Implement -MD, -MF, -MT, -MQ
[nasm/avx512.git] / doc / nasmdoc.src
blob5332dfd6cc86ba14008fdb5b19985bf17c0c037c
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{-MG} \c{-MG} option
20 \IR{-On} \c{-On} option
21 \IR{-P} \c{-P} option
22 \IR{-U} \c{-U} option
23 \IR{-X} \c{-X} option
24 \IR{-a} \c{-a} option
25 \IR{-d} \c{-d} option
26 \IR{-e} \c{-e} option
27 \IR{-f} \c{-f} option
28 \IR{-g} \c{-g} option
29 \IR{-i} \c{-i} option
30 \IR{-l} \c{-l} option
31 \IR{-o} \c{-o} option
32 \IR{-p} \c{-p} option
33 \IR{-s} \c{-s} option
34 \IR{-u} \c{-u} option
35 \IR{-v} \c{-v} option
36 \IR{-w} \c{-w} option
37 \IR{-y} \c{-y} option
38 \IR{-Z} \c{-Z} option
39 \IR{!=} \c{!=} operator
40 \IR{$, here} \c{$}, Here token
41 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
42 \IR{$$} \c{$$} token
43 \IR{%} \c{%} operator
44 \IR{%%} \c{%%} operator
45 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
46 \IA{%-1}{%+1}
47 \IR{%0} \c{%0} parameter count
48 \IR{&} \c{&} operator
49 \IR{&&} \c{&&} operator
50 \IR{*} \c{*} operator
51 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
52 \IR{/} \c{/} operator
53 \IR{//} \c{//} operator
54 \IR{<} \c{<} operator
55 \IR{<<} \c{<<} operator
56 \IR{<=} \c{<=} operator
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{?} MASM syntax
64 \IR{^} \c{^} operator
65 \IR{^^} \c{^^} operator
66 \IR{|} \c{|} operator
67 \IR{||} \c{||} operator
68 \IR{~} \c{~} operator
69 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
70 \IA{%$$}{%$}
71 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
72 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
73 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
74 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
75 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
76 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
77 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
78 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
79 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
80 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
81 variables
82 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
83 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
84 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
85 \IR{autoconf} Autoconf
86 \IR{bin} bin
87 \IR{bitwise and} bitwise AND
88 \IR{bitwise or} bitwise OR
89 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
90 \IR{block ifs} block IFs
91 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
92 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
93 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
94 \IR{bsd} BSD
95 \IR{c calling convention} C calling convention
96 \IR{c symbol names} C symbol names
97 \IA{critical expressions}{critical expression}
98 \IA{command line}{command-line}
99 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
100 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
101 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
102 \IA{character constants}{character constant}
103 \IR{common object file format} Common Object File Format
104 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
105 in \c{elf}
106 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
107 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
108 \IR{declaring structure} declaring structures
109 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
110 \IR{devpac} DevPac
111 \IR{djgpp} DJGPP
112 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
113 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
114 \IR{dos} DOS
115 \IR{dos archive} DOS archive
116 \IR{dos source archive} DOS source archive
117 \IA{effective address}{effective addresses}
118 \IA{effective-address}{effective addresses}
119 \IR{elf} ELF
120 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
121 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
122 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
123 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
124 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
125 \IR{freebsd} FreeBSD
126 \IR{freelink} FreeLink
127 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
128 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
129 convention
130 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
131 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
132 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
133 \IR{got} GOT
134 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
135 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
136 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
137 \IR{intel number formats} Intel number formats
138 \IR{linux, elf} Linux, ELF
139 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
140 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
141 \IR{logical and} logical AND
142 \IR{logical or} logical OR
143 \IR{logical xor} logical XOR
144 \IR{masm} MASM
145 \IA{memory reference}{memory references}
146 \IR{minix} Minix
147 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
148 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
149 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
150 \IR{mmx registers} MMX registers
151 \IA{modr/m}{modr/m byte}
152 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
153 \IR{ms-dos} MS-DOS
154 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
155 \IR{multipush} \c{multipush} macro
156 \IR{nan} NaN
157 \IR{nasm version} NASM version
158 \IR{netbsd} NetBSD
159 \IR{omf} OMF
160 \IR{openbsd} OpenBSD
161 \IR{operating system} operating system
162 \IR{os/2} OS/2
163 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
164 \IR{passes} passes, assembly
165 \IR{perl} Perl
166 \IR{pic} PIC
167 \IR{pharlap} PharLap
168 \IR{plt} PLT
169 \IR{plt} \c{PLT} relocations
170 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
171 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
172 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
173 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
174 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
175 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
176 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
177 Object File Format
178 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
179 \IA{repeating}{repeating code}
180 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
181 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
182 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
183 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
184 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
185 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
186 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
187 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
188 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
189 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
190 \IR{shift command} \c{shift} command
191 \IA{sib}{sib byte}
192 \IR{sib byte} SIB byte
193 \IR{solaris x86} Solaris x86
194 \IA{standard section names}{standardized section names}
195 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
196 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
197 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
198 \IR{tlink} \c{TLINK}
199 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
200 \IR{unix} Unix
201 \IA{sco unix}{unix, sco}
202 \IR{unix, sco} Unix, SCO
203 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
204 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
205 \IA{unix system v}{unix, system v}
206 \IR{unix, system v} Unix, System V
207 \IR{unixware} UnixWare
208 \IR{val} VAL
209 \IR{version number of nasm} version number of NASM
210 \IR{visual c++} Visual C++
211 \IR{www page} WWW page
212 \IR{win32} Win32
213 \IR{win32} Win64
214 \IR{windows} Windows
215 \IR{windows 95} Windows 95
216 \IR{windows nt} Windows NT
217 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
218 \# \IC{program entry point}{start point, program}
219 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
220 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
221 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
224 \C{intro} Introduction
226 \H{whatsnew} Documentation Changes for Version 2.00
228 \S{p64Bit} 64-Bit Support
230 \b Writing 64-bit Code \k{64bit}
232 \b elf32 and elf64 output formats \k{elffmt}
234 \b win64 output format \k{win64fmt}
236 \b Numeric constants in DQ directive \k{db}
238 \b oword, do and reso \k{db}
240 \b Stack Relative Preprocessor Directives \k{stackrel}
242 \S{fpenhance} Floating Point Enhancements
244 \b 8-, 16- and 128-bit floating-point format \k{fltconst}
246 \b Floating-point option control \k{FLOAT}
248 \b Infinity and NaN \k{fltconst}
250 \S{elfenhance} ELF Enhancements
252 \b Symbol Visibility \k{elfglob}
254 \b Setting OSABI value in ELF header \k{abisect}
256 \b Debug Formats \k{elfdbg}
258 \S{cmdenhance} Command Line Options
260 \b Generate Makefile Dependencies \k{opt-MG}
262 \b Send Errors to a File \k{opt-Z}
264 \b Unlimited Optimization Passes \k{opt-On}
266 \S{oenhance} Other Enhancements
268 \b %IFN and %ELIFN \k{condasm}
270 \b Logical Negation Operator \c{!} \k{expmul}
272 \b Current BITS Mode \k{bitsm}
274 \b Use of \c{%+} \k{concat%+}
276 \H{whatsnasm} What Is NASM?
278 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed for
279 portability and modularity. It supports a range of object file
280 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF}, \c{Mach-O},
281 Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will also output plain
282 binary files. Its syntax is designed to be simple and easy to understand, similar
283 to Intel's but less complex. It supports from the upto and including \c{Pentium},
284 \c{P6}, \c{MMX}, \c{3DNow!}, \c{SSE}, \c{SSE2}, \c{SSE3} and \c{x64} opcodes. NASM has
285 a strong support for macro conventions.
288 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
290 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
291 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
292 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
293 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
295 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
296 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
298 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
299 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
300 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
301 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
302 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
303 it (properly.)
305 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
306 doesn't seem to have much (or any) documentation.
308 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
309 DOS.
311 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
312 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
313 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
314 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
315 It's expensive too. And it's DOS-only.
317 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
318 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
319 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
320 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
321 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
322 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
323 Again.
326 \S{legal} License Conditions
328 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
329 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
330 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
331 Public License, LGPL.
334 \H{contact} Contact Information
336 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
337 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
338 (see below for the link).
339 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
341 NASM has a \i{WWW page} at
342 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
343 not there, google for us!
346 The original authors are \i{e\-mail}able as
347 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
348 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
349 The latter is no longer involved in the development team.
351 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
352 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
353 and to
354 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
356 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
358 Announcements are posted to
359 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
360 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
361 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
363 If you want information about NASM beta releases, and the current
364 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
365 by registering at
366 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
369 \H{install} Installation
371 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
373 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
374 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
375 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
376 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
378 The archive will contain a set of executable files: the NASM
379 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
380 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
381 RDOFF file format.
383 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
384 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
385 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
386 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
387 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
388 under other versions of Windows as well.)
390 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
391 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
392 so you can delete it if you need to save space; however, you may
393 want to keep the documentation or test programs.
395 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
396 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
397 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
398 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
399 the source archive.
401 Note that a number of files are generated from other files by Perl
402 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
403 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
404 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
405 documentation. It is possible future source distributions may not
406 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
407 platforms, including DOS and Windows, are available from
408 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
411 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
413 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
414 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
415 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
416 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
417 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
419 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
420 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
421 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
422 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
423 accordingly.
425 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
426 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
427 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
428 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
429 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
430 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
431 install the programs yourself.
433 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
434 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
435 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
436 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
439 \C{running} Running NASM
441 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
443 To assemble a file, you issue a command of the form
445 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
447 For example,
449 \c nasm -f elf myfile.asm
451 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
453 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
455 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
457 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
458 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
459 to give a listing file name, for example:
461 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
463 To get further usage instructions from NASM, try typing
465 \c nasm -h
467 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
468 are.
470 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
471 or \c{ELF}, type
473 \c file nasm
475 (in the directory in which you put the NASM binary when you
476 installed it). If it says something like
478 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
480 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
481 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
483 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
485 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
486 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
487 and are rare these days.)
489 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
490 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
491 messages.
494 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
496 NASM will normally choose the name of your output file for you;
497 precisely how it does this is dependent on the object file format.
498 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
499 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
500 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
501 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
502 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
503 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
504 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
505 the output file \c{myfile}.
507 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
508 has the same name as the input file, in which case it will give a
509 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
511 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
512 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
513 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
514 with the name you wish for the output file, either with or without
515 an intervening space. For example:
517 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
518 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
520 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
521 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
524 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
526 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
527 output file format for you itself. In the distribution versions of
528 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
529 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
530 choose what you want the default to be.
532 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
533 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
535 A complete list of the available output file formats can be given by
536 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
539 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
541 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
542 optional space) by a file name, NASM will generate a
543 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
544 code are listed on the left, and the actual source code, with
545 expansions of multi-line macros (except those which specifically
546 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
547 right. For example:
549 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
551 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
552 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
553 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
554 form" (without the brackets). This can be used to list only 
555 sections of interest, avoiding excessively long listings.
558 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
560 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
561 This can be redirected to a file for further processing. For example:
563 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
566 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
568 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
569 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
570 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
571 dependency list without a prefix.
574 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
576 This option is used to select the format of the debug information emitted 
577 into the output file, to be used by a debugger (or \e{will} be). Use
578 of this switch does \e{not} enable output of the selected debug info format.
579 Use \c{-g}, see \k{opt-g}, to enable output.
581 A complete list of the available debug file formats for an output format
582 can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format> -y}. (As of 2.00,
583 only "-f elf32", "-f elf64", "-f ieee", and "-f obj" provide debug information.) 
584 See \k{opt-y}.
586 This should not be confused with the "-f dbg" output format option which 
587 is not built into NASM by default. For information on how
588 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}
591 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
593 This option can be used to generate debugging information in the specified
594 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
595 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
596 If no debug information is currently implemented in the selected output 
597 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
600 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
602 This option can be used to select an error reporting format for any 
603 error messages that might be produced by NASM.
605 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
606 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
607 the default and looks like this:
609 \c filename.asm:65: error: specific error message 
611 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
612 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
613 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
614 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
615 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
617 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
618 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
620 \c filename.asm(65) : error: specific error message
622 where the only difference is that the line number is in parentheses
623 instead of being delimited by colons.  
625 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
627 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
629 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
630 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
631 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
632 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
633 example) you want to load them into an editor.
635 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
636 which causes errors to be sent to the specified files rather than
637 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
638 the errors into a file by typing
640 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
642 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
643 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
644 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
646 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
648 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
649 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
650 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
651 program, you can type:
653 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
655 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
658 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
660 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{incbin} directive in 
661 a source file (see \k{include} or \k{incbin}), 
662 it will search for the given file not only in the
663 current directory, but also in any directories specified on the
664 command line by the use of the \c{-i} option. Therefore you can
665 include files from a \i{macro library}, for example, by typing
667 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
669 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
670 optional).
672 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
673 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
674 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
675 prepended exactly as written to the name of the include file.
676 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
677 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
679 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
680 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
681 to search for the file \c{foobar.i}...)
683 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
684 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
685 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
686 \k{nasmenv}).
688 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
689 be specified as \c{-I}.
692 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
694 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
695 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
696 option. So running
698 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
700 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
701 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
703 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
704 option can also be specified as \c{-P}.
707 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
709 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
710 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
711 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
712 could code
714 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
716 as an alternative to placing the directive
718 \c %define FOO 100
720 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
721 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
722 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
723 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
724 \c{-dDEBUG}.
