NASM 2.03rc5
[nasm/avx512.git] / doc / nasmdoc.src
blob03ef92ef36858e0c03fe800601cebfe1e6ed4757
1 \#
2 \# Source code to NASM documentation
3 \#
4 \M{category}{Programming}
5 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
6 \M{year}{2008}
7 \M{author}{The NASM Development Team}
8 \M{license}{All rights reserved. This document is redistributable under the license given in the file "COPYING" distributed in the NASM archive.}
9 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
10 \M{infoname}{NASM}
11 \M{infofile}{nasm}
12 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
13 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
14 \IR{-D} \c{-D} option
15 \IR{-E} \c{-E} option
16 \IR{-F} \c{-F} option
17 \IR{-I} \c{-I} option
18 \IR{-M} \c{-M} option
19 \IR{-MD} \c{-MD} option
20 \IR{-MF} \c{-MF} option
21 \IR{-MG} \c{-MG} option
22 \IR{-MP} \c{-MP} option
23 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
24 \IR{-MT} \c{-MT} option
25 \IR{-On} \c{-On} option
26 \IR{-P} \c{-P} option
27 \IR{-U} \c{-U} option
28 \IR{-X} \c{-X} option
29 \IR{-a} \c{-a} option
30 \IR{-d} \c{-d} option
31 \IR{-e} \c{-e} option
32 \IR{-f} \c{-f} option
33 \IR{-g} \c{-g} option
34 \IR{-i} \c{-i} option
35 \IR{-l} \c{-l} option
36 \IR{-o} \c{-o} option
37 \IR{-p} \c{-p} option
38 \IR{-s} \c{-s} option
39 \IR{-u} \c{-u} option
40 \IR{-v} \c{-v} option
41 \IR{-w} \c{-w} option
42 \IR{-y} \c{-y} option
43 \IR{-Z} \c{-Z} option
44 \IR{!=} \c{!=} operator
45 \IR{$, here} \c{$}, Here token
46 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
47 \IR{$$} \c{$$} token
48 \IR{%} \c{%} operator
49 \IR{%%} \c{%%} operator
50 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
51 \IA{%-1}{%+1}
52 \IR{%0} \c{%0} parameter count
53 \IR{&} \c{&} operator
54 \IR{&&} \c{&&} operator
55 \IR{*} \c{*} operator
56 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
57 \IR{/} \c{/} operator
58 \IR{//} \c{//} operator
59 \IR{<} \c{<} operator
60 \IR{<<} \c{<<} operator
61 \IR{<=} \c{<=} operator
62 \IR{<>} \c{<>} operator
63 \IR{=} \c{=} operator
64 \IR{==} \c{==} operator
65 \IR{>} \c{>} operator
66 \IR{>=} \c{>=} operator
67 \IR{>>} \c{>>} operator
68 \IR{?} \c{?} MASM syntax
69 \IR{^} \c{^} operator
70 \IR{^^} \c{^^} operator
71 \IR{|} \c{|} operator
72 \IR{||} \c{||} operator
73 \IR{~} \c{~} operator
74 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
75 \IA{%$$}{%$}
76 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
77 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
78 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
79 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
80 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
81 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
82 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
83 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
84 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
85 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
86 variables
87 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
88 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
89 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
90 \IR{autoconf} Autoconf
91 \IR{bin} bin
92 \IR{bitwise and} bitwise AND
93 \IR{bitwise or} bitwise OR
94 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
95 \IR{block ifs} block IFs
96 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
97 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
98 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
99 \IR{bsd} BSD
100 \IR{c calling convention} C calling convention
101 \IR{c symbol names} C symbol names
102 \IA{critical expressions}{critical expression}
103 \IA{command line}{command-line}
104 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
105 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
106 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
107 \IA{character constants}{character constant}
108 \IR{common object file format} Common Object File Format
109 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
110 in \c{elf}
111 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
112 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
113 \IR{declaring structure} declaring structures
114 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
115 \IR{devpac} DevPac
116 \IR{djgpp} DJGPP
117 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
118 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
119 \IR{dos} DOS
120 \IR{dos archive} DOS archive
121 \IR{dos source archive} DOS source archive
122 \IA{effective address}{effective addresses}
123 \IA{effective-address}{effective addresses}
124 \IR{elf} ELF
125 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
126 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
127 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
128 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
129 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
130 \IR{freebsd} FreeBSD
131 \IR{freelink} FreeLink
132 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
133 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
134 convention
135 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
136 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
137 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
138 \IR{got} GOT
139 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
140 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
141 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
142 \IR{intel number formats} Intel number formats
143 \IR{linux, elf} Linux, ELF
144 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
145 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
146 \IR{logical and} logical AND
147 \IR{logical or} logical OR
148 \IR{logical xor} logical XOR
149 \IR{masm} MASM
150 \IA{memory reference}{memory references}
151 \IR{minix} Minix
152 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
153 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
154 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
155 \IR{mmx registers} MMX registers
156 \IA{modr/m}{modr/m byte}
157 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
158 \IR{ms-dos} MS-DOS
159 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
160 \IR{multipush} \c{multipush} macro
161 \IR{nan} NaN
162 \IR{nasm version} NASM version
163 \IR{netbsd} NetBSD
164 \IR{omf} OMF
165 \IR{openbsd} OpenBSD
166 \IR{operating system} operating system
167 \IR{os/2} OS/2
168 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
169 \IR{passes} passes, assembly
170 \IR{perl} Perl
171 \IR{pic} PIC
172 \IR{pharlap} PharLap
173 \IR{plt} PLT
174 \IR{plt} \c{PLT} relocations
175 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
176 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
177 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
178 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
179 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
180 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
181 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
182 Object File Format
183 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
184 \IA{repeating}{repeating code}
185 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
186 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
187 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
188 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
189 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
