on.
2245 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2246 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2248 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2249 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2250 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2251 things like
2253 \c %macro  silly 2
2255 \c     %2: db      %1
2257 \c %endmacro
2259 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2260 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2261 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2264 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2266 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2267 defining the same macro name several times with different numbers of
2268 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2269 parameters at all. So you could define
2271 \c %macro  prologue 0
2273 \c         push    ebp
2274 \c         mov     ebp,esp
2276 \c %endmacro
2278 to define an alternative form of the function prologue which
2279 allocates no local stack space.
2281 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2282 instruction; for example, you might want to define
2284 \c %macro  push 2
2286 \c         push    %1
2287 \c         push    %2
2289 \c %endmacro
2291 so that you could code
2293 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2294 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2296 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2297 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2298 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2299 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2300 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2301 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2304 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2306 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2307 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2308 calling the same macro multiple times will use a different label
2309 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2310 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2311 flag is set by doing this:
2313 \c %macro  retz 0
2315 \c         jnz     %%skip
2316 \c         ret
2317 \c     %%skip:
2319 \c %endmacro
2321 You can call this macro as many times as you want, and every time
2322 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2323 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2324 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2325 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2326 interfering with the local label mechanism, as described in
2327 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2328 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2329 they interfere with macro-local labels.
2332 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2334 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2335 command line into one parameter definition, possibly after
2336 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2337 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2338 you might want to be able to write
2340 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2342 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2343 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2344 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2345 the last defined one along with the separating commas. So if you
2346 code:
2348 \c %macro  writefile 2+
2350 \c         jmp     %%endstr
2351 \c   %%str:        db      %2
2352 \c   %%endstr:
2353 \c         mov     dx,%%str
2354 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2355 \c         mov     bx,%1
2356 \c         mov     ah,0x40
2357 \c         int     0x21
2359 \c %endmacro
2361 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2362 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2363 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2364 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2365 \c{db}.
2367 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2368 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2369 \c{%macro} line.
2371 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2372 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2373 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2374 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2375 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2376 into account when overloading macros, and will not allow you to
2377 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2378 example).
2380 Of course, the above macro could have been implemented as a
2381 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2382 look like
2384 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2386 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2387 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2388 definition.
2390 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2393 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2395 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2396 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2397 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2399 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2401 \c         writefile 2,%1
2402 \c         mov     ax,0x4c01
2403 \c         int     0x21
2405 \c %endmacro
2407 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2408 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2409 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2410 called with no parameters, in which case it will use the default
2411 error message supplied in the macro definition.
2413 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2414 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2415 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2416 optional ones. So if a macro definition began with the line
2418 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2420 then it could be called with between one and three parameters, and
2421 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2422 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2423 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2425 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2426 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2427 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2428 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2429 parameters were really passed to the macro call.
2431 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2432 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2433 and more useful, by changing the first line of the definition to
2435 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2437 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2438 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2439 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2442 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2444 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2445 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2446 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2447 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2448 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2451 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2453 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2454 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2455 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2456 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2457 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2458 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2460 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2461 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2462 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2463 argument list reappear on the right, and vice versa.
2465 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2466 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2467 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2468 parameters are rotated to the right.
2470 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2471 restore a set of registers might work as follows:
2473 \c %macro  multipush 1-*
2475 \c   %rep  %0
2476 \c         push    %1
2477 \c   %rotate 1
2478 \c   %endrep
2480 \c %endmacro
2482 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2483 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2484 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2485 one place to the left, so that the original second argument is now
2486 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2487 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2488 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2490 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2491 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2492 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2494 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2495 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2496 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2497 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2498 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2499 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2500 order from the one in which they were pushed.
2502 This can be done by the following definition:
2504 \c %macro  multipop 1-*
2506 \c   %rep %0
2507 \c   %rotate -1
2508 \c         pop     %1
2509 \c   %endrep
2511 \c %endmacro
2513 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2514 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2515 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2516 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2517 iterated through in reverse order.
2520 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2522 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2523 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2524 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2525 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2526 something like
2528 \c %macro keytab_entry 2
2530 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2531 \c                 db      %2
2533 \c %endmacro
2535 \c keytab:
2536 \c           keytab_entry F1,128+1
2537 \c           keytab_entry F2,128+2
2538 \c           keytab_entry Return,13
2540 which would expand to
2542 \c keytab:
2543 \c keyposF1        equ     $-keytab
2544 \c                 db     128+1
2545 \c keyposF2        equ     $-keytab
2546 \c                 db      128+2
2547 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2548 \c                 db      13
2550 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2551 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2553 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2554 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2555 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2556 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2557 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2558 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2559 (literal text to be concatenated to the parameter).
2561 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2562 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2563 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2564 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2565 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2566 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2567 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2568 real names of macro-local labels means that the two usages
2569 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2570 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2573 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2575 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2576 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2577 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2578 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2579 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2580 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2581 condition code.
2583 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2584 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2585 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2586 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2588 \c %macro  retc 1
2590 \c         j%-1    %%skip
2591 \c         ret
2592 \c   %%skip:
2594 \c %endmacro
2596 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2597 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2598 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2599 \c{JPE}.
2601 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2602 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2603 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2604 because no inverse condition code exists.
2607 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2609 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2610 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2611 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2612 see which instructions in the macro expansion are generating what
2613 code; however, for some macros this clutters the listing up
2614 unnecessarily.
2616 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2617 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2618 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2619 the number of parameters, like this:
2621 \c %macro foo 1.nolist
2623 Or like this:
2625 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2627 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2629 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2630 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2631 syntax of this feature looks like this:
2633 \c %if<condition>
2634 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2635 \c %elif<condition2>
2636 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2637 \c %else
2638 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2639 \c %endif
2641 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2643 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2644 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2647 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2648 single-line macro existence}
2650 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2651 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2652 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2653 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2655 For example, when debugging a program, you might want to write code
2656 such as
2658 \c           ; perform some function
2659 \c %ifdef DEBUG
2660 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2661 \c %endif
2662 \c           ; go and do something else
2664 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2665 version of the program which produced debugging messages, and remove
2666 the option to generate the final release version of the program.
2668 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2669 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2670 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2671 \i\c{%elifndef}.
2674 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2675 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2677 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2678 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2680 For example, you may be working with a large project and not have control
2681 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2682 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2683 does exist.
2685 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2686 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2688 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2690 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2692 \c %else
2694 \c      %macro MyMacro 1-3
2696 \c              ; insert code to define the macro
2698 \c      %endmacro
2700 \c %endif
2702 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2703 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2704 conflict.
2706 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2707 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2708 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2711 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2712 stack}
2714 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2715 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2716 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2717 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2718 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2720 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2721 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2724 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2725 arbitrary numeric expressions}
2727 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2728 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2729 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2730 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2731 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2733 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2734 a critical expression (see \k{crit}).
2736 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2737 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2738 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2739 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2740 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2741 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2742 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2743 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2744 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2745 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2746 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2747 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2748 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2749 for true and 0 for false.
2751 Like most other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2752 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2754 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2755 Identity\I{testing, exact text identity}
2757 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2758 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2759 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2760 Differences in white space are not counted.
2762 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2764 For example, the following macro pushes a register or number on the
2765 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2767 \c %macro  pushparam 1
2769 \c   %ifidni %1,ip
2770 \c         call    %%label
2771 \c   %%label:
2772 \c   %else
2773 \c         push    %1
2774 \c   %endif
2776 \c %endmacro
2778 Like most other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2779 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2780 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2781 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2783 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2784 Types\I{testing, token types}
2786 Some macros will want to perform different tasks depending on
2787 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2788 example, a string output macro might want to be able to cope with
2789 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2790 string.
2792 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2793 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2794 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2795 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2796 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2798 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2799 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2801 \c %macro writefile 2-3+
2803 \c   %ifstr %2
2804 \c         jmp     %%endstr
2805 \c     %if %0 = 3
2806 \c       %%str:    db      %2,%3
2807 \c     %else
2808 \c       %%str:    db      %2
2809 \c     %endif
2810 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2811 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2812 \c   %else
2813 \c                 mov     dx,%2
2814 \c                 mov     cx,%3
2815 \c   %endif
2816 \c                 mov     bx,%1
2817 \c                 mov     ah,0x40
2818 \c                 int     0x21
2820 \c %endmacro
2822 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2823 the following two ways:
2825 \c         writefile [file], strpointer, length
2826 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2828 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2829 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2830 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2831 it itself and works out the address and length for itself.
2833 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2834 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2835 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2836 which case, all but the first two would be lumped together into
2837 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2839 \I\c{%ifnid}\I\c{%elifid}\I\c{%elifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%elifnum}
2840 \I\c{%elifnnum}\I\c{%ifnstr}\I\c{%elifstr}\I\c{%elifnstr}
2841 The usual \c{%elifXXX}, \c{%ifnXXX} and \c{%elifnXXX} versions exist
2842 for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2844 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test For A Single Token
2846 Some macros will want to do different things depending on if it is
2847 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2848 versus a multi-token sequence.
2850 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2851 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2852 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2854 For example, \c{1} will assemble the subsequent code, but \c{-1} will
2855 not (\c{-} being an operator.)
2857 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2858 variants are also provided.