726 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
727 be specified as \c{-D}.
730 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
732 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
733 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
734 option specified earlier on the command lines.
736 For example, the following command line:
738 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
740 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
741 program. This is useful to override options specified at a different
742 point in a Makefile.
744 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
745 be specified as \c{-U}.
748 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
750 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
751 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
752 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
753 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
754 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
755 if the \c{-o} option is also used).
757 This option cannot be applied to programs which require the
758 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
759 which depend on the values of symbols: so code such as
761 \c %assign tablesize ($-tablestart)
763 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
765 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
766 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
767 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
769 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
771 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
772 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
773 completely and assume the compiler has already done it, to save time
774 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
775 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
776 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
779 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
781 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
782 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
783 optimally, you have to enable extra passes.
785 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
786 The syntax is:
788 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
789         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
790         Immediate operands take their long forms if a short form is
791         not specified.
793 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
794         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
795         -O0, but will produce successful assembly more often if
796         branch offset sizes are not specified.
797         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
798         are optimized, unless the long form is specified.
800 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
801         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
802         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
803         The number specifies the maximum number of passes.  The more
804         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
806 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
807         to do unlimited passes.
809 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
810 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
813 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
815 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
816 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
818 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
820 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
821 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
822 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
823 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
824 Note that you lose the ability to override the default address type for
825 the instruction.
827 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
828 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
829 \c{include}, \c{local})
831 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
833 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
834 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
835 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
836 conditions are reported like errors, but come up with the word
837 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
838 generating an output file and returning a success status to the
839 operating system.
841 Some conditions are even less severe than that: they are only
842 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
843 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
844 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
845 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
846 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
847 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
849 The \i{suppressible warning} classes are:
851 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
852 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
853 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
854 you might want to disable it.
856 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
857 warning class is enabled by default.
859 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
860 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
861 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
862 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
864 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
865 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
866 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
867 enabled by default.
869 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
870 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
871 This warning class is enabled by default.
873 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
874 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
875 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
876 brackets) exists. 
879 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
881 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
882 and the date on which it was compiled.
884 You will need the version number if you report a bug.
886 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
888 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
889 debug info formats for the given output format. The default format 
890 is indicated by an asterisk. For example:
892 \c nasm -f elf -y
894 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
895 \c   ('*' denotes default):
896 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
897 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
900 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
902 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
903 (respectively) the given argument to all \c{global} or
904 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
905 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
906 (but not always) likes it.
909 \S{nasmenv} The \c{NASMENV} \i{Environment} Variable
911 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
912 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
913 processed before the real command line. You can use this to define
914 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
915 options in the \c{NASMENV} variable.
917 The value of the variable is split up at white space, so that the
918 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
919 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
920 what you might want, because it will be split at the space and the
921 NASM command-line processing will get confused by the two
922 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
924 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
925 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
926 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
927 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
928 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
929 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
931 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
932 changed with version 0.98.31.
935 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
937 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
938 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
939 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
940 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
941 skipping this section.
944 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
946 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
947 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
948 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
949 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
950 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
951 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
952 will distinguish between labels differing only in case.
955 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
957 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
958 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
959 practical, for the user to look at a single line of NASM code
960 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
961 if you declare, for example,
963 \c foo     equ     1
964 \c bar     dw      2
966 then the two lines of code
968 \c         mov     ax,foo
969 \c         mov     ax,bar
971 generate completely different opcodes, despite having
972 identical-looking syntaxes.
974 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
975 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
976 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
977 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
978 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
979 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
980 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
981 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
983 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
984 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
985 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
986 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
987 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
988 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
990 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
991 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
992 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
993 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
994 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
995 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
996 \e{everything} is a label.
998 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
999 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1000 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1001 portion outside square brackets and another portion inside. The
1002 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1003 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1006 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1008 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1009 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1010 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1011 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1012 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1013 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1014 \c{mov word [var],2}.
1016 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1017 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1018 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1019 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1020 the strings being manipulated.
1023 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1025 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1026 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1027 choose to put in your segment registers, and will never
1028 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1031 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1033 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1034 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1035 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1036 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1037 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1038 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1039 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1040 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1041 track of which external variable definitions are far and which are
1042 near.
1045 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1047 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1048 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1049 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1050 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1052 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1053 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1054 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1055 on a misunderstanding by the authors.
1058 \S{qsother} Other Differences
1060 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1061 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1063 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1064 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1065 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1066 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1067 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1068 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1069 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1071 In addition to all of this, macros and directives work completely
1072 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1073 details.
1076 \C{lang} The NASM Language
1078 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1080 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1081 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1082 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1084 \c label:    instruction operands        ; comment
1086 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1087 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1088 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1089 presence and nature of the instruction field.
1091 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1092 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1093 backslash-ended line.
1095 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1096 have white space before them, or instructions may have no space
1097 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1098 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1099 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1100 valid source line which does nothing but define a label. Running
1101 NASM with the command-line option
1102 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1103 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1105 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1106 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1107 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1108 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1109 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1110 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1111 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1112 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1113 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1114 an identifier is 4095 characters.
1116 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1117 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1118 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1119 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1120 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1121 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1122 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1123 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1124 override}segment register as an instruction prefix: coding
1125 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1126 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1127 syntactic features of the language, but for instructions such as
1128 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1129 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1130 \c{es lodsb}.
1132 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1133 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1134 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1136 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1137 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1139 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1140 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1141 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1142 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1143 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1144 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1146 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1147 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1148 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1149 \# Details of
1150 \# all forms of each supported instruction are given in
1151 \# \k{iref}.
1152 For example, you can code:
1154 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1155 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1157 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1158 \c         fadd    to st1          ; so does this
1160 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1161 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1162 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1165 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1167 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1168 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1169 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1170 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1171 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1172 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1173 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1174 prefix.
1177 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1179 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1180 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1181 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1182 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1184 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1185 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1186 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1187 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1188 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1189 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1190 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1191 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1192 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1193 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1194 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1195 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1196 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1198 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1201 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1203 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1204 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1205 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1206 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1207 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1208 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1209 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1210 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1211 expression}: see \k{crit}.
1213 For example:
1215 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1216 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1217 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1218 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1220 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1222 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1223 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1224 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1225 directly into a game executable file. It can be called in one of
1226 these three ways:
1228 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1229 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1230 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1231 \c                                    ; actually include at most 512
1234 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1236 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1237 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1238 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1239 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1240 example,
1242 \c message         db      'hello, world'
1243 \c msglen          equ     $-message
1245 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1246 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1247 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1248 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1249 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1250 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1251 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1252 (\k{crit}).
1255 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1257 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1258 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1259 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1260 code
1262 \c zerobuf:        times 64 db 0
1264 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1265 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1266 \e{expression}, so you can do things like
1268 \c buffer: db      'hello, world'
1269 \c         times 64-$+buffer db ' '
1271 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1272 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1273 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1275 \c         times 100 movsb
1277 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1278 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1279 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1281 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1282 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1284 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1285 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1286 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1287 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1288 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1291 \H{effaddr} Effective Addresses
1293 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1294 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1295 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1296 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1297 example:
1299 \c wordvar dw      123
1300 \c         mov     ax,[wordvar]
1301 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1302 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1304 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1305 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1307 More complicated effective addresses, such as those involving more
1308 than one register, work in exactly the same way:
1310 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1311 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1313 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1314 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1315 all right:
1317 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1318 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1320 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1321 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1322 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1323 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1324 generate the latter on the grounds that the former requires four
1325 bytes to store a zero offset.
1327 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1328 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1329 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1330 default segment registers.
1332 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1333 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1334 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1335 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1336 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1337 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1338 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1339 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1340 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1341 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1342 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1344 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1345 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1346 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1347 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1348 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1349 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1350 the offset to be lost.
1352 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1353 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1354 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1355 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1356 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1357 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1359 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1360 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1361 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1362 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1365 \H{const} \i{Constants}
1367 NASM understands four different types of constant: numeric,
1368 character, string and floating-point.
1371 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1373 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1374 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1375 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1376 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1377 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1378 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1379 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1380 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1382 Some examples:
1384 \c         mov     ax,100          ; decimal
1385 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1386 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1387 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1388 \c         mov     ax,777q         ; octal
1389 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1390 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1393 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1395 A character constant consists of up to four characters enclosed in
1396 either single or double quotes. The type of quote makes no
1397 difference to NASM, except of course that surrounding the constant
1398 with single quotes allows double quotes to appear within it and vice
1399 versa.
1401 A character constant with more than one character will be arranged
1402 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1404 \c           mov eax,'abcd'
1406 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1407 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1408 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1409 the sense of character constants understood by the Pentium's
1410 \i\c{CPUID} instruction.
1411 \# (see \k{insCPUID})
1414 \S{strconst} String Constants
1416 String constants are only acceptable to some pseudo-instructions,
1417 namely the \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB}
1418 family and \i\c{INCBIN}.
1420 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1421 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1422 for the conditions. So the following are equivalent:
1424 \c       db    'hello'               ; string constant
1425 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1427 And the following are also equivalent:
1429 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1430 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1431 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1433 Note that when used as operands to the \c{DB} family
1434 pseudo-instructions, quoted strings are treated as a string constants
1435 even if they are short enough to be a character constant, because
1436 otherwise \c{db 'ab'} would have the same effect as \c{db 'a'}, which
1437 would be silly. Similarly, three-character or four-character constants
1438 are treated as strings when they are operands to \c{DW}, and so forth.
1441 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1443 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1444 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1445 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1446 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1447 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1448 \i\c{__float128h__}.
1450 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1451 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1452 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1453 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1454 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1455 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1456 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1457 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1458 notation.
1460 Some examples:
1462 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1463 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1464 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1465 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1466 \c       dq    1.e10                   ; 10,000,000,000
1467 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1468 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1469 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1470 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1472 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1473 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1474 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1475 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1476 called a "\i{minifloat}."
1478 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1479 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1480 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1481 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1482 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1483 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1484 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1485 floating-point number, respectively.
1487 For example:
1489 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1491 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1492 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1494 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1496 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1497 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1498 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1499 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1500 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1501 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1502 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1503 of floating-point routines, which would significantly increase the
1504 size of the assembler for very little benefit.
1506 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1507 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1508 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1509 respectively.  These are normally used as macros:
1511 \c %define Inf __Infinity__
1512 \c %define NaN __QNaN__
1514 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1516 \H{expr} \i{Expressions}
1518 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1519 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1520 appropriate size.
1522 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1523 calculations to involve the current assembly position: the
1524 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1525 position at the beginning of the line containing the expression; so
1526 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1527 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1528 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1530 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1531 increasing order of \i{precedence}.
1534 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1536 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1537 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1538 arithmetic operator supported by NASM.
1541 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1543 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1546 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1548 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1551 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1553 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1554 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1555 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1556 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1557 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1560 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1561 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1563 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1564 subtraction.
1567 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1568 \i{Multiplication} and \i{Division}
1570 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1571 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1572 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1573 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1574 \i{signed modulo} operators respectively.
1576 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1577 operation of the signed modulo operator.
1579 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1580 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1581 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1584 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1585 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1587 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1588 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1589 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1590 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1591 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1592 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1595 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1597 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1598 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1599 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1600 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1602 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1603 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1604 the symbol makes sense. So the code
1606 \c         mov     ax,seg symbol
1607 \c         mov     es,ax
1608 \c         mov     bx,symbol
1610 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1612 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1613 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1614 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1615 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1616 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1618 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1619 \c         mov     es,ax
1620 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1622 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1623 pointer to the symbol \c{symbol}.
1625 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1626 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1627 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1628 could code either of
1630 \c         call    (seg procedure):procedure
1631 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1633 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1634 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1635 practice.)
1637 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1638 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1639 to \c{CALL} in these examples.
1641 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1642 must code
1644 \c         dw      symbol, seg symbol
1646 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1647 invent one using the macro processor.
1650 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1652 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1653 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1654 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1655 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1656 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1657 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1658 in \c{BITS 16} mode,
1660 \c         push dword 33
1662 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1664 \c         push strict dword 33
1666 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1667 21 00 00 00}.
1669 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1670 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1673 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1675 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1676 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1677 called \e{Critical Expressions}.
1679 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1680 code and data, so that the second pass, when generating all the
1681 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1682 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1683 symbol declared after the code in question. For example,
1685 \c         times (label-$) db 0
1686 \c label:  db      'Where am I?'
1688 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1689 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1690 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1691 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1692 code
1694 \c         times (label-$+1) db 0
1695 \c label:  db      'NOW where am I?'
1697 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1698 wrong!
1700 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1701 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1702 value is required to be computable in the first pass, and which must
1703 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1704 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1705 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1706 also critical expressions.
1708 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1709 the following code.
1711 \c                 mov     ax,symbol1
1712 \c symbol1         equ     symbol2
1713 \c symbol2:
1715 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1716 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1717 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1718 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1719 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1720 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1721 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1723 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1724 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1725 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1727 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1728 this code fragment.
1730 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1731 \c offset  equ     10
1733 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1734 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1735 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1736 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1737 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1738 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1739 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1740 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1741 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1742 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1743 generated in this case is not as small as it could have been. This
1744 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1745 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1746 ebx+offset]}.
1748 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1749 no longer true (see \k{opt-On}).