190 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
191 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
192 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
193 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
194 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
195 \IR{shift command} \c{shift} command
196 \IA{sib}{sib byte}
197 \IR{sib byte} SIB byte
198 \IR{solaris x86} Solaris x86
199 \IA{standard section names}{standardized section names}
200 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
201 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
202 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
203 \IR{tlink} \c{TLINK}
204 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
205 \IR{unix} Unix
206 \IA{sco unix}{unix, sco}
207 \IR{unix, sco} Unix, SCO
208 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
209 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
210 \IA{unix system v}{unix, system v}
211 \IR{unix, system v} Unix, System V
212 \IR{unixware} UnixWare
213 \IR{val} VAL
214 \IR{version number of nasm} version number of NASM
215 \IR{visual c++} Visual C++
216 \IR{www page} WWW page
217 \IR{win32} Win32
218 \IR{win32} Win64
219 \IR{windows} Windows
220 \IR{windows 95} Windows 95
221 \IR{windows nt} Windows NT
222 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
223 \# \IC{program entry point}{start point, program}
224 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
225 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
226 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
229 \C{intro} Introduction
231 \H{whatsnasm} What Is NASM?
233 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
234 for portability and modularity. It supports a range of object file
235 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
236 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
237 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
238 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
239 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
240 strong support for macros.
243 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
245 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
246 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
247 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
248 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
250 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
251 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
253 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
254 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
255 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
256 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
257 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
258 it (properly.)
260 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
261 doesn't seem to have much (or any) documentation.
263 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
264 DOS.
266 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
267 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
268 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
269 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
270 It's expensive too. And it's DOS-only.
272 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
273 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
274 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
275 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
276 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
277 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
278 Again.
281 \S{legal} License Conditions
283 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
284 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
285 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
286 Public License, LGPL.
289 \H{contact} Contact Information
291 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
292 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
293 (see below for the link).
294 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
296 NASM has a \i{WWW page} at
297 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
298 not there, google for us!
301 The original authors are \i{e\-mail}able as
302 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
303 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
304 The latter is no longer involved in the development team.
306 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
307 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
308 and to
309 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
311 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
313 Announcements are posted to
314 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
315 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
316 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
318 If you want information about NASM beta releases, and the current
319 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
320 by registering at
321 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
324 \H{install} Installation
326 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
328 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
329 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
330 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
331 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
333 The archive will contain a set of executable files: the NASM
334 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
335 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
336 RDOFF file format.
338 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
339 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
340 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
341 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
342 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
343 under other versions of Windows as well.)
345 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
346 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
347 so you can delete it if you need to save space; however, you may
348 want to keep the documentation or test programs.
350 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
351 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
352 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
353 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
354 the source archive.
356 Note that a number of files are generated from other files by Perl
357 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
358 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
359 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
360 documentation. It is possible future source distributions may not
361 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
362 platforms, including DOS and Windows, are available from
363 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
366 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
368 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
369 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
370 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
371 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
372 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
374 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
375 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
376 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
377 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
378 accordingly.