2860 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test For Empty Expansion
2862 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2863 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2864 any tokens at all, whitespace excepted.
2866 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2867 variants are also provided.
2869 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2871 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2872 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2873 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2874 the right macros by means of code like this:
2876 \c %ifdef SOME_MACRO
2877 \c     ; do some setup
2878 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2879 \c     ; do some different setup
2880 \c %else
2881 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2882 \c %endif
2884 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2885 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2886 having to wait until the program crashes on being run and then not
2887 knowing what went wrong.
2890 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2892 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2893 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2894 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2895 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2897 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2898 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2899 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2900 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2902 \c %assign i 0
2903 \c %rep    64
2904 \c         inc     word [table+2*i]
2905 \c %assign i i+1
2906 \c %endrep
2908 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2909 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2910 \c{[table+126]}.
2912 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2913 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2914 terminate the loop, like this:
2916 \c fibonacci:
2917 \c %assign i 0
2918 \c %assign j 1
2919 \c %rep 100
2920 \c %if j > 65535
2921 \c     %exitrep
2922 \c %endif
2923 \c         dw j
2924 \c %assign k j+i
2925 \c %assign i j
2926 \c %assign j k
2927 \c %endrep
2929 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2931 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2932 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2933 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2934 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2935 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2936 be gradually used up and other applications to start crashing.
2939 \H{files} Source Files and Dependencies
2941 These commands allow you to split your sources into multiple files.
2943 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files} 
2945 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2946 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2947 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2949 \c %include "macros.mac"
2951 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2952 file containing the \c{%include} directive.
2954 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2955 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2956 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2957 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2958 line using the \c{-i} option.
2960 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2961 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2962 the form
2964 \c %ifndef MACROS_MAC
2965 \c     %define MACROS_MAC
2966 \c     ; now define some macros
2967 \c %endif
2969 then including the file more than once will not cause errors,
2970 because the second time the file is included nothing will happen
2971 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2973 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2974 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2975 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2978 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
2980 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
2981 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
2982 be the include-path-resolved verson of the filename, if the file
2983 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
2985 For example,
2987 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
2989 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
2990 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
2993 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
2995 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
2996 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
2997 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
2999 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3000 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3001 \c{INCBIN} directive looks like:
3003 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3004 \c %pathsearch dep %1
3005 \c %depend dep
3006 \c         incbin dep,%2
3007 \c %endmacro
3009 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3010 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3011 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3013 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3015 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3016 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3017 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3018 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3019 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3020 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3021 able to nest these loops.
3023 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3024 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3025 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3026 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3027 define labels that are local to a particular context on the stack.
3030 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3031 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3033 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3034 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
3035 which is the name of the context. For example:
3037 \c %push    foobar
3039 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
3040 have several contexts on the stack with the same name: they can
3041 still be distinguished.
3043 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
3044 context from the context stack and destroys it, along with any
3045 labels associated with it.
3048 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3050 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3051 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3052 is used to define a label which is local to the context on the top
3053 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3054 above could be implemented by means of:
3056 \c %macro repeat 0
3058 \c     %push   repeat
3059 \c     %$begin:
3061 \c %endmacro
3063 \c %macro until 1
3065 \c         j%-1    %$begin
3066 \c     %pop
3068 \c %endmacro
3070 and invoked by means of, for example,
3072 \c         mov     cx,string
3073 \c         repeat
3074 \c         add     cx,3
3075 \c         scasb
3076 \c         until   e
3078 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3079 in \c{AL}.
3081 If you need to define, or access, labels local to the context
3082 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3083 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3086 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3088 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3089 a particular context, in just the same way:
3091 \c %define %$localmac 3
3093 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3094 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3095 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3098 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3100 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3101 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3102 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3103 have the side effect of destroying all context-local labels and
3104 macros associated with the context that was just popped.
3106 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3107 with a different name, without touching the associated macros and
3108 labels. So you could replace the destructive code
3110 \c %pop
3111 \c %push   newname
3113 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3116 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3118 This example makes use of almost all the context-stack features,
3119 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3120 implement a block IF statement as a set of macros.
3122 \c %macro if 1
3124 \c     %push if
3125 \c     j%-1  %$ifnot
3127 \c %endmacro
3129 \c %macro else 0
3131 \c   %ifctx if
3132 \c         %repl   else
3133 \c         jmp     %$ifend
3134 \c         %$ifnot:
3135 \c   %else
3136 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3137 \c   %endif
3139 \c %endmacro
3141 \c %macro endif 0
3143 \c   %ifctx if
3144 \c         %$ifnot:
3145 \c         %pop
3146 \c   %elifctx      else
3147 \c         %$ifend:
3148 \c         %pop
3149 \c   %else
3150 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3151 \c   %endif
3153 \c %endmacro
3155 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3156 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3157 that the macros are issued in the right order (for example, not
3158 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3159 not.
3161 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3162 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3163 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3164 to do different things depending on whether the context on top of
3165 the stack is \c{if} or \c{else}.
3167 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3168 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3169 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3170 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3171 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3173 A sample usage of these macros might look like:
3175 \c         cmp     ax,bx
3177 \c         if ae
3178 \c                cmp     bx,cx
3180 \c                if ae
3181 \c                        mov     ax,cx
3182 \c                else
3183 \c                        mov     ax,bx
3184 \c                endif
3186 \c         else
3187 \c                cmp     ax,cx
3189 \c                if ae
3190 \c                        mov     ax,cx
3191 \c                endif
3193 \c         endif
3195 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3196 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3197 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3198 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3201 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3203 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3204 when it starts to process any source file. If you really need a
3205 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3206 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3207 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3209 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3210 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3211 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3212 described here.
3215 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3216 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3218 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3219 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3220 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3221 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3222 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3223 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3224 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3227 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3229 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3230 representing the full version number of the version of nasm being used.
3231 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3232 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3233 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3234 would be equivalent to:
3236 \c         dd      0x00622001
3240 \c         db      1,32,98,0
3242 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3243 line is used just to give an indication of the order that the separate
3244 values will be present in memory.
3247 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3249 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3250 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3252 \c         db      __NASM_VER__
3254 would expand to
3256 \c         db      "0.98.32"
3259 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3261 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3262 name and line number containing the current instruction. The macro
3263 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3264 current input file (which may change through the course of assembly
3265 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3266 numeric constant giving the current line number in the input file.
3268 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3269 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3270 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3271 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3272 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3273 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3274 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3275 here'. You could then write a macro
3277 \c %macro  notdeadyet 0
3279 \c         push    eax
3280 \c         mov     eax,__LINE__
3281 \c         call    stillhere
3282 \c         pop     eax
3284 \c %endmacro
3286 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3287 find the crash point.
3289 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3291 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3292 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3293 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3294 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3295 mode-dependent macros.
3297 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3299 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3300 assembly session.
3302 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3303 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3304 respectively.)
3306 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3307 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3308 \c{HHMMSS} respectively.
3310 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3311 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3312 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3313 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3315 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3316 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3317 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3318 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3319 undefined.
3321 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3322 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3323 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3324 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3325 local time as if it was UTC.
3327 All instances of time and date macros in the same assembly session
3328 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3329 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3330 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3331 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3332 clock:
3334 \c __DATE__             "2010-01-01"
3335 \c __TIME__             "00:00:42"
3336 \c __DATE_NUM__         20100101
3337 \c __TIME_NUM__         000042
3338 \c __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3339 \c __UTC_TIME__         "21:00:42"
3340 \c __UTC_DATE_NUM__     20091231
3341 \c __UTC_TIME_NUM__     210042
3342 \c __POSIX_TIME__       1262293242
3344 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3346 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3347 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3348 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3349 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3351 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3352 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3353 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3354 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3355 issued, you are defining the structure, and should define fields
3356 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3357 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3359 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3360 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3362 \c struc   mytype
3364 \c   mt_long:      resd    1
3365 \c   mt_word:      resw    1
3366 \c   mt_byte:      resb    1
3367 \c   mt_str:       resb    32
3369 \c endstruc
3371 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3372 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3373 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3374 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3376 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3377 effect of allowing structures to work with the local label
3378 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3379 more than one structure, you can define the above structure like this:
3381 \c struc mytype
3383 \c   .long:        resd    1
3384 \c   .word:        resw    1
3385 \c   .byte:        resb    1
3386 \c   .str:         resb    32
3388 \c endstruc
3390 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3391 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3393 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3394 support any form of period notation to refer to the elements of a
3395 structure once you have one (except the above local-label notation),
3396 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3397 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3398 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3399 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3402 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3403 \i{Instances of Structures}
3405 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3406 to do is to declare instances of that structure in your data
3407 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3408 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3409 you code something like this:
3411 \c mystruc:
3412 \c     istruc mytype
3414 \c         at mt_long, dd      123456
3415 \c         at mt_word, dw      1024
3416 \c         at mt_byte, db      'x'
3417 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3419 \c     iend
3421 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3422 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3423 specified structure field, and then to declare the specified data.
3424 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3425 they were specified in the structure definition.