1751 \H{locallab} \i{Local Labels}
1753 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1754 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1755 label, which means that it is associated with the previous non-local
1756 label. So, for example:
1758 \c label1  ; some code
1760 \c .loop
1761 \c         ; some more code
1763 \c         jne     .loop
1764 \c         ret
1766 \c label2  ; some code
1768 \c .loop
1769 \c         ; some more code
1771 \c         jne     .loop
1772 \c         ret
1774 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1775 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1776 are kept separate by virtue of each being associated with the
1777 previous non-local label.
1779 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1780 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1781 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1782 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1783 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1784 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1785 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1786 to, you could write
1788 \c label3  ; some more code
1789 \c         ; and some more
1791 \c         jmp label1.loop
1793 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1794 define a label which can be referenced from anywhere but which
1795 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1796 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1797 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1798 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1799 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1800 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1801 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1802 to the local label mechanism. So you could code
1804 \c label1:                         ; a non-local label
1805 \c .local:                         ; this is really label1.local
1806 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1807 \c label2:                         ; another non-local label
1808 \c .local:                         ; this is really label2.local
1810 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1812 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1813 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1814 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1817 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1819 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1820 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1821 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1822 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1823 sign.
1825 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1826 character into a single line.  Thus:
1828 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1829 \c         THIS_VALUE
1831 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1832 sequence.
1834 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1836 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1838 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1839 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1840 things like
1842 \c %define ctrl    0x1F &
1843 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1845 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1847 which will expand to
1849 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1851 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1852 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1853 not at definition time. Thus the code
1855 \c %define a(x)    1+b(x)
1856 \c %define b(x)    2*x
1858 \c         mov     ax,a(8)
1860 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1861 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1863 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1864 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1865 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1866 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1867 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1868 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1869 \c{bar}.
1871 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1872 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1873 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1874 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1875 Hence, if you code
1877 \c %define a(x)    1+a(x)
1879 \c         mov     ax,a(3)
1881 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1882 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1883 for an example of its use.
1885 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1886 macros: if you write
1888 \c %define foo(x)   1+x
1889 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1891 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1892 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1893 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1894 you define
1896 \c %define foo bar
1898 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1899 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1900 \e{with} parameters, and vice versa.
1902 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1903 perfectly well define a macro with
1905 \c %define foo bar
1907 and then re-define it later in the same source file with
1909 \c %define foo baz
1911 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1912 according to the most recent definition. This is particularly useful
1913 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1915 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1916 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1919 \S{xdefine} Enhancing %define: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1921 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1922 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1923 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1924 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1925 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
1927 Suppose you have the following code:
1929 \c %define  isTrue  1
1930 \c %define  isFalse isTrue
1931 \c %define  isTrue  0
1933 \c val1:    db      isFalse
1935 \c %define  isTrue  1
1937 \c val2:    db      isFalse
1939 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1940 This is because, when a single-line macro is defined using
1941 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1942 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
1943 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
1944 time it is 1.
1946 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
1947 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
1948 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
1950 \c %xdefine isTrue  1
1951 \c %xdefine isFalse isTrue
1952 \c %xdefine isTrue  0
1954 \c val1:    db      isFalse
1956 \c %xdefine isTrue  1
1958 \c val2:    db      isFalse
1960 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
1961 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
1962 the time that \c{isFalse} was defined.
1965 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
1967 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
1968 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
1969 several similar macros that perform similar functions.
1971 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
1972 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
1974 As an example, consider the following:
1976 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
1978 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
1979 \c         .COM1addr       RESW    1
1980 \c         .COM2addr       RESW    1
1981 \c         ; ..and so on
1982 \c endstruc
1984 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
1985 we can end up with:
1987 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
1988 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
1990 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
1991 can be reduced in size significantly by using the following macro:
1993 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
1995 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
1997 Now the above code can be written as:
1999 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2000 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2002 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2003 in turn, reduce typing errors).
2006 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2008 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2009 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2010 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2011 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2012 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2013 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2015 For example:
2017 \c %idefine Foo mov %?,%??
2019 \c         foo
2020 \c         FOO
2022 will expand to:
2024 \c         mov foo,Foo
2025 \c         mov FOO,Foo
2027 The sequence:
2029 \c %idefine keyword $%?
2031 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2032 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2034 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2036 \S{undef} Undefining macros: \i\c{%undef}
2038 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2039 example, the following sequence:
2041 \c %define foo bar
2042 \c %undef  foo
2044 \c         mov     eax, foo
2046 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2047 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2049 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2050 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2051 \k{opt-u}.
2054 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2056 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2057 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2058 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2059 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2061 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2062 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2063 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2064 \c{%assign} directive is processed.
2066 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2067 later, so you can do things like
2069 \c %assign i i+1
2071 to increment the numeric value of a macro.
2073 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2074 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2075 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2077 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2078 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2079 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2080 involving a register).
2083 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2085 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2086 supports two simple string handling macro operators from which
2087 more complex operations can be constructed.
2090 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2092 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2093 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2094 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2095 example of the use of this would be:
2097 \c %strlen charcnt 'my string'
2099 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2100 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2101 was a literal string but it could also have been a single-line
2102 macro that expands to a string, as in the following example:
2104 \c %define sometext 'my string'
2105 \c %strlen charcnt sometext
2107 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2108 assigned the value of 9.
2111 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2113 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2114 An example of its use is probably more useful than the description:
2116 \c %substr mychar  'xyz' 1         ; equivalent to %define mychar 'x'
2117 \c %substr mychar  'xyz' 2         ; equivalent to %define mychar 'y'
2118 \c %substr mychar  'xyz' 3         ; equivalent to %define mychar 'z'
2120 In this example, mychar gets the value of 'y'. As with \c{%strlen}
2121 (see \k{strlen}), the first parameter is the single-line macro to
2122 be created and the second is the string. The third parameter
2123 specifies which character is to be selected. Note that the first
2124 index is 1, not 0 and the last index is equal to the value that
2125 \c{%strlen} would assign given the same string. Index values out
2126 of range result in an empty string.
2129 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2131 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2132 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2133 this.
2135 \c %macro  prologue 1
2137 \c         push    ebp
2138 \c         mov     ebp,esp
2139 \c         sub     esp,%1
2141 \c %endmacro
2143 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2144 invoke the macro with a call such as
2146 \c myfunc:   prologue 12
2148 which would expand to the three lines of code
2150 \c myfunc: push    ebp
2151 \c         mov     ebp,esp
2152 \c         sub     esp,12
2154 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2155 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2156 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2157 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2158 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2159 \c{%3} and so on.
2161 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2162 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2164 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2165 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2166 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2167 things like
2169 \c %macro  silly 2
2171 \c     %2: db      %1
2173 \c %endmacro
2175 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2176 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2177 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2180 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2182 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2183 defining the same macro name several times with different numbers of
2184 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2185 parameters at all. So you could define
2187 \c %macro  prologue 0
2189 \c         push    ebp
2190 \c         mov     ebp,esp
2192 \c %endmacro
2194 to define an alternative form of the function prologue which
2195 allocates no local stack space.
2197 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2198 instruction; for example, you might want to define
2200 \c %macro  push 2
2202 \c         push    %1
2203 \c         push    %2
2205 \c %endmacro
2207 so that you could code
2209 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2210 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2212 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2213 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2214 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2215 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2216 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2217 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2220 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2222 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2223 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2224 calling the same macro multiple times will use a different label
2225 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2226 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2227 flag is set by doing this:
2229 \c %macro  retz 0
2231 \c         jnz     %%skip
2232 \c         ret
2233 \c     %%skip:
2235 \c %endmacro
2237 You can call this macro as many times as you want, and every time
2238 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2239 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2240 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2241 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2242 interfering with the local label mechanism, as described in
2243 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2244 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2245 they interfere with macro-local labels.
2248 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2250 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2251 command line into one parameter definition, possibly after
2252 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2253 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2254 you might want to be able to write
2256 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2258 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2259 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2260 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2261 the last defined one along with the separating commas. So if you
2262 code:
2264 \c %macro  writefile 2+
2266 \c         jmp     %%endstr
2267 \c   %%str:        db      %2
2268 \c   %%endstr:
2269 \c         mov     dx,%%str
2270 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2271 \c         mov     bx,%1
2272 \c         mov     ah,0x40
2273 \c         int     0x21
2275 \c %endmacro
2277 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2278 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2279 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2280 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2281 \c{db}.
2283 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2284 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2285 \c{%macro} line.
2287 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2288 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2289 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2290 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2291 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2292 into account when overloading macros, and will not allow you to
2293 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2294 example).
2296 Of course, the above macro could have been implemented as a
2297 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2298 look like
2300 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2302 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2303 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2304 definition.
2306 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2309 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2311 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2312 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2313 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2315 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2317 \c         writefile 2,%1
2318 \c         mov     ax,0x4c01
2319 \c         int     0x21
2321 \c %endmacro
2323 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2324 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2325 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2326 called with no parameters, in which case it will use the default
2327 error message supplied in the macro definition.
2329 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2330 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2331 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2332 optional ones. So if a macro definition began with the line
2334 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2336 then it could be called with between one and three parameters, and
2337 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2338 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2339 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2341 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2342 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2343 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2344 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2345 parameters were really passed to the macro call.
2347 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2348 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2349 and more useful, by changing the first line of the definition to
2351 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2353 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2354 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2355 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2358 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2360 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2361 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2362 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2363 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2364 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2367 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2369 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2370 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2371 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2372 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2373 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2374 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2376 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2377 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2378 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2379 argument list reappear on the right, and vice versa.
2381 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2382 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2383 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2384 parameters are rotated to the right.
2386 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2387 restore a set of registers might work as follows:
2389 \c %macro  multipush 1-*
2391 \c   %rep  %0
2392 \c         push    %1
2393 \c   %rotate 1
2394 \c   %endrep
2396 \c %endmacro
2398 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2399 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2400 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2401 one place to the left, so that the original second argument is now
2402 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2403 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2404 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2406 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2407 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2408 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2410 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2411 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2412 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2413 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2414 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2415 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2416 order from the one in which they were pushed.
2418 This can be done by the following definition:
2420 \c %macro  multipop 1-*
2422 \c   %rep %0
2423 \c   %rotate -1
2424 \c         pop     %1
2425 \c   %endrep
2427 \c %endmacro
2429 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2430 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2431 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2432 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2433 iterated through in reverse order.
2436 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2438 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2439 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2440 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2441 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2442 something like
2444 \c %macro keytab_entry 2
2446 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2447 \c                 db      %2
2449 \c %endmacro
2451 \c keytab:
2452 \c           keytab_entry F1,128+1
2453 \c           keytab_entry F2,128+2
2454 \c           keytab_entry Return,13
2456 which would expand to
2458 \c keytab:
2459 \c keyposF1        equ     $-keytab
2460 \c                 db     128+1
2461 \c keyposF2        equ     $-keytab
2462 \c                 db      128+2
2463 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2464 \c                 db      13
2466 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2467 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2469 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2470 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2471 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2472 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2473 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2474 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2475 (literal text to be concatenated to the parameter).
2477 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2478 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2479 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2480 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2481 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2482 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2483 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2484 real names of macro-local labels means that the two usages
2485 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2486 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2489 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2491 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2492 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2493 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2494 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2495 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2496 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2497 condition code.
2499 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2500 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2501 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2502 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2504 \c %macro  retc 1
2506 \c         j%-1    %%skip
2507 \c         ret
2508 \c   %%skip:
2510 \c %endmacro
2512 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2513 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2514 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2515 \c{JPE}.
2517 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2518 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2519 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2520 because no inverse condition code exists.
2523 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2525 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2526 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2527 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2528 see which instructions in the macro expansion are generating what
2529 code; however, for some macros this clutters the listing up
2530 unnecessarily.
2532 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2533 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2534 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2535 the number of parameters, like this:
2537 \c %macro foo 1.nolist
2539 Or like this:
2541 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2543 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2545 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2546 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2547 syntax of this feature looks like this:
2549 \c %if<condition>
2550 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2551 \c %elif<condition2>
2552 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2553 \c %else
2554 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2555 \c %endif
2557 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2559 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2560 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2563 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2564 single-line macro existence}
2566 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2567 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2568 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2569 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2571 For example, when debugging a program, you might want to write code
2572 such as
2574 \c           ; perform some function
2575 \c %ifdef DEBUG
2576 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2577 \c %endif
2578 \c           ; go and do something else
2580 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2581 version of the program which produced debugging messages, and remove
2582 the option to generate the final release version of the program.
2584 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2585 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2586 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2587 \i\c{%elifndef}.
2590 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2591 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2593 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2594 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2596 For example, you may be working with a large project and not have control
2597 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2598 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2599 does exist.
2601 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2602 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2604 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2606 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2608 \c %else
2610 \c      %macro MyMacro 1-3
2612 \c              ; insert code to define the macro
2614 \c      %endmacro
2616 \c %endif
2618 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2619 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2620 conflict.
2622 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2623 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2624 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2627 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2628 stack}
2630 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2631 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2632 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2633 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2634 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2636 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2637 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2640 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2641 arbitrary numeric expressions}
2643 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2644 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2645 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2646 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2647 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2649 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2650 a critical expression (see \k{crit}).
2652 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2653 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2654 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2655 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2656 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2657 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2658 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2659 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2660 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2661 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2662 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2663 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2664 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2665 for true and 0 for false.
2667 Like most other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2668 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2670 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2671 Identity\I{testing, exact text identity}
2673 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2674 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2675 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2676 Differences in white space are not counted.