3427 If the data to go in a structure field requires more than one source
3428 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3429 the \c{AT} line. For example:
3431 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3432 \c                     db      190,100,0
3434 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3435 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3436 line:
3438 \c         at mt_str
3439 \c                 db      'hello, world'
3440 \c                 db      13,10,0
3443 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3445 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3446 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3447 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3448 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3450 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3451 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3452 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3453 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3454 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3456 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3457 both compute the number of additional bytes required to bring the
3458 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3459 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3460 perform the alignment.
3462 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3463 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3464 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3465 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3466 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3467 except for special purposes.
3469 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3470 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3471 power of two, or if their second argument generates more than one
3472 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3473 thing.
3475 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3476 be used within structure definitions:
3478 \c struc mytype2
3480 \c   mt_byte:
3481 \c         resb 1
3482 \c         alignb 2
3483 \c   mt_word:
3484 \c         resw 1
3485 \c         alignb 4
3486 \c   mt_long:
3487 \c         resd 1
3488 \c   mt_str:
3489 \c         resb 32
3491 \c endstruc
3493 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3494 relative to the base of the structure.
3496 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3497 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3498 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3499 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3500 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3501 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3502 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3505 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3507 The following preprocessor directives provide a way to use
3508 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3510 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3512 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3514 \b\c{%local}  (see \k{local})
3517 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3519 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3520 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3521 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3523 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3524 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3525 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3526 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3528 \c some_function:
3530 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3531 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3532 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3534 \c         mov     ax,[i]
3535 \c         mov     bx,[j_ptr]
3536 \c         add     ax,[bx]
3537 \c         ret
3539 \c     %pop                       ; restore original context
3541 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3542 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3543 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3544 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3547 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3549 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3550 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3551 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3552 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3553 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3555 \c %stacksize flat
3557 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3558 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3559 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3561 \c %stacksize flat64
3563 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3564 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3565 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3567 \c %stacksize large
3569 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3570 assumes that a far form of call was used to get to this address
3571 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3573 \c %stacksize small
3575 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3576 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3577 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3578 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3579 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3580 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3581 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3582 (see \k{local}).
3585 \S{local} \i\c{%local} Directive
3587 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3588 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3589 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3590 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3591 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3592 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3593 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3594 instruction.
3595 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3596 An example of its use is the following:
3598 \c silly_swap:
3600 \c     %push mycontext             ; save the current context
3601 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3602 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3603 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3605 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3606 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3607 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3608 \c         mov     ax,bx
3609 \c         mov     dx,cx
3610 \c         mov     bx,[old_ax]
3611 \c         mov     cx,[old_dx]
3612 \c         leave                   ; restore old bp
3613 \c         ret                     ;
3615 \c     %pop                        ; restore original context
3617 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3618 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3619 current context before the \c{%local} directive may be used.
3620 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3621 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3622 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3623 as shown in the example.
3625 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3627 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3628 information from external sources. Currently they include:
3630 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3631 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3633 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3634 C language preprocessor (see \k{line}).
3636 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3637 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3639 \S{line} \i\c{%line} Directive
3641 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3642 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3643 this other file would be an original source file, with the current
3644 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3645 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3646 number of the original source file, instead of the file that is being
3647 read by NASM.
3649 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3650 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3651 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3653 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3655 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3656 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3657 which specifies a line increment value; each line of the input file
3658 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3659 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3660 specifies the file name of the original source file.
3662 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3663 all file name and line numbers relative to the values specified
3664 therein.
3667 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3669 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3670 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3671 to store the contents of an environment variable into a string, which
3672 could be used at some other point in your code.
3674 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3675 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3676 could do that as follows:
3678 \c %define FOO    %!FOO
3679 \c %define quote   '
3681 \c tmpstr  db      quote FOO quote
3683 At the time of writing, this will generate an "unterminated string"
3684 warning at the time of defining "quote", and it will add a space
3685 before and after the string that is read in. I was unable to find
3686 a simple workaround (although a workaround can be created using a
3687 multi-line macro), so I believe that you will need to either learn how
3688 to create more complex macros, or allow for the extra spaces if you
3689 make use of this feature in that way.
3692 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3694 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3695 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3696 directives. These are described in this chapter.
3698 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3699 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3700 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3701 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3702 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3703 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3705 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3706 directives are not.
3708 In addition to the universal directives described in this chapter,
3709 each object file format can optionally supply extra directives in
3710 order to control particular features of that file format. These
3711 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3712 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3715 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3717 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3718 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3719 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3720 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3722 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3723 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3724 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3725 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3726 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3727 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3728 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3729 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3731 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3732 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3733 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3734 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3735 device drivers and boot loader software.
3737 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3738 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3739 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3740 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3742 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3743 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3744 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3745 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3746 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3747 need an 0x67.
3749 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3750 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3751 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3753 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3754 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3755 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3756 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3757 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3758 necessary.
3760 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3761 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3762 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3763 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3764 REX prefix is used.
3766 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3767 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3768 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3770 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3772 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3774 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3775 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3778 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3780 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3781 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3782 specify most features directly.  However, this is occationally
3783 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3784 to use.
3786 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3787 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3788 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3789 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3790 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3791 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3793 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3794 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3795 other special functions in 64-bit mode, and generating
3796 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3798 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3800 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3801 Sections}
3803 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3804 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3805 which section of the output file the code you write will be
3806 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3807 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3808 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3809 define a new section, if you try to switch to a section that does
3810 not (yet) exist.
3812 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3813 \k{multisec}, all support
3814 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3815 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3816 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3817 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3818 name that has one.
3821 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3823 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3824 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3825 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3826 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3827 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3828 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3829 it. So the user-level directive
3831 \c         SECTION .text
3833 expands to the two lines
3835 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3836 \c         [SECTION .text]
3838 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3839 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3840 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3842 \c %macro  writefile 2+
3844 \c         [section .data]
3846 \c   %%str:        db      %2
3847 \c   %%endstr:
3849 \c         __SECT__
3851 \c         mov     dx,%%str
3852 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3853 \c         mov     bx,%1
3854 \c         mov     ah,0x40
3855 \c         int     0x21
3857 \c %endmacro
3859 This form of the macro, once passed a string to output, first
3860 switches temporarily to the data section of the file, using the
3861 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3862 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3863 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3864 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3865 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3866 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3867 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3868 code in any of several separate code sections.
3871 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3873 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3874 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3875 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3876 given absolute address. The only instructions you can use in this
3877 mode are the \c{RESB} family.
3879 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3881 \c absolute 0x1A
3883 \c     kbuf_chr    resw    1
3884 \c     kbuf_free   resw    1
3885 \c     kbuf        resw    16
3887 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3888 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3889 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3891 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3892 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3894 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3895 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3897 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3898 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3899 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3900 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3902 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3904 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3906 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3907 \c setup:
3908 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3910 \c absolute setup
3912 \c runtimevar1     resw    1
3913 \c runtimevar2     resd    20
3915 \c tsr_end:
3917 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3918 after the setup has finished running, the space it took up can be
3919 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3920 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3921 needs to be made resident.
3924 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3926 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3927 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3928 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3929 defined in some other module and needs to be referred to by this
3930 one. Not every object-file format can support external variables:
3931 the \c{bin} format cannot.
3933 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3934 argument is the name of a symbol:
3936 \c extern  _printf
3937 \c extern  _sscanf,_fscanf
3939 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3940 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3941 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3942 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3943 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3944 by means of the directive
3946 \c extern  _variable:wrt dgroup
3948 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3949 only in that it can take only one argument at a time: the support
3950 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3952 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3953 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3954 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3957 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3959 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3960 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3961 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3962 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3963 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3965 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3966 the definition of the symbol.
3968 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3969 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3970 \c{GLOBAL} directive. For example:
3972 \c global _main
3973 \c _main:
3974 \c         ; some code
3976 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3977 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3978 example, lets you specify whether global data items are functions or
3979 data:
3981 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3983 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3984 user-level form only in that it can take only one argument at a
3985 time.
3988 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
3990 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
3991 A common variable is much like a global variable declared in the
3992 uninitialized data section, so that
3994 \c common  intvar  4
3996 is similar in function to
3998 \c global  intvar
3999 \c section .bss
4001 \c intvar  resd    1
4003 The difference is that if more than one module defines the same
4004 common variable, then at link time those variables will be
4005 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4006 at the same piece of memory.
4008 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4009 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4010 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4011 specify the alignment requirements of a common variable:
4013 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4014 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4016 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4017 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4018 only one argument at a time.
4021 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4023 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4024 are available on the specified CPU.
4026 Options are:
4028 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4030 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4032 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4034 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4036 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4038 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4040 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4042 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4044 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4046 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4048 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4050 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4052 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4054 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4056 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4058 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4060 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4062 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4063 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4064 instructions are available.
4067 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4069 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4070 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4071 this behaviour:
4073 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4075 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4077 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4079 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4081 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4083 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4085 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4087 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4088 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4089 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4091 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4092 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4095 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4097 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4098 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4099 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4100 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4101 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4102 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4104 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4105 output file based on the input file name and the chosen output
4106 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4107 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4108 name, and substituting an extension defined by the output format.
4109 The extensions are given with each format below.
4112 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4114 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4115 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4116 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4117 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4118 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4119 development.
4121 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4122 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4124 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4125 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4126 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4127 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4129 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4130 leaves your file name as it is once the original extension has been
4131 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4132 into a binary file called \c{binprog}.
4135 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4137 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4138 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4139 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4140 the program begins at when it is loaded into memory.
4142 For example, the following code will generate the longword
4143 \c{0x00000104}:
4145 \c         org     0x100
4146 \c         dd      label
4147 \c label:
4149 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4150 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4151 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4152 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4153 offset which is added to all internal address references within the
4154 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4155 does. See \k{proborg} for further comments.
4158 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4159 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4161 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4162 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4163 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4164 end of the section-definition line. For example,
4166 \c section .data   align=16
4168 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4169 aligned on a 16-byte boundary.
4171 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4172 section start address must be forced to zero. The alignment value
4173 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4174 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4177 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4179 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4180 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4182 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4183 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4184 of course).
4186 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4187 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4188 \i\c{start=}.
4190 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4191 for the calculation of all memory references within that section 
4192 with \i\c{vstart=}.
4194 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4195 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4196 start address.
4198 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4199 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4200 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4202 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4203 is directed by default into the \c{.text} section.
4205 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4206 by default.
4208 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4209 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4210 has been specified.
4212 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4213 alignment has been specified.
4215 \b Sections may not overlap.
4217 \b Nasm creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4218 which may be used in your code.
4220 \S{map}\i{Map files}
4222 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4223 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4224 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4225 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4226 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4227 brackets must be used.
4230 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4232 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4233 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4234 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4235 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4237 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4239 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4240 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4241 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4242 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4243 file format.
4245 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4246 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4247 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4249 If your source file contains code before specifying an explicit
4250 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4251 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4253 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4254 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4255 address of the segment. So, for example:
4257 \c segment data
4259 \c dvar:   dw      1234
4261 \c segment code
4263 \c function:
4264 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4265 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4266 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4267 \c         ret
4269 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4270 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4271 like
4273 \c extern  foo
4275 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4276 \c       mov   ds,ax
4277 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4278 \c       mov   es,ax
4279 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4280 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4283 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4284 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4286 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4287 directive to allow you to specify various properties of the segment
4288 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4289 end of the segment-definition line. For example,
4291 \c segment code private align=16
4293 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4294 segment, and requires that the portion of it described in this code
4295 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4297 The available qualifiers are:
4299 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4300 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4301 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4302 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4303 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4304 than stuck end-to-end.
4306 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4307 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4308 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4309 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4310 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4311 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4312 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4313 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4314 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4316 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4317 indicates to the linker that segments of the same class should be
4318 placed near each other in the output file. The class name can be any
4319 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4321 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4322 as an argument, and provides overlay information to an
4323 overlay-capable linker.
4325 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4326 the effect of recording the choice in the object file and also
4327 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4328 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4330 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4331 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4332 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4333 defines the group if it is not already defined.
4335 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4336 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4337 are currently known to make sensible use of this feature;
4338 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4339 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4340 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4342 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4343 class, no overlay, and \c{USE16}.
4346 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4348 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4349 single segment register can be used to refer to all the segments in
4350 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4351 you can code
4353 \c segment data
4355 \c         ; some data
4357 \c segment bss
4359 \c         ; some uninitialized data
4361 \c group dgroup data bss
4363 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4364 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4365 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4366 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4367 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4368 segment register.
4370 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4371 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4372 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4373 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4374 base rather than the segment base.
4376 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4377 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4378 segment which is part of more than one group will default to being
4379 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4381 A group does not have to contain any segments; you can still make
4382 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4383 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4384 \c{FLAT} with no segments in it.
4387 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4389 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4390 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4391 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4392 segment, group and symbol names that are written to the object file
4393 to be forced to upper case just before being written. Within a
4394 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4395 be written entirely in upper case if desired.
4397 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4400 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4401 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4403 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4404 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4405 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4406 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4408 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4409 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4410 wish to import and the name of the library you wish to import it
4411 from. For example:
4413 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4415 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4416 known in the library you are importing it from, in case this is not
4417 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4418 once you have imported it. For example:
4420 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4423 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4424 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4426 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4427 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4428 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4429 using the \c{EXPORT} directive.
4431 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4432 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4433 optional second parameter (separated by white space from the first)
4434 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4435 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4436 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4437 off.
4439 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4440 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4441 space. If further parameters are given, the external name must also
4442 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4443 available attributes are:
4445 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4446 resident by the system loader. This is an optimisation for
4447 frequently used symbols imported by name.
4449 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4450 does not make use of any initialized data.
4452 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4453 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4454 between 32-bit and 16-bit segments.
4456 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4457 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4458 the desired number.
4460 For example:
4462 \c     export  myfunc
4463 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4464 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4465 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4468 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4469 Point}
4471 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4472 define the program entry point, where execution will begin when the
4473 program is run. If the object file that defines the entry point is
4474 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4475 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4476 begin.
4479 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4480 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4482 If you declare an external symbol with the directive
4484 \c     extern  foo
4486 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4487 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4488 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4489 \c{foo} you will usually need to do something like
4491 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4492 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4493 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4495 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4496 is going to be accessible from a given segment or group, say
4497 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4498 simply code
4500 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4502 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4503 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4504 alternative form
4506 \c     extern  foo:wrt dgroup
4508 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4509 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4510 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4511 \c{foo wrt dgroup}.
4513 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4514 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4515 your program. It can also be applied to common variables: see
4516 \k{objcommon}.
4519 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4520 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4522 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4523 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4524 specify which your variables should be by the use of the syntax
4526 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4527 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4529 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4530 OMF specification says that they are declared as a number of
4531 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4532 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4533 five-byte elements or one ten-byte element.
4535 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4536 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4537 the variable size, to match when resolving common variables declared
4538 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4539 the element size on your far common variables. This is done by the
4540 following syntax:
4542 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4543 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4545 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4546 keyword is not required when an element size is specified, since
4547 only far commons may have element sizes at all. So the above
4548 declarations could equivalently be
4550 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4551 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4553 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4554 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4555 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4557 \c common  foo     10:wrt dgroup
4558 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4559 \c common  baz     24:wrt data:6
4562 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4564 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4565 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4566 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4567 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4569 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4571 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4572 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4573 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4574 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4575 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4576 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4577 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4578 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4581 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4582 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4584 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4585 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4586 and properties of sections you declare. Section types and properties
4587 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4588 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4589 these qualifiers.
4591 The available qualifiers are:
4593 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4594 code section. This marks the section as readable and executable, but
4595 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4596 section is code.
4598 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4599 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4600 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4601 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4603 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4604 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4605 constants in it.
4607 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4608 which is not included in the executable file by the linker, but may
4609 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4610 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4611 linker to interpret the contents of the section as command-line
4612 options.
4614 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4615 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4616 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4617 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4618 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4619 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4620 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4621 for data (and BSS) sections.
4622 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4623 alignment), though the value does not matter.
4625 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4626 qualifiers are:
4628 \c section .text    code  align=16
4629 \c section .data    data  align=4
4630 \c section .rdata   rdata align=8
4631 \c section .bss     bss   align=4
4633 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4635 \S{win32safeseh} \c{win32}: safe structured exception handling
4637 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4638 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4639 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4640 designated read-only table and have alleged entry point verified
4641 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4642 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4643 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4644 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4645 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4646 will not be performed for application in question. Table omission is by
4647 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4648 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4649 \c{/safeseh} command line option.
4651 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4652 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4653 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4655 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4657 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4659 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4660 line to source code:
4662 \c $@feat.00 equ 1
4664 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4665 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4666 developer would choose to assign another value in source file, it would
4667 still be perfectly possible.
4669 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4670 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4671 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4672 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4673 table." Its typical use would be:
4675 \c section .text
4676 \c extern  _MessageBoxA@16
4677 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4678 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4679 \c %endif
4680 \c handler:
4681 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4682 \c         push    DWORD caption
4683 \c         push    DWORD text
4684 \c         push    DWORD 0
4685 \c         call    _MessageBoxA@16
4686 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4687 \c                         ; for exception handler
4688 \c         ret
4689 \c global  _main
4690 \c _main:
4691 \c         push    DWORD handler
4692 \c         push    DWORD [fs:0]
4693 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4694 \c         xor     eax,eax
4695 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4696 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4697 \c         add     esp,4
4698 \c         ret
4699 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4700 \c caption:db      'SEGV',0
4701 \c 
4702 \c section .drectve info
4703 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4705 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4706 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4707 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4708 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4709 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4710 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4711 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4712 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4713 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4714 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4715 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4716 no notification is provided and user is left with no clue on what
4717 caused application failure.
4719 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4720 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4721 data for "safe exception handler table" causes no backward
4722 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4723 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4726 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4728 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4729 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4730 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4731 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4732 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4734 \S{win64pic} \c{win64}: writing position-independent code
4736 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4737 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4738 references. Consider a switch dispatch table:
4740 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4741 \c         ...
4742 \c dsptch: dq      case0
4743 \c         dq      case1
4744 \c         ...
4746 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4747 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4748 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4749 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4750 following:
4752 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4753 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4755 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4756 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4757 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4758 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4759 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4760 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4761 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4762 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4763 But no worry, it's trivial to fix:
4765 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4766 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4767 \c         jmp     rbx
4768 \c         ...