2678 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2680 For example, the following macro pushes a register or number on the
2681 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2683 \c %macro  pushparam 1
2685 \c   %ifidni %1,ip
2686 \c         call    %%label
2687 \c   %%label:
2688 \c   %else
2689 \c         push    %1
2690 \c   %endif
2692 \c %endmacro
2694 Like most other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2695 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2696 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2697 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2699 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2700 Types\I{testing, token types}
2702 Some macros will want to perform different tasks depending on
2703 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2704 example, a string output macro might want to be able to cope with
2705 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2706 string.
2708 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2709 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2710 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2711 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2712 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2714 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2715 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2717 \c %macro writefile 2-3+
2719 \c   %ifstr %2
2720 \c         jmp     %%endstr
2721 \c     %if %0 = 3
2722 \c       %%str:    db      %2,%3
2723 \c     %else
2724 \c       %%str:    db      %2
2725 \c     %endif
2726 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2727 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2728 \c   %else
2729 \c                 mov     dx,%2
2730 \c                 mov     cx,%3
2731 \c   %endif
2732 \c                 mov     bx,%1
2733 \c                 mov     ah,0x40
2734 \c                 int     0x21
2736 \c %endmacro
2738 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2739 the following two ways:
2741 \c         writefile [file], strpointer, length
2742 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2744 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2745 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2746 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2747 it itself and works out the address and length for itself.
2749 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2750 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2751 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2752 which case, all but the first two would be lumped together into
2753 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2755 \I\c{%ifnid}\I\c{%elifid}\I\c{%elifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%elifnum}
2756 \I\c{%elifnnum}\I\c{%ifnstr}\I\c{%elifstr}\I\c{%elifnstr}
2757 The usual \c{%elifXXX}, \c{%ifnXXX} and \c{%elifnXXX} versions exist
2758 for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2760 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test For A Single Token
2762 Some macros will want to do different things depending on if it is
2763 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2764 versus a multi-token sequence.
2766 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2767 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2768 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2770 For example, \c{1} will assemble the subsequent code, but \c{-1} will
2771 not (\c{-} being an operator.)
2773 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2774 variants are also provided.
2776 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test For Empty Expansion
2778 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2779 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2780 any tokens at all, whitespace excepted.
2782 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2783 variants are also provided.
2785 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2787 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2788 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2789 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2790 the right macros by means of code like this:
2792 \c %ifdef SOME_MACRO
2793 \c     ; do some setup
2794 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2795 \c     ; do some different setup
2796 \c %else
2797 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2798 \c %endif
2800 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2801 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2802 having to wait until the program crashes on being run and then not
2803 knowing what went wrong.
2806 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2808 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2809 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2810 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2811 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2813 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2814 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2815 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2816 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2818 \c %assign i 0
2819 \c %rep    64
2820 \c         inc     word [table+2*i]
2821 \c %assign i i+1
2822 \c %endrep
2824 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2825 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2826 \c{[table+126]}.
2828 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2829 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2830 terminate the loop, like this:
2832 \c fibonacci:
2833 \c %assign i 0
2834 \c %assign j 1
2835 \c %rep 100
2836 \c %if j > 65535
2837 \c     %exitrep
2838 \c %endif
2839 \c         dw j
2840 \c %assign k j+i
2841 \c %assign i j
2842 \c %assign j k
2843 \c %endrep
2845 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2847 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2848 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2849 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2850 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2851 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2852 be gradually used up and other applications to start crashing.
2855 \H{include} \i{Including Other Files}
2857 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2858 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2859 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2861 \c %include "macros.mac"
2863 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2864 file containing the \c{%include} directive.
2866 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2867 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2868 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2869 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2870 line using the \c{-i} option.
2872 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2873 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2874 the form
2876 \c %ifndef MACROS_MAC
2877 \c     %define MACROS_MAC
2878 \c     ; now define some macros
2879 \c %endif
2881 then including the file more than once will not cause errors,
2882 because the second time the file is included nothing will happen
2883 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2885 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2886 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2887 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2890 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
2892 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
2893 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
2894 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
2895 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
2896 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
2897 had defined. However, for such a macro you would also want to be
2898 able to nest these loops.
2900 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
2901 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
2902 characterized by a name. You add a new context to the stack using
2903 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
2904 define labels that are local to a particular context on the stack.
2907 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
2908 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
2910 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
2911 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
2912 which is the name of the context. For example:
2914 \c %push    foobar
2916 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
2917 have several contexts on the stack with the same name: they can
2918 still be distinguished.
2920 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
2921 context from the context stack and destroys it, along with any
2922 labels associated with it.
2925 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
2927 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
2928 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
2929 is used to define a label which is local to the context on the top
2930 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
2931 above could be implemented by means of:
2933 \c %macro repeat 0
2935 \c     %push   repeat
2936 \c     %$begin:
2938 \c %endmacro
2940 \c %macro until 1
2942 \c         j%-1    %$begin
2943 \c     %pop
2945 \c %endmacro
2947 and invoked by means of, for example,
2949 \c         mov     cx,string
2950 \c         repeat
2951 \c         add     cx,3
2952 \c         scasb
2953 \c         until   e
2955 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
2956 in \c{AL}.
2958 If you need to define, or access, labels local to the context
2959 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
2960 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
2963 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
2965 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
2966 a particular context, in just the same way:
2968 \c %define %$localmac 3
2970 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
2971 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
2972 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
2975 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
2977 If you need to change the name of the top context on the stack (in
2978 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
2979 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
2980 have the side effect of destroying all context-local labels and
2981 macros associated with the context that was just popped.
2983 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
2984 with a different name, without touching the associated macros and
2985 labels. So you could replace the destructive code
2987 \c %pop
2988 \c %push   newname
2990 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
2993 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
2995 This example makes use of almost all the context-stack features,
2996 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
2997 implement a block IF statement as a set of macros.
2999 \c %macro if 1
3001 \c     %push if
3002 \c     j%-1  %$ifnot
3004 \c %endmacro
3006 \c %macro else 0
3008 \c   %ifctx if
3009 \c         %repl   else
3010 \c         jmp     %$ifend
3011 \c         %$ifnot:
3012 \c   %else
3013 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3014 \c   %endif
3016 \c %endmacro
3018 \c %macro endif 0
3020 \c   %ifctx if
3021 \c         %$ifnot:
3022 \c         %pop
3023 \c   %elifctx      else
3024 \c         %$ifend:
3025 \c         %pop
3026 \c   %else
3027 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3028 \c   %endif
3030 \c %endmacro
3032 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3033 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3034 that the macros are issued in the right order (for example, not
3035 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3036 not.
3038 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3039 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3040 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3041 to do different things depending on whether the context on top of
3042 the stack is \c{if} or \c{else}.
3044 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3045 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3046 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3047 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3048 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3050 A sample usage of these macros might look like:
3052 \c         cmp     ax,bx
3054 \c         if ae
3055 \c                cmp     bx,cx
3057 \c                if ae
3058 \c                        mov     ax,cx
3059 \c                else
3060 \c                        mov     ax,bx
3061 \c                endif
3063 \c         else
3064 \c                cmp     ax,cx
3066 \c                if ae
3067 \c                        mov     ax,cx
3068 \c                endif
3070 \c         endif
3072 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3073 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3074 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3075 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3078 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3080 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3081 when it starts to process any source file. If you really need a
3082 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3083 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3084 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3086 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3087 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3088 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3089 described here.
3092 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3093 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3095 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3096 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3097 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3098 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3099 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3100 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3101 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3104 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3106 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3107 representing the full version number of the version of nasm being used.
3108 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3109 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3110 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3111 would be equivalent to:
3113 \c         dd      0x00622001
3117 \c         db      1,32,98,0
3119 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3120 line is used just to give an indication of the order that the separate
3121 values will be present in memory.
3124 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3126 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3127 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3129 \c         db      __NASM_VER__
3131 would expand to
3133 \c         db      "0.98.32"
3136 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3138 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3139 name and line number containing the current instruction. The macro
3140 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3141 current input file (which may change through the course of assembly
3142 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3143 numeric constant giving the current line number in the input file.
3145 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3146 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3147 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3148 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3149 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3150 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3151 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3152 here'. You could then write a macro
3154 \c %macro  notdeadyet 0
3156 \c         push    eax
3157 \c         mov     eax,__LINE__
3158 \c         call    stillhere
3159 \c         pop     eax
3161 \c %endmacro
3163 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3164 find the crash point.
3166 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3168 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3169 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3170 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3171 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3172 mode-dependent macros.
3174 \S{datetime} \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__}: Assembly date and time
3176 The \c{__DATE__} and \c{__TIME__} macros give the assembly date and
3177 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3178 respectively.)
3180 All instances of time and date macros in the same assembly session
3181 produce consistent output.
3183 \S{datetimenum} \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__}: Numeric
3184 assembly date and time
3186 The \c{__DATE_NUM__} and \c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3187 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3188 \c{HHMMSS} respectively.
3190 All instances of time and date macros in the same assembly session
3191 produce consistent output.
3193 \S{utcdatetime} \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__}: Assembly UTC date and time
3195 The \c{__DATE__} and \c{__TIME__} macros give the assembly date and
3196 time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3197 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the
3198 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3199 undefined.
3201 All instances of time and date macros in the same assembly session
3202 produce consistent output.
3204 \S{utcdatetimenum} \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__}: Numeric
3205 assembly UTC date and time
3207 The \c{__UTC_DATE_NUM__} and \c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3208 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3209 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3210 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3211 undefined.
3213 All instances of time and date macros in the same assembly session
3214 produce consistent output.
3216 \S{posixtime} \i\c{__POSIX_TIME__}: POSIX time constant
3218 The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3219 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3220 excluding any leap seconds.
3222 This is computed using UTC time if available on the host platform,
3223 otherwise it is computed using the local time as if it was UTC.
3225 All instances of time and date macros in the same assembly session
3226 produce consistent output.
3228 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3230 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3231 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3232 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3233 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3235 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3236 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3237 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3238 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3239 issued, you are defining the structure, and should define fields
3240 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3241 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3243 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3244 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3246 \c struc   mytype
3248 \c   mt_long:      resd    1
3249 \c   mt_word:      resw    1
3250 \c   mt_byte:      resb    1
3251 \c   mt_str:       resb    32
3253 \c endstruc
3255 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3256 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3257 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3258 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3260 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3261 effect of allowing structures to work with the local label
3262 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3263 more than one structure, you can define the above structure like this:
3265 \c struc mytype
3267 \c   .long:        resd    1
3268 \c   .word:        resw    1
3269 \c   .byte:        resb    1
3270 \c   .str:         resb    32
3272 \c endstruc
3274 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3275 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3277 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3278 support any form of period notation to refer to the elements of a
3279 structure once you have one (except the above local-label notation),
3280 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3281 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3282 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3283 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3286 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3287 \i{Instances of Structures}
3289 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3290 to do is to declare instances of that structure in your data
3291 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3292 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3293 you code something like this:
3295 \c mystruc:
3296 \c     istruc mytype
3298 \c         at mt_long, dd      123456
3299 \c         at mt_word, dw      1024
3300 \c         at mt_byte, db      'x'
3301 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3303 \c     iend
3305 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3306 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3307 specified structure field, and then to declare the specified data.
3308 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3309 they were specified in the structure definition.
3311 If the data to go in a structure field requires more than one source
3312 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3313 the \c{AT} line. For example:
3315 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3316 \c                     db      190,100,0
3318 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3319 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3320 line:
3322 \c         at mt_str
3323 \c                 db      'hello, world'
3324 \c                 db      13,10,0
3327 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3329 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3330 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3331 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3332 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3334 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3335 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3336 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3337 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3338 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3340 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3341 both compute the number of additional bytes required to bring the
3342 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3343 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3344 perform the alignment.
3346 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3347 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3348 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3349 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3350 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3351 except for special purposes.
3353 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3354 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3355 power of two, or if their second argument generates more than one
3356 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3357 thing.
3359 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3360 be used within structure definitions:
3362 \c struc mytype2
3364 \c   mt_byte:
3365 \c         resb 1
3366 \c         alignb 2
3367 \c   mt_word:
3368 \c         resw 1
3369 \c         alignb 4
3370 \c   mt_long:
3371 \c         resd 1
3372 \c   mt_str:
3373 \c         resb 32
3375 \c endstruc
3377 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3378 relative to the base of the structure.
3380 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3381 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3382 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3383 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3384 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3385 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3386 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3389 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3391 The following preprocessor directives provide a way to use
3392 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3394 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3396 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3398 \b\c{%local}  (see \k{local})
3401 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3403 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3404 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3405 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3407 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3408 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3409 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3410 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3412 \c some_function:
3414 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3415 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3416 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3418 \c         mov     ax,[i]
3419 \c         mov     bx,[j_ptr]
3420 \c         add     ax,[bx]
3421 \c         ret
3423 \c     %pop                       ; restore original context
3425 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3426 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3427 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3428 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3431 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3433 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3434 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3435 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3436 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3437 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3439 \c %stacksize flat
3441 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3442 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3443 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3445 \c %stacksize flat64
3447 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3448 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3449 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3451 \c %stacksize large
3453 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3454 assumes that a far form of call was used to get to this address
3455 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3457 \c %stacksize small
3459 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3460 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3461 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3462 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3463 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3464 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3465 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3466 (see \k{local}).
3469 \S{local} \i\c{%local} Directive
3471 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3472 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3473 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3474 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3475 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3476 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3477 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3478 instruction.