4769 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4770 \c         dq      case1-dsptch
4771 \c         ...
4773 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4774 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4775 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4776 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4777 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4778 these image-relative references:
4780 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4781 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4782 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4783 \c         add     rbx,rax
4784 \c         jmp     rbx
4785 \c         ...
4786 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4787 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4789 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4790 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4791 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4792 become apparent in next paragraph.
4794 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4795 operand only:
4797 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4798 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4799 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4800 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4802 \S{win64seh} \c{win64}: structured exception handling
4804 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4805 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4806 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4807 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4808 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4809 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4810 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4811 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4812 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4813 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4814 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4815 top of the stack.
4817 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4818 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4819 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4820 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4821 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4822 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4823 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4824 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4825 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4826 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4827 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4828 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4829 copying caller's return address to the top of stack and this would
4830 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4831 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4832 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4833 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4834 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4835 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4836 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4837 no, no trace of failure is left.
4839 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4840 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4841 is checked for presence of reference to custom language-specific
4842 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4843 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
4844 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
4845 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
4846 information about current callee's stack frame and where non-volatile
4847 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
4848 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
4849 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
4850 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
4851 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
4852 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
4853 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
4854 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
4855 terminating the application.
4857 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
4858 facilitate generation of above mentioned detailed information about
4859 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
4860 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
4861 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
4862 leaf function:
4864 \c default rel
4865 \c section .text
4866 \c extern  MessageBoxA
4867 \c handler:
4868 \c         sub     rsp,40
4869 \c         mov     rcx,0
4870 \c         lea     rdx,[text]
4871 \c         lea     r8,[caption]
4872 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
4873 \c         call    MessageBoxA
4874 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4875 \c                         ; for exception handler
4876 \c         add     rsp,40
4877 \c         ret
4878 \c global  main
4879 \c main:
4880 \c         xor     rax,rax
4881 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
4882 \c         ret
4883 \c main_end:
4884 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4885 \c caption:db      'SEGV',0
4886 \c 
4887 \c section .pdata  rdata align=4
4888 \c         dd      main wrt ..imagebase
4889 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
4890 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
4891 \c section .xdata  rdata align=8
4892 \c xmain:  db      9,0,0,0
4893 \c         dd      handler wrt ..imagebase
4894 \c section .drectve info
4895 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4897 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
4898 start and end addresses of function" along with reference to associated
4899 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
4900 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
4901 designated exception handler. References are \e{required} to be
4902 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
4903 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
4904 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
4905 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
4906 references, not only above listed required ones, placed into these two
4907 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
4908 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
4909 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
4910 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
4912 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
4913 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
4914 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
4915 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
4916 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
4917 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
4918 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
4919 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
4920 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
4921 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
4922 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
4923 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
4924 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
4925 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
4926 unwinding procedure. Consider following example:
4928 \c function:
4929 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
4930 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
4931 \c         push    rbx
4932 \c         push    rbp
4933 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
4934 \c         sub     r11,rcx
4935 \c         and     r11,-64
4936 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
4937 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
4938 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
4939 \c magic_point:
4940 \c         ...
4941 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
4942 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
4943 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
4944 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
4945 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
4946 \c         ret
4948 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
4949 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
4950 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
4951 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
4952 custom language-specific exception handler would look like this:
4954 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
4955 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
4956 \c {   ULONG64 *rsp;
4957 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
4958 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
4959 \c     else
4960 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
4961 \c         context->Rbp = rsp[-3];
4962 \c         context->Rbx = rsp[-2];
4963 \c         context->R15 = rsp[-1];
4964 \c     }
4965 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
4966 \c 
4967 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
4968 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
4969 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
4970 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
4971 \c     return ExceptionContinueSearch;
4972 \c }
4974 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
4975 structure does not have to contain any information about stack frame
4976 and its layout.
4978 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4980 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4981 linking with the \i{DJGPP} linker.
4983 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4985 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
4986 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
4987 the \c{info} section type are not supported.
4989 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
4991 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
4992 linking with the \i{Mac OSX} linker.
4994 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4996 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
4997 Format} Object Files
4999 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},
5000 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5001 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5002 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5004 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5006 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5007 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5008  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5009  most systems which support ELF.
5011 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5012 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5014 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5015 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5016 and properties of sections you declare. Section types and properties
5017 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5018 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
5019 overridden by these qualifiers.
5021 The available qualifiers are:
5023 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5024 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5025 which is not, such as an informational or comment section.
5027 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5028 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5029 which should not.
5031 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5032 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5033 not.
5035 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5036 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5037 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5038 contents given, such as a BSS section.
5040 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5041 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5042 requirements of the section.
5044 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5045 qualifiers are:
5047 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
5048 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
5049 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
5050 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
5051 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
5053 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
5054 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
5057 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5058 Symbols and \i\c{WRT}
5060 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5061 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5062 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5063 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
5064 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5066 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5067 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5068 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5069 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5070 types.
5072 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5073 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5074 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5075 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5077 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5078 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5079 beginning of the current section to the global offset table.
5080 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5081 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5082 result to get the real address of the GOT.
5084 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5085 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5086 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5087 would give the real address of the location you wanted.
5089 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5090 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5091 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5092 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5093 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5094 address of the symbol.
5096 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5097 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5098 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5099 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5100 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5101 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5102 entries absolutely.
5104 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5105 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5106 relative to the start of the section and then adding on the offset
5107 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5108 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5109 peculiarity of the dynamic linker.
5111 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5112 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5115 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5116 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5118 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5119 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5120 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5121 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5122 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5123 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5124 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5125 to specify these features.
5127 You can specify whether a global variable is a function or a data
5128 object by suffixing the name with a colon and the word
5129 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5130 \c{data}.) For example:
5132 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5134 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5135 \c{hashtable} as a data object.
5137 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5138 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5139 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5140 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5142 \c global   hashlookup:function hidden
5144 You can also specify the size of the data associated with the
5145 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5146 forward references) after the type specifier. Like this:
5148 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5150 \c hashtable:
5151 \c         db this,that,theother  ; some data here
5152 \c .end:
5154 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5155 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5157 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5158 writing shared library code. For more information, see
5159 \k{picglobal}.
5162 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5163 \I{COMMON, elf extensions to}
5165 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5166 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5167 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5168 power of two) after the name and size of the common variable,
5169 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5170 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5172 \c common  dwordarray 128:4
5174 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5175 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5178 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5179 \I{ELF, 16-bit code and}
5181 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5182 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5183 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5184 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5185 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5186 these relocations is generated.
5188 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5189 \I{ELF, Debug formats and}
5191 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5192 Line number information is generated for all executable sections, but please
5193 note that only the ".text" section is executable by default.
5195 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5197 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5198 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5199 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5200 the magic number in the first four bytes of the file is
5201 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5202 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5203 implementation does not.
5205 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5207 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5208 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5209 extensions to any standard directives. It supports only the three
5210 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5213 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5214 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5216 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5217 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5218 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5219 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5220 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5221 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5222 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5224 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5226 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5227 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5228 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5229 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5230 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5232 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5233 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5234 this.
5237 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5239 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5240 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5241 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5242 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5243 itself \c{a.out}.
5245 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5246 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5248 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5249 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5250 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5251 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5252 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5255 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5256 Format}
5258 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5259 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5260 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5261 format the internal structure of the assembler.
5263 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5264 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5265 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5266 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5268 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5269 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5270 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5271 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5272 execute an RDF executable under Linux.
5274 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5275 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5278 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5280 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5281 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5282 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5283 which is the name of the module:
5285 \c     library  mylib.rdl
5288 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5290 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5291 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5292 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5293 of current module:
5295 \c     module  mymodname
5297 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5298 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5299 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5301 \c     module  $kernel.core
5304 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5305 rdf extensions to}
5307 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5308 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5309 telling the linker do not strip it from target executable or library
5310 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5311 is a procedure (function) or data object.
5313 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5314 symbol exported:
5316 \c     global  sys_open:export
5318 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5319 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5321 \c     global  sys_open:export proc
5323 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5324 or \i\c{object} to the directive:
5326 \c     global  kernel_ticks:export data
5329 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5330 rdf extensions to}
5332 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5333 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5334 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5335 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5336 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5337 (function) or data object. For example:
5339 \c     library $libc
5340 \c     extern  _open:import
5341 \c     extern  _printf:import proc
5342 \c     extern  _errno:import data
5344 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5345 a hint as to where to find requested symbols.
5348 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5350 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5351 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5352 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5353 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5355 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5356 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5357 transactions between the main body of NASM and the output-format
5358 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5359 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5360 of the various requests the main program makes of the output driver,
5361 and in what order they happen.
5363 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5365 \c nasm -f dbg filename.asm
5367 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5368 However, this will not work well on files which were designed for a
5369 different object format, because each object format defines its own
5370 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5371 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5372 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5373 native object format selected:
5375 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5376 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5378 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5379 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5380 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5381 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5382 the final diagnostic output.
5384 This workaround will still typically not work for programs intended
5385 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5386 directives have side effects of defining the segment and group names
5387 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5388 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5389 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5390 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5392 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5393 them all to its output file.
5396 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5398 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5399 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5400 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5401 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5402 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5405 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5407 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5408 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5409 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5410 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5411 support the \c{.COM} format.
5413 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5414 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5415 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5416 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5417 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5418 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5419 Yann Guidon for contributing the code for this.
5421 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5422 future releases.
5425 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5427 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5428 by linking \c{.OBJ} files together.
5430 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5431 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5432 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5433 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5434 An LZH archiver can be found at
5435 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5436 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5437 sources) called \i{FREELINK}, available from
5438 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5439 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5440 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5441 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5442 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5444 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5445 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5446 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5447 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5448 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5449 field in the output file header; if more than one defines a start
5450 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5452 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5453 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5454 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5455 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5456 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5457 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5459 \c segment code
5461 \c ..start:
5462 \c         mov     ax,data
5463 \c         mov     ds,ax
5464 \c         mov     ax,stack
5465 \c         mov     ss,ax
5466 \c         mov     sp,stacktop
5468 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5469 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5470 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5471 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5472 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5473 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5474 execute on.
5476 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5477 beginning of this code, which means that will be the entry point
5478 into the resulting executable file.
5480 \c         mov     dx,hello
5481 \c         mov     ah,9
5482 \c         int     0x21
5484 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5485 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5486 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5487 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5489 \c         mov     ax,0x4c00
5490 \c         int     0x21
5492 This terminates the program using another DOS system call.
5494 \c segment data
5496 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5498 The data segment contains the string we want to display.
5500 \c segment stack stack
5501 \c         resb 64
5502 \c stacktop:
5504 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5505 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5506 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5507 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5508 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5509 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5510 type \c{STACK}.
5512 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5513 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5514 world' and then exit.
5517 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5519 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5520 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5521 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5522 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5523 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5524 \c{.EXE} files.
5526 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5527 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5528 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5530 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5531 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5532 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5533 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5534 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5535 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5536 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5537 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5538 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5540 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5541 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5542 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5543 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5544 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5545 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5546 explicitly issue one of your own.
5548 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5549 since this would require a relocation in the header, and things
5550 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5551 base by copying it out of \c{CS} instead.
5553 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5554 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5555 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5556 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5557 \c{EXE_stack 64}.
5559 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5560 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5561 \c{binexe.asm}.
5564 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5566 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5567 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5568 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5569 output format.
5572 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5574 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5575 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5576 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5577 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5578 like
5580 \c         org 100h
5582 \c section .text
5584 \c start:
5585 \c         ; put your code here
5587 \c section .data
5589 \c         ; put data items here
5591 \c section .bss
5593 \c         ; put uninitialized data here
5595 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5596 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5597 you want to and the code will still end up at the front of the file
5598 where it belongs.
5600 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5601 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5602 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5603 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5604 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5605 run.
5607 To assemble the above program, you should use a command line like
5609 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5611 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5612 explicit output file name were specified, so you have to override it
5613 and give the desired file name.
5616 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5618 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5619 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5620 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5621 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5622 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5623 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5624 file.
5626 If you do this, you need to take care of several things:
5628 \b The first object file containing code should start its code
5629 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5630 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5631 segment, so that the linker or converter program does not have to
5632 adjust address references within the file when generating the
5633 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5634 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5635 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5636 in MASM-compatible assemblers.
5638 \b You don't need to define a stack segment.
5640 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5641 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5642 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5643 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5646 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5648 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5649 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5650 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5651 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5652 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5653 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5654 your code segment.
5656 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5657 the various routines inside the driver which do the work. This
5658 structure should be defined at the start of the code segment, even
5659 though it is not actually code.
5661 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5662 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5663 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5664 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5667 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5669 This section covers the basics of writing assembly routines that
5670 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5671 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5672 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5675 \S{16cunder} External Symbol Names
5677 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5678 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5679 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5680 appears in the C program. So, for example, the function a C
5681 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5682 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5683 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5684 not have to worry about name clashes with C symbols.
5686 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5687 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5689 \c %macro  cglobal 1
5691 \c   global  _%1
5692 \c   %define %1 _%1
5694 \c %endmacro
5696 \c %macro  cextern 1
5698 \c   extern  _%1
5699 \c   %define %1 _%1
5701 \c %endmacro
5703 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5704 \c{%rep} construct could solve this.)
5706 If you then declare an external like this:
5708 \c cextern printf
5710 then the macro will expand it as
5712 \c extern  _printf
5713 \c %define printf _printf
5715 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5716 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5718 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5719 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5720 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5722 Also see \k{opt-pfix}.
5724 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5726 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5727 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5728 writing for. This means you have to keep track of the following
5729 things:
5731 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5732 functions are near. This means that function pointers, when stored
5733 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5734 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5735 never changes its value, and always gives the segment part of the
5736 full function address), and that functions are called using ordinary
5737 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5738 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5739 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5740 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5742 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5743 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5744 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5745 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5746 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5747 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5748 \c{CALL FAR} to call external routines.
5750 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5751 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5752 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5753 segment part of the full data item address).
5755 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5756 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5757 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5758 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5759 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5760 pointers you are passed.
5762 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5763 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5764 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5765 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5766 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5768 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5769 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5770 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5771 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5772 and global data items can both be accessed easily without changing
5773 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5774 segments. However, some memory models (though not the standard
5775 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5776 same value to be removed. Be careful about functions' local
5777 variables in this latter case.
5779 In models with a single code segment, the segment is called
5780 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5781 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5782 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5783 called \i\c{_DATA}.
5786 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5788 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5789 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5790 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5791 doing the calling and the function which gets called.
5793 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5794 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5795 argument specified to the function is pushed last).
5797 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5798 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5799 memory model.
5801 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5802 actually necessary, in functions which do not need to access their
5803 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5804 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5805 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5806 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5807 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5808 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5810 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5811 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5812 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5813 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5814 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5815 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5816 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5817 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5818 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5819 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5820 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5821 parameters in reverse order means that the function knows where to
5822 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5823 remaining ones.
5825 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5826 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5827 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5829 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5830 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5831 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5832 compiler) returned in \c{ST0}.
5834 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5835 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5836 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5837 memory model.
5839 \b When the caller regains control from the callee, the function
5840 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5841 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5842 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5843 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5844 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5845 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5846 removing.
5848 It is instructive to compare this calling convention with that for
5849 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5850 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5851 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5852 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5853 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5854 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5855 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5856 which means that a compiler can give better guarantees about
5857 sequence points without performance suffering.
5859 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5860 The following example is for small model:
5862 \c global  _myfunc
5864 \c _myfunc:
5865 \c         push    bp
5866 \c         mov     bp,sp
5867 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5868 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5870 \c         ; some more code
5872 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5873 \c         pop     bp
5874 \c         ret
5876 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5877 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5878 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5879 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5880 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5881 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5883 At the other end of the process, to call a C function from your
5884 assembly code, you would do something like this:
5886 \c extern  _printf
5888 \c       ; and then, further down...
5890 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5891 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5892 \c       call    _printf
5893 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5895 \c       ; then those data items...
5897 \c segment _DATA
5899 \c myint         dw    1234
5900 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5902 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5903 code
5905 \c     int myint = 1234;
5906 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5908 In large model, the function-call code might look more like this. In
5909 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5910 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5911 it first.
5913 \c       push    word [myint]
5914 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5915 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5916 \c       call    far _printf
5917 \c       add    sp,byte 6
5919 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5920 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5921 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5922 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5923 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5924 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5925 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5926 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5927 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5928 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5929 word of parameters.
5932 \S{16cdata} Accessing Data Items
5934 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5935 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5936 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5937 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5938 accessed from assembler as
5940 \c extern _i
5942 \c         mov ax,[_i]
5944 And to declare your own integer variable which C programs can access
5945 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5946 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5948 \c global  _j
5950 \c _j      dw      0
5952 To access a C array, you need to know the size of the components of
5953 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5954 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5955 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5956 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5957 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5958 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5959 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5961 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5962 the base of the structure to the field you are interested in. You
5963 can either do this by converting the C structure definition into a
5964 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5965 one offset and using just that.
5967 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5968 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5969 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5970 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5971 Typically, you might find that a structure like
5973 \c struct {
5974 \c     char c;
5975 \c     int i;
5976 \c } foo;
5978 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5979 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5980 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5981 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5982 out how your own compiler does it.
5985 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
5987 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5988 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
5989 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5990 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5991 the work involved in keeping track of the calling convention.
5993 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
5994 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
5996 An example of an assembly function using the macro set is given
5997 here:
5999 \c proc    _nearproc
6001 \c %$i     arg
6002 \c %$j     arg
6003 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6004 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6005 \c         add     ax,[bx]
6007 \c endproc
6009 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6010 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6011 integer. It returns \c{i + *j}.
6013 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6014 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6015 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6016 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6017 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6018 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6019 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6021 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6022 compact-model code) by default. You can have it generate far
6023 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6024 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6025 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6026 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6027 dependency on whether data pointers are far or not.
6029 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6030 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6031 many function parameters will be of type \c{int}.
6033 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6035 \c %define FARCODE
6037 \c proc    _farproc
6039 \c %$i     arg
6040 \c %$j     arg     4
6041 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6042 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6043 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6044 \c         add     ax,[bx]
6046 \c endproc
6048 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6049 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6050 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6053 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6055 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6056 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6058 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6059 not required for Pascal.