3479 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3480 An example of its use is the following:
3482 \c silly_swap:
3484 \c     %push mycontext             ; save the current context
3485 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3486 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3487 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3489 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3490 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3491 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3492 \c         mov     ax,bx
3493 \c         mov     dx,cx
3494 \c         mov     bx,[old_ax]
3495 \c         mov     cx,[old_dx]
3496 \c         leave                   ; restore old bp
3497 \c         ret                     ;
3499 \c     %pop                        ; restore original context
3501 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3502 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3503 current context before the \c{%local} directive may be used.
3504 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3505 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3506 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3507 as shown in the example.
3509 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3511 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3512 information from external sources. Currently they include:
3514 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3515 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3517 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3518 C language preprocessor (see \k{line}).
3520 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3521 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3523 \S{line} \i\c{%line} Directive
3525 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3526 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3527 this other file would be an original source file, with the current
3528 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3529 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3530 number of the original source file, instead of the file that is being
3531 read by NASM.
3533 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3534 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3535 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3537 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3539 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3540 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3541 which specifies a line increment value; each line of the input file
3542 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3543 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3544 specifies the file name of the original source file.
3546 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3547 all file name and line numbers relative to the values specified
3548 therein.
3551 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3553 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3554 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3555 to store the contents of an environment variable into a string, which
3556 could be used at some other point in your code.
3558 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3559 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3560 could do that as follows:
3562 \c %define FOO    %!FOO
3563 \c %define quote   '
3565 \c tmpstr  db      quote FOO quote
3567 At the time of writing, this will generate an "unterminated string"
3568 warning at the time of defining "quote", and it will add a space
3569 before and after the string that is read in. I was unable to find
3570 a simple workaround (although a workaround can be created using a
3571 multi-line macro), so I believe that you will need to either learn how
3572 to create more complex macros, or allow for the extra spaces if you
3573 make use of this feature in that way.
3576 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3578 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3579 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3580 directives. These are described in this chapter.
3582 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3583 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3584 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3585 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3586 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3587 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3589 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3590 directives are not.
3592 In addition to the universal directives described in this chapter,
3593 each object file format can optionally supply extra directives in
3594 order to control particular features of that file format. These
3595 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3596 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3599 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3601 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3602 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3603 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3604 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3606 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3607 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3608 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3609 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3610 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3611 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3612 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3613 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3615 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3616 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3617 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3618 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3619 device drivers and boot loader software.
3621 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3622 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3623 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3624 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3626 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3627 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3628 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3629 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3630 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3631 need an 0x67.
3633 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3634 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3635 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3637 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3638 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3639 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3640 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3641 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3642 necessary.
3644 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3645 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3646 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3647 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3648 REX prefix is used.
3650 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3651 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3652 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3654 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3656 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3658 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3659 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3662 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3664 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3665 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3666 specify most features directly.  However, this is occationally
3667 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3668 to use.
3670 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3671 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3672 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3673 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3674 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3675 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3677 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3678 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3679 other special functions in 64-bit mode, and generating
3680 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3682 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3684 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3685 Sections}
3687 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3688 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3689 which section of the output file the code you write will be
3690 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3691 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3692 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3693 define a new section, if you try to switch to a section that does
3694 not (yet) exist.
3696 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3697 \k{multisec}, all support
3698 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3699 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3700 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3701 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3702 name that has one.
3705 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3707 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3708 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3709 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3710 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3711 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3712 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3713 it. So the user-level directive
3715 \c         SECTION .text
3717 expands to the two lines
3719 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3720 \c         [SECTION .text]
3722 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3723 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3724 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3726 \c %macro  writefile 2+
3728 \c         [section .data]
3730 \c   %%str:        db      %2
3731 \c   %%endstr:
3733 \c         __SECT__
3735 \c         mov     dx,%%str
3736 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3737 \c         mov     bx,%1
3738 \c         mov     ah,0x40
3739 \c         int     0x21
3741 \c %endmacro
3743 This form of the macro, once passed a string to output, first
3744 switches temporarily to the data section of the file, using the
3745 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3746 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3747 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3748 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3749 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3750 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3751 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3752 code in any of several separate code sections.
3755 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3757 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3758 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3759 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3760 given absolute address. The only instructions you can use in this
3761 mode are the \c{RESB} family.
3763 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3765 \c absolute 0x1A
3767 \c     kbuf_chr    resw    1
3768 \c     kbuf_free   resw    1
3769 \c     kbuf        resw    16
3771 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3772 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3773 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3775 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3776 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3778 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3779 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3781 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3782 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3783 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3784 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3786 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3788 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3790 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3791 \c setup:
3792 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3794 \c absolute setup
3796 \c runtimevar1     resw    1
3797 \c runtimevar2     resd    20
3799 \c tsr_end:
3801 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3802 after the setup has finished running, the space it took up can be
3803 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3804 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3805 needs to be made resident.
3808 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3810 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3811 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3812 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3813 defined in some other module and needs to be referred to by this
3814 one. Not every object-file format can support external variables:
3815 the \c{bin} format cannot.
3817 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3818 argument is the name of a symbol:
3820 \c extern  _printf
3821 \c extern  _sscanf,_fscanf
3823 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3824 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3825 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3826 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3827 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3828 by means of the directive
3830 \c extern  _variable:wrt dgroup
3832 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3833 only in that it can take only one argument at a time: the support
3834 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3836 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3837 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3838 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3841 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3843 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3844 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3845 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3846 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3847 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3849 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3850 the definition of the symbol.
3852 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3853 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3854 \c{GLOBAL} directive. For example:
3856 \c global _main
3857 \c _main:
3858 \c         ; some code
3860 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3861 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3862 example, lets you specify whether global data items are functions or
3863 data:
3865 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3867 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3868 user-level form only in that it can take only one argument at a
3869 time.
3872 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
3874 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
3875 A common variable is much like a global variable declared in the
3876 uninitialized data section, so that
3878 \c common  intvar  4
3880 is similar in function to
3882 \c global  intvar
3883 \c section .bss
3885 \c intvar  resd    1
3887 The difference is that if more than one module defines the same
3888 common variable, then at link time those variables will be
3889 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
3890 at the same piece of memory.
3892 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
3893 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
3894 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
3895 specify the alignment requirements of a common variable:
3897 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
3898 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
3900 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
3901 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
3902 only one argument at a time.
3905 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
3907 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
3908 are available on the specified CPU.
3910 Options are:
3912 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
3914 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
3916 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
3918 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
3920 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
3922 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
3924 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
3926 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
3928 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
3930 \b\c{CPU P2}            Same as 686
3932 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
3934 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
3936 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
3938 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
3940 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
3942 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
3944 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
3946 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
3947 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
3948 instructions are available.
3951 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
3953 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
3954 denormals are supported.  The following options can be set to alter
3955 this behaviour:
3957 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
3959 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
3961 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
3963 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
3965 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
3967 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
3969 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
3971 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
3972 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
3973 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
3975 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
3976 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
3979 \C{outfmt} \i{Output Formats}
3981 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
3982 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
3983 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
3984 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
3985 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
3986 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
3988 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
3989 output file based on the input file name and the chosen output
3990 format. This will be generated by removing the \i{extension}
3991 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
3992 name, and substituting an extension defined by the output format.
3993 The extensions are given with each format below.
3996 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
3998 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
3999 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4000 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4001 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4002 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4003 development.
4005 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4006 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4008 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4009 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4010 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4011 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4013 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4014 leaves your file name as it is once the original extension has been
4015 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4016 into a binary file called \c{binprog}.
4019 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4021 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4022 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4023 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4024 the program begins at when it is loaded into memory.
4026 For example, the following code will generate the longword
4027 \c{0x00000104}:
4029 \c         org     0x100
4030 \c         dd      label
4031 \c label:
4033 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4034 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4035 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4036 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4037 offset which is added to all internal address references within the
4038 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4039 does. See \k{proborg} for further comments.
4042 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4043 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4045 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4046 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4047 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4048 end of the section-definition line. For example,
4050 \c section .data   align=16
4052 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4053 aligned on a 16-byte boundary.
4055 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4056 section start address must be forced to zero. The alignment value
4057 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4058 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4061 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4063 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4064 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4066 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4067 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4068 of course).
4070 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4071 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4072 \i\c{start=}.
4074 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4075 for the calculation of all memory references within that section 
4076 with \i\c{vstart=}.
4078 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4079 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4080 start address.
4082 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4083 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4084 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4086 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4087 is directed by default into the \c{.text} section.
4089 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4090 by default.
4092 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4093 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4094 has been specified.
4096 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4097 alignment has been specified.
4099 \b Sections may not overlap.
4101 \b Nasm creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4102 which may be used in your code.
4104 \S{map}\i{Map files}
4106 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4107 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4108 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4109 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4110 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4111 brackets must be used.
4114 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4116 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4117 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4118 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4119 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4121 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4123 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4124 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4125 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4126 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4127 file format.
4129 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4130 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4131 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4133 If your source file contains code before specifying an explicit
4134 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4135 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4137 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4138 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4139 address of the segment. So, for example:
4141 \c segment data
4143 \c dvar:   dw      1234
4145 \c segment code
4147 \c function:
4148 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4149 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4150 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4151 \c         ret
4153 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4154 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4155 like
4157 \c extern  foo
4159 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4160 \c       mov   ds,ax
4161 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4162 \c       mov   es,ax
4163 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4164 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4167 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4168 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4170 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4171 directive to allow you to specify various properties of the segment
4172 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4173 end of the segment-definition line. For example,
4175 \c segment code private align=16
4177 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4178 segment, and requires that the portion of it described in this code
4179 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4181 The available qualifiers are:
4183 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4184 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4185 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4186 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4187 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4188 than stuck end-to-end.
4190 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4191 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4192 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4193 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4194 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4195 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4196 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4197 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4198 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4200 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4201 indicates to the linker that segments of the same class should be
4202 placed near each other in the output file. The class name can be any
4203 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4205 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4206 as an argument, and provides overlay information to an
4207 overlay-capable linker.
4209 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4210 the effect of recording the choice in the object file and also
4211 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4212 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4214 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4215 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4216 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4217 defines the group if it is not already defined.
4219 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4220 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4221 are currently known to make sensible use of this feature;
4222 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4223 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4224 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4226 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4227 class, no overlay, and \c{USE16}.
4230 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4232 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4233 single segment register can be used to refer to all the segments in
4234 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4235 you can code
4237 \c segment data
4239 \c         ; some data
4241 \c segment bss
4243 \c         ; some uninitialized data
4245 \c group dgroup data bss
4247 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4248 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4249 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4250 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4251 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4252 segment register.
4254 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4255 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4256 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4257 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4258 base rather than the segment base.
4260 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4261 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4262 segment which is part of more than one group will default to being
4263 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4265 A group does not have to contain any segments; you can still make
4266 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4267 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4268 \c{FLAT} with no segments in it.
4271 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4273 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4274 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4275 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4276 segment, group and symbol names that are written to the object file
4277 to be forced to upper case just before being written. Within a
4278 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4279 be written entirely in upper case if desired.
4281 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4284 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4285 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4287 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4288 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4289 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4290 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4292 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4293 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4294 wish to import and the name of the library you wish to import it
4295 from. For example:
4297 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4299 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4300 known in the library you are importing it from, in case this is not
4301 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4302 once you have imported it. For example:
4304 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4307 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4308 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4310 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4311 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4312 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4313 using the \c{EXPORT} directive.
4315 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4316 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4317 optional second parameter (separated by white space from the first)
4318 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4319 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4320 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4321 off.
4323 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4324 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4325 space. If further parameters are given, the external name must also
4326 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4327 available attributes are:
4329 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4330 resident by the system loader. This is an optimisation for
4331 frequently used symbols imported by name.
4333 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4334 does not make use of any initialized data.
4336 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4337 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4338 between 32-bit and 16-bit segments.
4340 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4341 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4342 the desired number.
4344 For example:
4346 \c     export  myfunc
4347 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4348 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4349 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4352 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4353 Point}
4355 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4356 define the program entry point, where execution will begin when the
4357 program is run. If the object file that defines the entry point is
4358 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4359 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4360 begin.
4363 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4364 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4366 If you declare an external symbol with the directive
4368 \c     extern  foo
4370 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4371 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4372 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4373 \c{foo} you will usually need to do something like
4375 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4376 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4377 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4379 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4380 is going to be accessible from a given segment or group, say
4381 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4382 simply code
4384 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4386 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4387 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4388 alternative form
4390 \c     extern  foo:wrt dgroup
4392 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4393 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4394 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4395 \c{foo wrt dgroup}.
4397 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4398 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4399 your program. It can also be applied to common variables: see
4400 \k{objcommon}.
4403 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4404 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4406 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4407 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4408 specify which your variables should be by the use of the syntax
4410 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4411 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4413 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4414 OMF specification says that they are declared as a number of
4415 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4416 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4417 five-byte elements or one ten-byte element.
4419 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4420 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4421 the variable size, to match when resolving common variables declared
4422 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4423 the element size on your far common variables. This is done by the
4424 following syntax:
4426 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4427 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4429 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4430 keyword is not required when an element size is specified, since
4431 only far commons may have element sizes at all. So the above
4432 declarations could equivalently be
4434 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4435 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4437 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4438 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4439 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4441 \c common  foo     10:wrt dgroup
4442 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4443 \c common  baz     24:wrt data:6
4446 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4448 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4449 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4450 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4451 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4453 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4455 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4456 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4457 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4458 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4459 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4460 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4461 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4462 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4465 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4466 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4468 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4469 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4470 and properties of sections you declare. Section types and properties
4471 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4472 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4473 these qualifiers.
4475 The available qualifiers are:
4477 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4478 code section. This marks the section as readable and executable, but
4479 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4480 section is code.
4482 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4483 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4484 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4485 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4487 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4488 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4489 constants in it.
4491 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4492 which is not included in the executable file by the linker, but may
4493 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4494 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4495 linker to interpret the contents of the section as command-line
4496 options.
4498 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4499 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4500 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4501 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4502 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4503 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4504 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4505 for data (and BSS) sections.
4506 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4507 alignment), though the value does not matter.
4509 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4510 qualifiers are:
4512 \c section .text    code  align=16
4513 \c section .data    data  align=4
4514 \c section .rdata   rdata align=8
4515 \c section .bss     bss   align=4
4517 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4519 \S{win32safeseh} \c{win32}: safe structured exception handling
4521 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4522 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4523 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4524 designated read-only table and have alleged entry point verified
4525 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4526 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4527 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4528 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4529 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4530 will not be performed for application in question. Table omission is by
4531 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4532 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4533 \c{/safeseh} command line option.
4535 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4536 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4537 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4539 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4541 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4543 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4544 line to source code:
4546 \c $@feat.00 equ 1
4548 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4549 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4550 developer would choose to assign another value in source file, it would
4551 still be perfectly possible.
4553 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4554 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4555 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4556 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4557 table." Its typical use would be:
4559 \c section .text
4560 \c extern  _MessageBoxA@16
4561 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4562 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4563 \c %endif
4564 \c handler:
4565 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4566 \c         push    DWORD caption
4567 \c         push    DWORD text
4568 \c         push    DWORD 0
4569 \c         call    _MessageBoxA@16
4570 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4571 \c                         ; for exception handler
4572 \c         ret
4573 \c global  _main
4574 \c _main:
4575 \c         push    DWORD handler
4576 \c         push    DWORD [fs:0]
4577 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4578 \c         xor     eax,eax
4579 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4580 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4581 \c         add     esp,4
4582 \c         ret
4583 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4584 \c caption:db      'SEGV',0
4585 \c 
4586 \c section .drectve info
4587 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4589 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4590 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4591 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4592 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4593 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4594 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4595 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4596 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4597 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4598 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4599 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4600 no notification is provided and user is left with no clue on what
4601 caused application failure.
4603 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4604 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4605 data for "safe exception handler table" causes no backward
4606 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4607 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4610 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4612 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4613 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4614 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4615 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4616 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4618 \S{win64pic} \c{win64}: writing position-independent code
4620 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4621 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4622 references. Consider a switch dispatch table:
4624 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4625 \c         ...
4626 \c dsptch: dq      case0
4627 \c         dq      case1
4628 \c         ...
4630 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4631 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4632 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4633 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4634 following:
4636 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4637 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4639 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4640 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4641 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4642 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4643 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4644 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4645 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4646 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4647 But no worry, it's trivial to fix:
4649 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4650 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4651 \c         jmp     rbx
4652 \c         ...
4653 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4654 \c         dq      case1-dsptch
4655 \c         ...
4657 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4658 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4659 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4660 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4661 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4662 these image-relative references:
4664 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4665 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4666 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4667 \c         add     rbx,rax
4668 \c         jmp     rbx
4669 \c         ...
4670 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4671 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4673 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4674 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4675 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4676 become apparent in next paragraph.
4678 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4679 operand only:
4681 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4682 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4683 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4684 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4686 \S{win64seh} \c{win64}: structured exception handling
4688 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4689 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4690 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4691 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4692 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4693 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4694 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4695 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4696 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4697 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4698 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4699 top of the stack.
4701 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4702 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4703 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4704 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4705 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4706 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4707 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4708 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4709 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4710 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4711 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4712 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4713 copying caller's return address to the top of stack and this would
4714 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4715 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4716 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4717 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4718 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4719 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4720 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4721 no, no trace of failure is left.
4723 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4724 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4725 is checked for presence of reference to custom language-specific
4726 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4727 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
4728 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
4729 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
4730 information about current callee's stack frame and where non-volatile
4731 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
4732 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
4733 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
4734 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
4735 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
4736 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
4737 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
4738 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
4739 terminating the application.
4741 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
4742 facilitate generation of above mentioned detailed information about
4743 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
4744 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
4745 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
4746 leaf function:
4748 \c default rel
4749 \c section .text
4750 \c extern  MessageBoxA
4751 \c handler:
4752 \c         sub     rsp,40
4753 \c         mov     rcx,0
4754 \c         lea     rdx,[text]
4755 \c         lea     r8,[caption]
4756 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
4757 \c         call    MessageBoxA
4758 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4759 \c                         ; for exception handler
4760 \c         add     rsp,40
4761 \c         ret
4762 \c global  main
4763 \c main:
4764 \c         xor     rax,rax
4765 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
4766 \c         ret
4767 \c main_end:
4768 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4769 \c caption:db      'SEGV',0
4770 \c 
4771 \c section .pdata  rdata align=4
4772 \c         dd      main wrt ..imagebase
4773 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
4774 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
4775 \c section .xdata  rdata align=8
4776 \c xmain:  db      9,0,0,0
4777 \c         dd      handler wrt ..imagebase
4778 \c section .drectve info
4779 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4781 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
4782 start and end addresses of function" along with reference to associated
4783 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
4784 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
4785 designated exception handler. References are \e{required} to be
4786 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
4787 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
4788 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
4789 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
4790 references, not only above listed required ones, placed into these two
4791 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
4792 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
4793 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
4794 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
4796 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
4797 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
4798 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
4799 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
4800 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
4801 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
4802 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
4803 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
4804 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
4805 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
4806 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
4807 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
4808 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
4809 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
4810 unwinding procedure. Consider following example:
4812 \c function:
4813 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
4814 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
4815 \c         push    rbx
4816 \c         push    rbp
4817 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
4818 \c         sub     r11,rcx
4819 \c         and     r11,-64
4820 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
4821 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
4822 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
4823 \c magic_point:
4824 \c         ...
4825 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
4826 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
4827 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
4828 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
4829 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
4830 \c         ret
4832 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
4833 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
4834 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
4835 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
4836 custom language-specific exception handler would look like this:
4838 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
4839 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
4840 \c {   ULONG64 *rsp;
4841 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
4842 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
4843 \c     else
4844 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
4845 \c         context->Rbp = rsp[-3];
4846 \c         context->Rbx = rsp[-2];
4847 \c         context->R15 = rsp[-1];
4848 \c     }
4849 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
4850 \c 
4851 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
4852 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
4853 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
4854 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
4855 \c     return ExceptionContinueSearch;
4856 \c }
4858 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
4859 structure does not have to contain any information about stack frame
4860 and its layout.
4862 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4864 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4865 linking with the \i{DJGPP} linker.
4867 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4869 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
4870 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
4871 the \c{info} section type are not supported.
4873 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
4875 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
4876 linking with the \i{Mac OSX} linker.
4878 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4880 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
4881 Format} Object Files
4883 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},
4884 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
4885 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4886 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
4888 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
4890 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
4891 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
4892  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
4893  most systems which support ELF.
4895 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
4896 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
4898 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
4899 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4900 and properties of sections you declare. Section types and properties
4901 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
4902 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
4903 overridden by these qualifiers.
4905 The available qualifiers are:
4907 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
4908 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
4909 which is not, such as an informational or comment section.
4911 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
4912 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
4913 which should not.
4915 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
4916 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
4917 not.
4919 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
4920 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
4921 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
4922 contents given, such as a BSS section.
4924 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4925 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
4926 requirements of the section.
4928 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4929 qualifiers are:
4931 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
4932 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
4933 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
4934 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
4935 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
4937 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
4938 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
4941 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
4942 Symbols and \i\c{WRT}
4944 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
4945 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
4946 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
4947 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
4948 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
4950 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
4951 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
4952 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
4953 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
4954 types.
4956 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
4957 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
4958 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
4959 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
4961 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
4962 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
4963 beginning of the current section to the global offset table.
4964 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
4965 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
4966 result to get the real address of the GOT.
4968 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
4969 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
4970 the specified location, so that adding on the address of the GOT
4971 would give the real address of the location you wanted.
4973 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
4974 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
4975 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
4976 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
4977 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
4978 address of the symbol.
4980 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
4981 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
4982 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
4983 only use this in contexts which would generate a PC-relative
4984 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
4985 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
4986 entries absolutely.
4988 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
4989 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
4990 relative to the start of the section and then adding on the offset
4991 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
4992 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
4993 peculiarity of the dynamic linker.
4995 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
4996 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
4999 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5000 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5002 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5003 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5004 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5005 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5006 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5007 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5008 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5009 to specify these features.
5011 You can specify whether a global variable is a function or a data
5012 object by suffixing the name with a colon and the word
5013 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5014 \c{data}.) For example:
5016 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5018 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5019 \c{hashtable} as a data object.
5021 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5022 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5023 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5024 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5026 \c global   hashlookup:function hidden
5028 You can also specify the size of the data associated with the
5029 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5030 forward references) after the type specifier. Like this:
5032 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5034 \c hashtable:
5035 \c         db this,that,theother  ; some data here
5036 \c .end:
5038 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5039 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5041 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5042 writing shared library code. For more information, see
5043 \k{picglobal}.
5046 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5047 \I{COMMON, elf extensions to}
5049 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5050 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5051 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5052 power of two) after the name and size of the common variable,
5053 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5054 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5056 \c common  dwordarray 128:4
5058 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5059 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5062 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5063 \I{ELF, 16-bit code and}
5065 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5066 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5067 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5068 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5069 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5070 these relocations is generated.
5072 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5073 \I{ELF, Debug formats and}
5075 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5076 Line number information is generated for all executable sections, but please
5077 note that only the ".text" section is executable by default.
5079 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5081 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5082 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5083 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5084 the magic number in the first four bytes of the file is
5085 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5086 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5087 implementation does not.
5089 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5091 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5092 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5093 extensions to any standard directives. It supports only the three
5094 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5097 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5098 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5100 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5101 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5102 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5103 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5104 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5105 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5106 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5108 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5110 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5111 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5112 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5113 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5114 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5116 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5117 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5118 this.
5121 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5123 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5124 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5125 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5126 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5127 itself \c{a.out}.
5129 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5130 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5132 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5133 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5134 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5135 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5136 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5139 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5140 Format}
5142 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5143 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5144 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5145 format the internal structure of the assembler.
5147 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5148 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5149 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5150 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5152 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5153 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5154 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5155 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5156 execute an RDF executable under Linux.
5158 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5159 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5162 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5164 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5165 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5166 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5167 which is the name of the module:
5169 \c     library  mylib.rdl
5172 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5174 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5175 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5176 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5177 of current module:
5179 \c     module  mymodname
5181 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5182 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5183 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5185 \c     module  $kernel.core
5188 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5189 rdf extensions to}
5191 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5192 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5193 telling the linker do not strip it from target executable or library
5194 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5195 is a procedure (function) or data object.
5197 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5198 symbol exported:
5200 \c     global  sys_open:export
5202 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5203 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5205 \c     global  sys_open:export proc
5207 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5208 or \i\c{object} to the directive:
5210 \c     global  kernel_ticks:export data
5213 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5214 rdf extensions to}
5216 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5217 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5218 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5219 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5220 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5221 (function) or data object. For example:
5223 \c     library $libc
5224 \c     extern  _open:import
5225 \c     extern  _printf:import proc
5226 \c     extern  _errno:import data
5228 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5229 a hint as to where to find requested symbols.
5232 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5234 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5235 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5236 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5237 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5239 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5240 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5241 transactions between the main body of NASM and the output-format
5242 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5243 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5244 of the various requests the main program makes of the output driver,
5245 and in what order they happen.
5247 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5249 \c nasm -f dbg filename.asm
5251 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5252 However, this will not work well on files which were designed for a
5253 different object format, because each object format defines its own
5254 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5255 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5256 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5257 native object format selected:
5259 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5260 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5262 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5263 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5264 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5265 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5266 the final diagnostic output.
5268 This workaround will still typically not work for programs intended
5269 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5270 directives have side effects of defining the segment and group names
5271 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5272 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5273 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5274 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5276 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5277 them all to its output file.
5280 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5282 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5283 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5284 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5285 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5286 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5289 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5291 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5292 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5293 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5294 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5295 support the \c{.COM} format.
5297 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5298 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5299 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5300 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5301 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5302 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5303 Yann Guidon for contributing the code for this.
5305 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5306 future releases.
5309 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5311 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5312 by linking \c{.OBJ} files together.
5314 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5315 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5316 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5317 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5318 An LZH archiver can be found at
5319 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5320 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5321 sources) called \i{FREELINK}, available from
5322 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5323 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5324 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5325 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5326 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5328 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5329 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5330 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5331 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5332 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5333 field in the output file header; if more than one defines a start
5334 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5336 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5337 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5338 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5339 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5340 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5341 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5343 \c segment code
5345 \c ..start:
5346 \c         mov     ax,data
5347 \c         mov     ds,ax
5348 \c         mov     ax,stack
5349 \c         mov     ss,ax
5350 \c         mov     sp,stacktop
5352 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5353 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5354 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5355 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5356 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5357 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5358 execute on.
5360 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5361 beginning of this code, which means that will be the entry point
5362 into the resulting executable file.