6061 \b The memory model is always large: functions are far, data
6062 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6063 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6064 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6065 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6066 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6067 data declared in a Pascal program goes into the default data
6068 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6069 when control is passed to your assembly code. The only things that
6070 do not live in the default data segment are local variables (they
6071 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6072 data \e{pointers}, however, are far.
6074 \b The function calling convention is different - described below.
6076 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6078 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6079 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6080 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6083 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6085 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6086 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6087 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6088 used to denote the function doing the calling and the function which
6089 gets called.
6091 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6092 after another, in normal order (left to right, so that the first
6093 argument specified to the function is pushed first).
6095 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6096 control to the callee.
6098 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6099 actually necessary, in functions which do not need to access their
6100 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6101 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6102 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6103 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6104 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6105 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6107 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6108 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6109 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6110 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6111 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6112 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6113 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6115 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6116 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6117 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6119 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6120 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6121 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6122 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6123 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6124 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6125 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6126 places the returned string value at that location. The pointer is
6127 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6128 \c{RETF} instruction.
6130 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6131 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6132 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6133 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6134 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6135 to be removed from the stack as a side effect of the return
6136 instruction.
6138 \b When the caller regains control from the callee, the function
6139 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6140 do nothing further.
6142 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6143 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6145 \c global  myfunc
6147 \c myfunc: push    bp
6148 \c         mov     bp,sp
6149 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6150 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6151 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6153 \c         ; some more code
6155 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6156 \c         pop     bp
6157 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6159 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6160 assembly code, you would do something like this:
6162 \c extern  SomeFunc
6164 \c        ; and then, further down...
6166 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6167 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6168 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6169 \c        call   far SomeFunc
6171 This is equivalent to the Pascal code
6173 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6174 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6177 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6178 Name Restrictions
6180 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6181 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6182 reading and understanding the various information contained in a
6183 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6184 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6185 restrictions:
6187 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6188 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6190 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6191 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6193 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6194 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6196 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6197 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6200 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6202 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6203 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6204 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6205 definition ensures that functions are far (it implies
6206 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6207 generated with an operand.
6209 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6210 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6211 reverse order. For example:
6213 \c %define PASCAL
6215 \c proc    _pascalproc
6217 \c %$j     arg 4
6218 \c %$i     arg
6219 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6220 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6221 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6222 \c         add     ax,[bx]
6224 \c endproc
6226 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6227 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6228 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6229 and the contents of the pointer. The only difference between this
6230 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6231 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6232 reverse order.
6235 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6237 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6238 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6239 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6240 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6241 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6242 shared libraries.
6244 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6245 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6246 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6247 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6248 address space no matter what segment you work relative to, and that
6249 you should ignore all segment registers completely. When writing
6250 flat-model application code, you never need to use a segment
6251 override or modify any segment register, and the code-section
6252 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6253 space as the data-section addresses you access your variables by and
6254 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6255 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6256 offset part.
6259 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6261 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6262 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6263 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6266 \S{32cunder} External Symbol Names
6268 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6269 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6270 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6271 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6272 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6273 underscore on their assembly-language names.
6275 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6276 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6277 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6278 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6279 though, the leading underscore should not be used.
6281 See also \k{opt-pfix}.
6283 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6285 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6286 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6287 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6288 the function doing the calling and the function which gets called.
6290 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6291 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6292 argument specified to the function is pushed last).
6294 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6295 control to the callee.
6297 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6298 actually necessary, in functions which do not need to access their
6299 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6300 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6301 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6302 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6303 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6304 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6306 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6307 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6308 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6309 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6310 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6311 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6312 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6313 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6314 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6315 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6316 and type of the remaining ones.
6318 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6319 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6320 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6322 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6323 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6324 of the value. Floating-point results are typically returned in
6325 \c{ST0}.
6327 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6328 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6329 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6331 \b When the caller regains control from the callee, the function
6332 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6333 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6334 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6335 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6336 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6337 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6338 removing.
6340 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6341 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6342 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6343 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6344 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6345 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6346 still pushed in right-to-left order.
6348 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6350 \c global  _myfunc
6352 \c _myfunc:
6353 \c         push    ebp
6354 \c         mov     ebp,esp
6355 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6356 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6358 \c         ; some more code
6360 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6361 \c         ret
6363 At the other end of the process, to call a C function from your
6364 assembly code, you would do something like this:
6366 \c extern  _printf
6368 \c         ; and then, further down...
6370 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6371 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6372 \c         call    _printf
6373 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6375 \c         ; then those data items...
6377 \c segment _DATA
6379 \c myint       dd   1234
6380 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6382 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6384 \c     int myint = 1234;
6385 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6388 \S{32cdata} Accessing Data Items
6390 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6391 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6392 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6393 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6394 accessed from assembler as
6396 \c           extern _i
6397 \c           mov eax,[_i]
6399 And to declare your own integer variable which C programs can access
6400 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6401 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6403 \c           global _j
6404 \c _j        dd 0
6406 To access a C array, you need to know the size of the components of
6407 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6408 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6409 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6410 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6411 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6412 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6413 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6414 are also 4 bytes long.
6416 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6417 the base of the structure to the field you are interested in. You
6418 can either do this by converting the C structure definition into a
6419 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6420 one offset and using just that.
6422 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6423 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6424 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6425 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6426 Typically, you might find that a structure like
6428 \c struct {
6429 \c     char c;
6430 \c     int i;
6431 \c } foo;
6433 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6434 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6435 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6436 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6437 out how your own compiler does it.
6440 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6442 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6443 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6444 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6445 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6446 the work involved in keeping track of the calling convention.
6448 An example of an assembly function using the macro set is given
6449 here:
6451 \c proc    _proc32
6453 \c %$i     arg
6454 \c %$j     arg
6455 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6456 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6457 \c         add     eax,[ebx]
6459 \c endproc
6461 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6462 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6463 integer. It returns \c{i + *j}.
6465 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6466 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6467 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6468 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6469 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6470 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6471 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6473 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6474 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6475 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6478 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6479 Libraries}
6481 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6482 because it contains support for \i{position-independent code}
6483 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6484 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6485 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6487 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6488 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6489 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6490 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6492 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6493 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6494 of the running process. The contents of the library's code section
6495 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6497 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6498 this:
6500 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6502 Instead, the linker provides an area of memory called the
6503 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6504 constant distance from your library's code, so if you can find out
6505 where your library is loaded (which is typically done using a
6506 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6507 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6508 linker-generated entries in the GOT.
6510 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6511 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6512 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6513 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6514 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6515 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6518 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6520 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6521 external symbol:
6523 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6524 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6526 At the beginning of any function in your shared library which plans
6527 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6528 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6529 in this form:
6531 \c func:   push    ebp
6532 \c         mov     ebp,esp
6533 \c         push    ebx
6534 \c         call    .get_GOT
6535 \c .get_GOT:
6536 \c         pop     ebx
6537 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6539 \c         ; the function body comes here
6541 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6542 \c         mov     esp,ebp
6543 \c         pop     ebp
6544 \c         ret
6546 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6547 second leading underscore.)
6549 The first two lines of this function are simply the standard C
6550 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6551 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6552 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6553 libraries use this register to store the address of the GOT.
6555 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6556 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6557 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6558 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6559 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6560 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6561 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6562 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6563 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6564 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6565 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6566 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6567 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6568 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6569 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6570 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6572 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6573 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6574 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6576 \c %macro  get_GOT 0
6578 \c         call    %%getgot
6579 \c   %%getgot:
6580 \c         pop     ebx
6581 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6583 \c %endmacro
6585 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6587 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6588 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6589 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6590 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6591 way this works is like this:
6593 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6595 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6596 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6597 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6598 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6600 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6601 them, they are shared between code modules in the library, but do
6602 not get exported from the library to the program that loaded it.
6603 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6604 can access them in the same way as local variables, using the above
6605 \c{..gotoff} mechanism.
6607 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6608 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6609 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6612 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6614 If your library needs to get at an external variable (external to
6615 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6616 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6617 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6618 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6619 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6620 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6621 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6622 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6623 you would code
6625 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6627 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6628 linker, when it builds the shared library, collects together every
6629 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6630 has every necessary entry present.
6632 Common variables must also be accessed in this way.
6635 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6637 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6638 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6639 you have to give the size of the data item. This is because the
6640 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6641 entries for any exported functions, and also moves exported data
6642 items away from the library's data section in which they were
6643 declared.
6645 So to export a function to users of the library, you must use
6647 \c global  func:function           ; declare it as a function
6649 \c func:   push    ebp
6651 \c         ; etc.
6653 And to export a data item such as an array, you would have to code
6655 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6657 \c array:  resd    128
6658 \c .end:
6660 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6661 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6662 end up living in the data section of the main program, rather than
6663 in your library's data section, where you declared it. So you will
6664 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6665 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6666 effectively, it has become).
6668 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6669 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6670 sort of code:
6672 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6674 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6675 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6676 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6677 pointing at your data section instead of at the exported global
6678 which resides elsewhere.