5364 \c         mov     dx,hello
5365 \c         mov     ah,9
5366 \c         int     0x21
5368 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5369 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5370 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5371 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5373 \c         mov     ax,0x4c00
5374 \c         int     0x21
5376 This terminates the program using another DOS system call.
5378 \c segment data
5380 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5382 The data segment contains the string we want to display.
5384 \c segment stack stack
5385 \c         resb 64
5386 \c stacktop:
5388 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5389 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5390 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5391 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5392 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5393 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5394 type \c{STACK}.
5396 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5397 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5398 world' and then exit.
5401 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5403 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5404 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5405 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5406 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5407 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5408 \c{.EXE} files.
5410 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5411 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5412 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5414 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5415 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5416 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5417 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5418 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5419 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5420 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5421 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5422 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5424 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5425 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5426 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5427 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5428 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5429 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5430 explicitly issue one of your own.
5432 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5433 since this would require a relocation in the header, and things
5434 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5435 base by copying it out of \c{CS} instead.
5437 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5438 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5439 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5440 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5441 \c{EXE_stack 64}.
5443 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5444 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5445 \c{binexe.asm}.
5448 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5450 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5451 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5452 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5453 output format.
5456 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5458 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5459 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5460 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5461 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5462 like
5464 \c         org 100h
5466 \c section .text
5468 \c start:
5469 \c         ; put your code here
5471 \c section .data
5473 \c         ; put data items here
5475 \c section .bss
5477 \c         ; put uninitialized data here
5479 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5480 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5481 you want to and the code will still end up at the front of the file
5482 where it belongs.
5484 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5485 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5486 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5487 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5488 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5489 run.
5491 To assemble the above program, you should use a command line like
5493 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5495 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5496 explicit output file name were specified, so you have to override it
5497 and give the desired file name.
5500 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5502 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5503 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5504 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5505 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5506 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5507 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5508 file.
5510 If you do this, you need to take care of several things:
5512 \b The first object file containing code should start its code
5513 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5514 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5515 segment, so that the linker or converter program does not have to
5516 adjust address references within the file when generating the
5517 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5518 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5519 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5520 in MASM-compatible assemblers.
5522 \b You don't need to define a stack segment.
5524 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5525 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5526 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5527 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5530 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5532 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5533 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5534 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5535 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5536 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5537 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5538 your code segment.
5540 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5541 the various routines inside the driver which do the work. This
5542 structure should be defined at the start of the code segment, even
5543 though it is not actually code.
5545 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5546 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5547 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5548 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5551 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5553 This section covers the basics of writing assembly routines that
5554 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5555 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5556 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5559 \S{16cunder} External Symbol Names
5561 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5562 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5563 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5564 appears in the C program. So, for example, the function a C
5565 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5566 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5567 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5568 not have to worry about name clashes with C symbols.
5570 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5571 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5573 \c %macro  cglobal 1
5575 \c   global  _%1
5576 \c   %define %1 _%1
5578 \c %endmacro
5580 \c %macro  cextern 1
5582 \c   extern  _%1
5583 \c   %define %1 _%1
5585 \c %endmacro
5587 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5588 \c{%rep} construct could solve this.)
5590 If you then declare an external like this:
5592 \c cextern printf
5594 then the macro will expand it as
5596 \c extern  _printf
5597 \c %define printf _printf
5599 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5600 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5602 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5603 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5604 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5606 Also see \k{opt-pfix}.
5608 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5610 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5611 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5612 writing for. This means you have to keep track of the following
5613 things:
5615 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5616 functions are near. This means that function pointers, when stored
5617 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5618 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5619 never changes its value, and always gives the segment part of the
5620 full function address), and that functions are called using ordinary
5621 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5622 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5623 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5624 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5626 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5627 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5628 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5629 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5630 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5631 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5632 \c{CALL FAR} to call external routines.
5634 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5635 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5636 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5637 segment part of the full data item address).
5639 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5640 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5641 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5642 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5643 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5644 pointers you are passed.
5646 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5647 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5648 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5649 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5650 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5652 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5653 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5654 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5655 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5656 and global data items can both be accessed easily without changing
5657 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5658 segments. However, some memory models (though not the standard
5659 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5660 same value to be removed. Be careful about functions' local
5661 variables in this latter case.
5663 In models with a single code segment, the segment is called
5664 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5665 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5666 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5667 called \i\c{_DATA}.
5670 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5672 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5673 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5674 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5675 doing the calling and the function which gets called.
5677 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5678 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5679 argument specified to the function is pushed last).
5681 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5682 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5683 memory model.
5685 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5686 actually necessary, in functions which do not need to access their
5687 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5688 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5689 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5690 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5691 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5692 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5694 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5695 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5696 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5697 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5698 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5699 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5700 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5701 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5702 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5703 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5704 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5705 parameters in reverse order means that the function knows where to
5706 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5707 remaining ones.
5709 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5710 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5711 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5713 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5714 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5715 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5716 compiler) returned in \c{ST0}.
5718 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5719 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5720 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5721 memory model.
5723 \b When the caller regains control from the callee, the function
5724 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5725 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5726 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5727 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5728 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5729 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5730 removing.
5732 It is instructive to compare this calling convention with that for
5733 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5734 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5735 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5736 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5737 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5738 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5739 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5740 which means that a compiler can give better guarantees about
5741 sequence points without performance suffering.
5743 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5744 The following example is for small model:
5746 \c global  _myfunc
5748 \c _myfunc:
5749 \c         push    bp
5750 \c         mov     bp,sp
5751 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5752 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5754 \c         ; some more code
5756 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5757 \c         pop     bp
5758 \c         ret
5760 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5761 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5762 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5763 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5764 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5765 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5767 At the other end of the process, to call a C function from your
5768 assembly code, you would do something like this:
5770 \c extern  _printf
5772 \c       ; and then, further down...
5774 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5775 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5776 \c       call    _printf
5777 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5779 \c       ; then those data items...
5781 \c segment _DATA
5783 \c myint         dw    1234
5784 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5786 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5787 code
5789 \c     int myint = 1234;
5790 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5792 In large model, the function-call code might look more like this. In
5793 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5794 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5795 it first.
5797 \c       push    word [myint]
5798 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5799 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5800 \c       call    far _printf
5801 \c       add    sp,byte 6
5803 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5804 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5805 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5806 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5807 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5808 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5809 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5810 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5811 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5812 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5813 word of parameters.
5816 \S{16cdata} Accessing Data Items
5818 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5819 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5820 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5821 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5822 accessed from assembler as
5824 \c extern _i
5826 \c         mov ax,[_i]
5828 And to declare your own integer variable which C programs can access
5829 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5830 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5832 \c global  _j
5834 \c _j      dw      0
5836 To access a C array, you need to know the size of the components of
5837 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5838 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5839 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5840 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5841 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5842 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5843 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5845 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5846 the base of the structure to the field you are interested in. You
5847 can either do this by converting the C structure definition into a
5848 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5849 one offset and using just that.
5851 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5852 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5853 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5854 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5855 Typically, you might find that a structure like
5857 \c struct {
5858 \c     char c;
5859 \c     int i;
5860 \c } foo;
5862 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5863 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5864 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5865 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5866 out how your own compiler does it.
5869 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
5871 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5872 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
5873 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5874 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5875 the work involved in keeping track of the calling convention.
5877 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
5878 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
5880 An example of an assembly function using the macro set is given
5881 here:
5883 \c proc    _nearproc
5885 \c %$i     arg
5886 \c %$j     arg
5887 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5888 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5889 \c         add     ax,[bx]
5891 \c endproc
5893 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
5894 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
5895 integer. It returns \c{i + *j}.
5897 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
5898 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
5899 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
5900 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
5901 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
5902 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
5903 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
5905 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
5906 compact-model code) by default. You can have it generate far
5907 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
5908 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
5909 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
5910 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
5911 dependency on whether data pointers are far or not.
5913 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
5914 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
5915 many function parameters will be of type \c{int}.
5917 The large-model equivalent of the above function would look like this:
5919 \c %define FARCODE
5921 \c proc    _farproc
5923 \c %$i     arg
5924 \c %$j     arg     4
5925 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5926 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5927 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
5928 \c         add     ax,[bx]
5930 \c endproc
5932 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
5933 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
5934 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
5937 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
5939 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
5940 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
5942 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
5943 not required for Pascal.
5945 \b The memory model is always large: functions are far, data
5946 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
5947 (Actually, some functions are near, but only those functions that
5948 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
5949 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
5950 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
5951 data declared in a Pascal program goes into the default data
5952 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
5953 when control is passed to your assembly code. The only things that
5954 do not live in the default data segment are local variables (they
5955 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
5956 data \e{pointers}, however, are far.
5958 \b The function calling convention is different - described below.
5960 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
5962 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
5963 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
5964 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
5967 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
5969 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
5970 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
5971 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
5972 used to denote the function doing the calling and the function which
5973 gets called.
5975 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5976 after another, in normal order (left to right, so that the first
5977 argument specified to the function is pushed first).
5979 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
5980 control to the callee.
5982 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5983 actually necessary, in functions which do not need to access their
5984 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5985 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5986 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5987 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5988 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
5989 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
5991 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5992 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5993 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5994 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
5995 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
5996 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
5997 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
5999 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6000 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6001 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6003 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6004 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6005 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6006 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6007 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6008 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6009 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6010 places the returned string value at that location. The pointer is
6011 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6012 \c{RETF} instruction.
6014 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6015 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6016 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6017 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6018 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6019 to be removed from the stack as a side effect of the return
6020 instruction.
6022 \b When the caller regains control from the callee, the function
6023 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6024 do nothing further.
6026 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6027 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6029 \c global  myfunc
6031 \c myfunc: push    bp
6032 \c         mov     bp,sp
6033 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6034 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6035 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6037 \c         ; some more code
6039 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6040 \c         pop     bp
6041 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6043 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6044 assembly code, you would do something like this:
6046 \c extern  SomeFunc
6048 \c        ; and then, further down...
6050 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6051 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6052 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6053 \c        call   far SomeFunc
6055 This is equivalent to the Pascal code
6057 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6058 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6061 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6062 Name Restrictions
6064 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6065 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6066 reading and understanding the various information contained in a
6067 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6068 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6069 restrictions:
6071 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6072 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6074 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6075 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6077 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6078 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6080 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6081 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6084 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6086 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6087 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6088 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6089 definition ensures that functions are far (it implies
6090 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6091 generated with an operand.
6093 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6094 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6095 reverse order. For example:
6097 \c %define PASCAL
6099 \c proc    _pascalproc
6101 \c %$j     arg 4
6102 \c %$i     arg
6103 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6104 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6105 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6106 \c         add     ax,[bx]
6108 \c endproc
6110 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6111 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6112 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6113 and the contents of the pointer. The only difference between this
6114 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6115 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6116 reverse order.
6119 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6121 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6122 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6123 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6124 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6125 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6126 shared libraries.
6128 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6129 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6130 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6131 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6132 address space no matter what segment you work relative to, and that
6133 you should ignore all segment registers completely. When writing
6134 flat-model application code, you never need to use a segment
6135 override or modify any segment register, and the code-section
6136 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6137 space as the data-section addresses you access your variables by and
6138 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6139 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6140 offset part.
6143 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6145 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6146 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6147 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6150 \S{32cunder} External Symbol Names
6152 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6153 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6154 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6155 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6156 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6157 underscore on their assembly-language names.
6159 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6160 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6161 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6162 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6163 though, the leading underscore should not be used.
6165 See also \k{opt-pfix}.
6167 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6169 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6170 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6171 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6172 the function doing the calling and the function which gets called.
6174 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6175 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6176 argument specified to the function is pushed last).
6178 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6179 control to the callee.
6181 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6182 actually necessary, in functions which do not need to access their
6183 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6184 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6185 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6186 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6187 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6188 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6190 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6191 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6192 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6193 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6194 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6195 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6196 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6197 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6198 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6199 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6200 and type of the remaining ones.
6202 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6203 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6204 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6206 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6207 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6208 of the value. Floating-point results are typically returned in
6209 \c{ST0}.
6211 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6212 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6213 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6215 \b When the caller regains control from the callee, the function
6216 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6217 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6218 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6219 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6220 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6221 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6222 removing.
6224 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6225 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6226 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6227 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6228 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6229 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6230 still pushed in right-to-left order.
6232 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6234 \c global  _myfunc
6236 \c _myfunc:
6237 \c         push    ebp
6238 \c         mov     ebp,esp
6239 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6240 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6242 \c         ; some more code
6244 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6245 \c         ret
6247 At the other end of the process, to call a C function from your
6248 assembly code, you would do something like this:
6250 \c extern  _printf
6252 \c         ; and then, further down...
6254 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6255 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6256 \c         call    _printf
6257 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6259 \c         ; then those data items...
6261 \c segment _DATA
6263 \c myint       dd   1234
6264 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6266 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6268 \c     int myint = 1234;
6269 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6272 \S{32cdata} Accessing Data Items
6274 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6275 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6276 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6277 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6278 accessed from assembler as
6280 \c           extern _i
6281 \c           mov eax,[_i]
6283 And to declare your own integer variable which C programs can access
6284 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6285 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6287 \c           global _j
6288 \c _j        dd 0
6290 To access a C array, you need to know the size of the components of
6291 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6292 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6293 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6294 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6295 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6296 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6297 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6298 are also 4 bytes long.