6680 Instead of the above code, then, you must write
6682 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6684 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6685 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6686 at that address, rather than just relocating by section base.
6688 Either method will work for functions: referring to one of your
6689 functions by means of
6691 \c funcptr:        dd      my_function
6693 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6695 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6697 will give the address of the procedure linkage table for the
6698 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6699 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6702 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6704 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6705 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6706 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6707 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6708 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6709 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6710 in the main program can be transparently passed off to their real
6711 destinations.
6713 To call an external routine, you must use another special PIC
6714 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6715 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6716 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6717 ..plt}.
6720 \S{link} Generating the Library File
6722 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6723 you then generate your shared library with a command such as
6725 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6726 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6728 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6729 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6730 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6731 library file name, with a version number, into the library:
6733 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6735 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6736 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6739 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6741 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6742 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6743 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6744 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6745 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6746 one, or jumps between different-size segments.
6749 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6751 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6752 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6753 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6754 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6755 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6756 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6757 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6758 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6760 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6761 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6762 segment, so just coding, for example,
6764 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6766 will not work, since the offset part of the address will be
6767 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6768 one.
6770 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6771 generate the required instruction by coding it manually, using
6772 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6773 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6775 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6777 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6778 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6779 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6780 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6781 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6782 segment to a 32-bit one.
6784 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6785 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6787 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6789 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6790 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6791 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6794 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6795 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6797 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6798 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6799 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6800 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6801 32-bit segment, or vice versa.
6803 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6804 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6805 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6806 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6808 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6809 the address, since any effective address containing a 32-bit
6810 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6812 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6813 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6815 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6816 instruction and a register) if you already know the precise offset
6817 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6818 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6819 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6821 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6822 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6824 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6826 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6827 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6828 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6830 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6832 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6833 which controls the size of the data stored at the address, with the
6834 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6835 address itself. The two can quite easily be different:
6837 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6839 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6840 offset.
6842 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6843 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6845 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6847 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6848 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6849 offset), and calls that address.
6852 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6854 The other way you might want to access data might be using the
6855 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6856 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6857 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6858 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6860 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6861 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6862 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6863 desired address into \c{ESI} and then code
6865 \c         a32     lodsb
6867 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6868 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6869 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6870 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6872 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6873 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6874 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6875 instructions with implicit addressing:
6876 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6877 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6878 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6879 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6880 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6881 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6882 Also, the
6883 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6884 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6885 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6886 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6887 size from the code segment.
6889 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6890 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6891 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6892 give the value of the segment register being manipulated. To force
6893 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6894 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6896 \c         o16 push    ss
6897 \c         o16 push    ds
6899 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6900 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6901 one.
6903 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6904 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6907 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6909 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6910 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6911 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6912 write position-independent code for shared libraries.
6914 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6915 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6916 registers, which still add their bases.
6918 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6919 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6920 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6921 probably desirable to make that the default, using the directive
6922 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6924 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6925 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6926 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6927 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6928 Please see the ABI documentation for your platform.
6930 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6931 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6932 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6933 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6935 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6936 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6937 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6938 set to zero.
6940 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6942 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6943 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6945 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6946 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6947 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6948 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6950 This is consistent with the AMD documentation and most other
6951 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6952 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6953 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6954 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6955 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6956 the NASM source distribution.
6958 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
6960 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
6961 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
6962 immediates to 32 bits.
6964 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
6966 \c      MOV reg64,imm64
6968 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
6969 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
6970 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
6971 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
6972 immediate as \c{DWORD}:
6974 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
6975 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
6976 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
6977 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
6979 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
6981 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
6982 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
6983 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
6984 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
6985 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
6986 displacement size as \c{QWORD}:
6988 \c      default abs
6990 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
6991 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
6992 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
6994 \c      default rel
6996 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
6997 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
6998 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
6999 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7001 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7002 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7004 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7006 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7008 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
7010 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7011 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7013 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7014 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7015 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7016 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7017 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7019 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7021 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7022 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7023 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7024 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
7026 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7028 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7030 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7032 \c      void foo(long a, double b, int c)
7034 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7036 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7038 The Win64 ABI is described at:
7040 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7042 What follows is a simplified summary.
7044 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7045 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7046 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7047 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7048 use by the function without saving.
7050 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7052 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7053 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7054 return is \c{XMM0} only.
7056 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7058 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7060 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7062 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7064 \C{trouble} Troubleshooting
7066 This chapter describes some of the common problems that users have
7067 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7068 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7069 that isn't listed here.
7072 \H{problems} Common Problems
7074 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7076 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7077 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7078 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7079 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7080 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7081 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7082 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7083 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7084 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
7087 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7089 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7090 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7091 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7092 longer.
7094 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7095 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7096 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7097 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7098 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7099 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7100 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7101 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7102 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7103 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7104 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7105 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
7108 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7110 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7111 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7112 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7113 sector, people who are used to MASM tend to code
7115 \c         ORG 0
7117 \c         ; some boot sector code
7119 \c         ORG 510
7120 \c         DW 0xAA55
7122 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7123 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7124 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7126 \c         ORG 0
7128 \c         ; some boot sector code
7130 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7131 \c         DW 0xAA55
7133 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7134 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7135 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7136 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7137 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7138 find out what's wrong with it.
7141 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7143 The other common problem with the above code is people who write the
7144 \c{TIMES} line as
7146 \c         TIMES 510-$ DB 0
7148 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7149 the difference between them is also a pure number and can happily be
7150 fed to \c{TIMES}.
7152 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7153 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7154 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7155 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7156 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7157 information back to the expression evaluator. So from the
7158 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7159 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7160 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7161 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7163 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7164 line in the form
7166 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7168 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7169 and so their difference is a pure number. This will solve the
7170 problem and generate sensible code.
7173 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7175 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7176 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7177 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7178 \i\c{bugtracker} at
7179 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7180 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7181 contacts in \k{contact}.
7183 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7184 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7185 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7186 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7187 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7188 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7189 there.
7191 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7192 information:
7194 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7195 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7197 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7198 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7199 you were using the standard distribution binaries out of the
7200 archive. If you were using a locally built executable, try to
7201 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7202 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7205 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7206 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7207 \c{NASMENV} environment variable if any.
7209 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7210 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7211 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7212 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7213 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7214 compiler, what version, and what command line or options you used.
7215 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7216 with the command-line version of the compiler.)
7218 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7219 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7220 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7221 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7222 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7223 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7224 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7225 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7226 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7227 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7228 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7229 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7230 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7232 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7233 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7234 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7235 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7236 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7237 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7238 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7239 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7240 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7241 should be 77 instead'.
7243 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7244 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7245 generates the same file, or whether the problem is related to
7246 portability issues between our development platforms and yours. We
7247 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7248 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7249 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7250 for us.
7252 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7253 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7254 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7255 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7256 differently from us.
7259 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7261                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7263 \H{ndisintro} Introduction
7266 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7267 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7268 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7269 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7270 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7272 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7273 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7274 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7275 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7276 disassembles.
7279 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7281 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7282 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7283 are on a Unix system.
7286 \H{ndisrun} Running NDISASM
7288 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7290 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7292 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7293 provided of course that you remember to specify which it is to work
7294 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7295 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7297 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7298 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7299 summary of command line options.
7302 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7304 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7305 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7306 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7307 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7308 this.
7310 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7311 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7312 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7313 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7314 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7316 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7318 \c        ndisasm -o100h filename.com
7320 will do the trick.
7323 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7325 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7326 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7327 will faithfully plough through the data section, producing machine
7328 instructions wherever it can (although most of them will look
7329 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7330 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7331 Then it will reach the code section.
7333 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7334 instruction from part of the data section, and its file position is
7335 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7336 entirely possible that another spurious instruction will get
7337 generated, starting with the final byte of the data section, and
7338 then the correct first instruction in the code section will not be
7339 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7340 ideal.
7342 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7343 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7344 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7345 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7346 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7347 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7348 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7349 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7350 the instructions in your code section.
7352 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7353 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7354 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7357 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7359 rather than
7361 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7363 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7364 to, just by repeating the \c{-s} option.
7367 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7368 \I\c{auto-sync}
7370 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7371 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7372 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7373 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7374 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7375 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7376 needed.
7378 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7379 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7380 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7381 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7383 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7384 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7385 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7386 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7387 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7388 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7389 processed, there isn't much it can do about it...)
7391 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7392 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7393 the register contains) or involves a segment address (in which case
7394 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7395 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7397 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7398 points in all the right places, and save you from having to place
7399 any sync points manually. However, it should be stressed that
7400 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7401 you may still have to place some manually.
7403 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7404 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7405 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7406 options.
7408 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7409 fluke, something in your data section should disassemble to a
7410 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7411 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7412 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7413 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7414 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7415 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7416 suppress disassembly of the data area.
7419 \S{ndisother} Other Options
7421 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7422 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7423 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7424 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7426 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7427 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7428 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7429 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7430 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7431 anyway.
7434 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7436 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7437 possible, should be sent to
7438 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7439 developer's site at
7440 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7441 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7442 new features as well.
7444 \A{inslist} \i{Instruction List}
7446 \H{inslistintro} Introduction
7448 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7449 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7450 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7451  when appropriate, one or more usage flags.
7453 \& inslist.src