6300 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6301 the base of the structure to the field you are interested in. You
6302 can either do this by converting the C structure definition into a
6303 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6304 one offset and using just that.
6306 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6307 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6308 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6309 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6310 Typically, you might find that a structure like
6312 \c struct {
6313 \c     char c;
6314 \c     int i;
6315 \c } foo;
6317 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6318 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6319 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6320 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6321 out how your own compiler does it.
6324 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6326 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6327 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6328 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6329 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6330 the work involved in keeping track of the calling convention.
6332 An example of an assembly function using the macro set is given
6333 here:
6335 \c proc    _proc32
6337 \c %$i     arg
6338 \c %$j     arg
6339 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6340 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6341 \c         add     eax,[ebx]
6343 \c endproc
6345 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6346 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6347 integer. It returns \c{i + *j}.
6349 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6350 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6351 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6352 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6353 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6354 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6355 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6357 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6358 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6359 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6362 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6363 Libraries}
6365 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6366 because it contains support for \i{position-independent code}
6367 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6368 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6369 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6371 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6372 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6373 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6374 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6376 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6377 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6378 of the running process. The contents of the library's code section
6379 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6381 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6382 this:
6384 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6386 Instead, the linker provides an area of memory called the
6387 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6388 constant distance from your library's code, so if you can find out
6389 where your library is loaded (which is typically done using a
6390 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6391 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6392 linker-generated entries in the GOT.
6394 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6395 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6396 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6397 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6398 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6399 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6402 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6404 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6405 external symbol:
6407 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6408 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6410 At the beginning of any function in your shared library which plans
6411 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6412 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6413 in this form:
6415 \c func:   push    ebp
6416 \c         mov     ebp,esp
6417 \c         push    ebx
6418 \c         call    .get_GOT
6419 \c .get_GOT:
6420 \c         pop     ebx
6421 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6423 \c         ; the function body comes here
6425 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6426 \c         mov     esp,ebp
6427 \c         pop     ebp
6428 \c         ret
6430 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6431 second leading underscore.)
6433 The first two lines of this function are simply the standard C
6434 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6435 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6436 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6437 libraries use this register to store the address of the GOT.
6439 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6440 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6441 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6442 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6443 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6444 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6445 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6446 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6447 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6448 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6449 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6450 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6451 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6452 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6453 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6454 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6456 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6457 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6458 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6460 \c %macro  get_GOT 0
6462 \c         call    %%getgot
6463 \c   %%getgot:
6464 \c         pop     ebx
6465 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6467 \c %endmacro
6469 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6471 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6472 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6473 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6474 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6475 way this works is like this:
6477 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6479 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6480 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6481 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6482 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6484 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6485 them, they are shared between code modules in the library, but do
6486 not get exported from the library to the program that loaded it.
6487 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6488 can access them in the same way as local variables, using the above
6489 \c{..gotoff} mechanism.
6491 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6492 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6493 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6496 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6498 If your library needs to get at an external variable (external to
6499 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6500 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6501 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6502 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6503 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6504 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6505 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6506 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6507 you would code
6509 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6511 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6512 linker, when it builds the shared library, collects together every
6513 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6514 has every necessary entry present.
6516 Common variables must also be accessed in this way.
6519 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6521 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6522 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6523 you have to give the size of the data item. This is because the
6524 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6525 entries for any exported functions, and also moves exported data
6526 items away from the library's data section in which they were
6527 declared.
6529 So to export a function to users of the library, you must use
6531 \c global  func:function           ; declare it as a function
6533 \c func:   push    ebp
6535 \c         ; etc.
6537 And to export a data item such as an array, you would have to code
6539 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6541 \c array:  resd    128
6542 \c .end:
6544 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6545 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6546 end up living in the data section of the main program, rather than
6547 in your library's data section, where you declared it. So you will
6548 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6549 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6550 effectively, it has become).
6552 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6553 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6554 sort of code:
6556 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6558 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6559 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6560 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6561 pointing at your data section instead of at the exported global
6562 which resides elsewhere.
6564 Instead of the above code, then, you must write
6566 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6568 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6569 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6570 at that address, rather than just relocating by section base.
6572 Either method will work for functions: referring to one of your
6573 functions by means of
6575 \c funcptr:        dd      my_function
6577 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6579 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6581 will give the address of the procedure linkage table for the
6582 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6583 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6586 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6588 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6589 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6590 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6591 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6592 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6593 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6594 in the main program can be transparently passed off to their real
6595 destinations.
6597 To call an external routine, you must use another special PIC
6598 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6599 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6600 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6601 ..plt}.
6604 \S{link} Generating the Library File
6606 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6607 you then generate your shared library with a command such as
6609 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6610 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6612 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6613 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6614 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6615 library file name, with a version number, into the library:
6617 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6619 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6620 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6623 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6625 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6626 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6627 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6628 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6629 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6630 one, or jumps between different-size segments.
6633 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6635 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6636 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6637 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6638 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6639 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6640 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6641 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6642 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6644 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6645 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6646 segment, so just coding, for example,
6648 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6650 will not work, since the offset part of the address will be
6651 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6652 one.
6654 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6655 generate the required instruction by coding it manually, using
6656 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6657 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6659 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6661 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6662 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6663 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6664 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6665 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6666 segment to a 32-bit one.
6668 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6669 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6671 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6673 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6674 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6675 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6678 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6679 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6681 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6682 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6683 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6684 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6685 32-bit segment, or vice versa.
6687 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6688 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6689 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6690 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6692 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6693 the address, since any effective address containing a 32-bit
6694 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6696 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6697 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6699 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6700 instruction and a register) if you already know the precise offset
6701 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6702 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6703 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6705 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6706 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6708 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6710 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6711 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6712 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6714 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6716 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6717 which controls the size of the data stored at the address, with the
6718 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6719 address itself. The two can quite easily be different:
6721 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6723 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6724 offset.
6726 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6727 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6729 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6731 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6732 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6733 offset), and calls that address.
6736 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6738 The other way you might want to access data might be using the
6739 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6740 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6741 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6742 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6744 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6745 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6746 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6747 desired address into \c{ESI} and then code
6749 \c         a32     lodsb
6751 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6752 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6753 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6754 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6756 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6757 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6758 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6759 instructions with implicit addressing:
6760 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6761 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6762 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6763 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6764 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6765 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6766 Also, the
6767 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6768 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6769 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6770 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6771 size from the code segment.
6773 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6774 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6775 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6776 give the value of the segment register being manipulated. To force
6777 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6778 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6780 \c         o16 push    ss
6781 \c         o16 push    ds
6783 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6784 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6785 one.
6787 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6788 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6791 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6793 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6794 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6795 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6796 write position-independent code for shared libraries.
6798 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6799 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6800 registers, which still add their bases.
6802 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6803 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6804 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6805 probably desirable to make that the default, using the directive
6806 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6808 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6809 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6810 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6811 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6812 Please see the ABI documentation for your platform.
6814 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6815 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6816 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6817 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6819 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6820 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6821 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6822 set to zero.
6824 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6826 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6827 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6829 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6830 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6831 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6832 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6834 This is consistent with the AMD documentation and most other
6835 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6836 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6837 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6838 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6839 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6840 the NASM source distribution.
6842 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
6844 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
6845 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
6846 immediates to 32 bits.
6848 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
6850 \c      MOV reg64,imm64
6852 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
6853 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
6854 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
6855 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
6856 immediate as \c{DWORD}:
6858 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
6859 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
6860 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
6861 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
6863 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
6865 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
6866 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
6867 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
6868 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
6869 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
6870 displacement size as \c{QWORD}:
6872 \c      default abs
6874 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
6875 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
6876 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
6878 \c      default rel
6880 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
6881 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
6882 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
6883 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
6885 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
6886 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
6888 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
6890 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
6892 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
6894 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
6895 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
6897 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
6898 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
6899 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
6900 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
6901 calls, and thus are available for use by the function without saving.
6903 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
6905 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6906 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
6907 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
6908 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
6910 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
6912 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
6914 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
6916 \c      void foo(long a, double b, int c)
6918 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
6920 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
6922 The Win64 ABI is described at:
6924 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
6926 What follows is a simplified summary.
6928 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
6929 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
6930 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
6931 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
6932 use by the function without saving.
6934 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
6936 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6937 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
6938 return is \c{XMM0} only.
6940 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
6942 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
6944 \c      void foo(long long a, double b, int c)
6946 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
6948 \C{trouble} Troubleshooting
6950 This chapter describes some of the common problems that users have
6951 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
6952 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
6953 that isn't listed here.
6956 \H{problems} Common Problems
6958 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
6960 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
6961 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
6962 deliberate design feature, connected to predictability of output:
6963 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
6964 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
6965 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
6966 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
6967 have NASM produce the more efficient code automatically enable
6968 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
6971 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
6973 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
6974 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
6975 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
6976 longer.
6978 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
6979 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
6980 type of processor the code it is generating will be run on; so it
6981 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
6982 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
6983 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
6984 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
6985 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
6986 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
6987 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
6988 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
6989 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
6992 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
6994 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
6995 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
6996 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
6997 sector, people who are used to MASM tend to code
6999 \c         ORG 0
7001 \c         ; some boot sector code
7003 \c         ORG 510
7004 \c         DW 0xAA55
7006 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7007 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7008 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7010 \c         ORG 0
7012 \c         ; some boot sector code
7014 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7015 \c         DW 0xAA55
7017 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7018 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7019 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7020 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7021 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7022 find out what's wrong with it.
7025 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7027 The other common problem with the above code is people who write the
7028 \c{TIMES} line as
7030 \c         TIMES 510-$ DB 0
7032 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7033 the difference between them is also a pure number and can happily be
7034 fed to \c{TIMES}.
7036 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7037 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7038 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7039 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7040 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7041 information back to the expression evaluator. So from the
7042 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7043 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7044 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7045 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7047 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7048 line in the form
7050 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7052 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7053 and so their difference is a pure number. This will solve the
7054 problem and generate sensible code.
7057 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7059 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7060 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7061 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7062 \i\c{bugtracker} at
7063 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7064 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7065 contacts in \k{contact}.
7067 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7068 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7069 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7070 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7071 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7072 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7073 there.
7075 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7076 information:
7078 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7079 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7081 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7082 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7083 you were using the standard distribution binaries out of the
7084 archive. If you were using a locally built executable, try to
7085 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7086 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7089 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7090 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7091 \c{NASMENV} environment variable if any.
7093 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7094 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7095 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7096 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7097 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7098 compiler, what version, and what command line or options you used.
7099 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7100 with the command-line version of the compiler.)
7102 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7103 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7104 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7105 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7106 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7107 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7108 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7109 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7110 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7111 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7112 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7113 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7114 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7116 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7117 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7118 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7119 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7120 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7121 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7122 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7123 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7124 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7125 should be 77 instead'.
7127 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7128 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7129 generates the same file, or whether the problem is related to
7130 portability issues between our development platforms and yours. We
7131 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7132 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7133 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7134 for us.
7136 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7137 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7138 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7139 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7140 differently from us.
7143 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7145                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7147 \H{ndisintro} Introduction
7150 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7151 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7152 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7153 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7154 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7156 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7157 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7158 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7159 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7160 disassembles.
7163 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7165 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7166 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7167 are on a Unix system.
7170 \H{ndisrun} Running NDISASM
7172 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7174 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7176 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7177 provided of course that you remember to specify which it is to work
7178 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7179 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7181 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7182 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7183 summary of command line options.
7186 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7188 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7189 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7190 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7191 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7192 this.
7194 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7195 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7196 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7197 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7198 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7200 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7202 \c        ndisasm -o100h filename.com
7204 will do the trick.
7207 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7209 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7210 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7211 will faithfully plough through the data section, producing machine
7212 instructions wherever it can (although most of them will look
7213 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7214 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7215 Then it will reach the code section.
7217 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7218 instruction from part of the data section, and its file position is
7219 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7220 entirely possible that another spurious instruction will get
7221 generated, starting with the final byte of the data section, and
7222 then the correct first instruction in the code section will not be
7223 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7224 ideal.
7226 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7227 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7228 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7229 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7230 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7231 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7232 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7233 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7234 the instructions in your code section.
7236 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7237 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7238 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7241 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7243 rather than
7245 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7247 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7248 to, just by repeating the \c{-s} option.
7251 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7252 \I\c{auto-sync}
7254 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7255 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7256 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7257 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7258 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7259 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7260 needed.
7262 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7263 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7264 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7265 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7267 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7268 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7269 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7270 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7271 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7272 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7273 processed, there isn't much it can do about it...)
7275 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7276 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7277 the register contains) or involves a segment address (in which case
7278 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7279 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7281 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7282 points in all the right places, and save you from having to place
7283 any sync points manually. However, it should be stressed that
7284 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7285 you may still have to place some manually.
7287 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7288 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7289 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7290 options.
7292 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7293 fluke, something in your data section should disassemble to a
7294 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7295 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7296 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7297 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7298 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7299 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7300 suppress disassembly of the data area.
7303 \S{ndisother} Other Options
7305 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7306 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7307 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7308 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7310 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7311 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7312 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7313 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7314 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7315 anyway.
7318 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7320 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7321 possible, should be sent to
7322 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7323 developer's site at
7324 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7325 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7326 new features as well.
7328 \A{inslist} \i{Instruction List}
7330 \H{inslistintro} Introduction
7332 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7333 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7334 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7335  when appropriate, one or more usage flags.
7337 \& inslist.src