380 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
381 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
382 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
383 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
384 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
385 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
386 install the programs yourself.
388 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
389 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
390 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
391 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
394 \C{running} Running NASM
396 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
398 To assemble a file, you issue a command of the form
400 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
402 For example,
404 \c nasm -f elf myfile.asm
406 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
408 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
410 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
412 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
413 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
414 to give a listing file name, for example:
416 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
418 To get further usage instructions from NASM, try typing
420 \c nasm -h
422 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
423 are.
425 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
426 or \c{ELF}, type
428 \c file nasm
430 (in the directory in which you put the NASM binary when you
431 installed it). If it says something like
433 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
435 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
436 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
438 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
440 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
441 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
442 and are rare these days.)
444 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
445 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
446 messages.
449 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
451 NASM will normally choose the name of your output file for you;
452 precisely how it does this is dependent on the object file format.
453 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
454 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
455 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
456 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
457 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
458 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
459 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
460 the output file \c{myfile}.
462 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
463 has the same name as the input file, in which case it will give a
464 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
466 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
467 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
468 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
469 with the name you wish for the output file, either with or without
470 an intervening space. For example:
472 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
473 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
475 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
476 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
479 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
481 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
482 output file format for you itself. In the distribution versions of
483 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
484 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
485 choose what you want the default to be.
487 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
488 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
490 A complete list of the available output file formats can be given by
491 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
494 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
496 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
497 optional space) by a file name, NASM will generate a
498 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
499 code are listed on the left, and the actual source code, with
500 expansions of multi-line macros (except those which specifically
501 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
502 right. For example:
504 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
506 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
507 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
508 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
509 form" (without the brackets). This can be used to list only 
510 sections of interest, avoiding excessively long listings.
513 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
515 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
516 This can be redirected to a file for further processing. For example:
518 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
521 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
523 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
524 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
525 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
526 dependency list without a prefix.
529 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
531 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
532 output to a file, rather than to stdout.  For example:
534 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
537 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
539 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
540 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
541 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
542 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
543 updated dependencies with every assembly session.  For example:
545 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
548 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
550 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
551 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
552 specified by the \c{-o} option.
555 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
557 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
558 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
559 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
560 quotable in Make.
563 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
565 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
566 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
567 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
568 file has been removed.
571 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
573 This option is used to select the format of the debug information emitted 
574 into the output file, to be used by a debugger (or \e{will} be). Use
575 of this switch does \e{not} enable output of the selected debug info format.
576 Use \c{-g}, see \k{opt-g}, to enable output.
578 A complete list of the available debug file formats for an output format
579 can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format> -y}. (As of 2.00,
580 only "-f elf32", "-f elf64", "-f ieee", and "-f obj" provide debug information.) 
581 See \k{opt-y}.
583 This should not be confused with the "-f dbg" output format option which 
584 is not built into NASM by default. For information on how
585 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}
588 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
590 This option can be used to generate debugging information in the specified
591 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
592 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
593 If no debug information is currently implemented in the selected output 
594 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
597 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
599 This option can be used to select an error reporting format for any 
600 error messages that might be produced by NASM.
602 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
603 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
604 the default and looks like this:
606 \c filename.asm:65: error: specific error message 
608 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
609 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
610 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
611 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
612 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
614 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
615 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
617 \c filename.asm(65) : error: specific error message
619 where the only difference is that the line number is in parentheses
620 instead of being delimited by colons.  
622 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
624 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
626 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
627 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
628 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
629 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
630 example) you want to load them into an editor.
632 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
633 which causes errors to be sent to the specified files rather than
634 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
635 the errors into a file by typing
637 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
639 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
640 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
641 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
643 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
645 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
646 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
647 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
648 program, you can type:
650 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
652 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
655 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
657 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
658 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
659 search for the given file not only in the current directory, but also
660 in any directories specified on the command line by the use of the
661 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
662 library}, for example, by typing
664 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
666 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
667 optional).
669 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
670 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
671 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
672 prepended exactly as written to the name of the include file.
673 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
674 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
676 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
677 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
678 to search for the file \c{foobar.i}...)
680 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
681 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
682 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
683 \k{nasmenv}).
685 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
686 be specified as \c{-I}.
689 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
691 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
692 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
693 option. So running
695 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
697 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
698 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
700 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
701 option can also be specified as \c{-P}.
704 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
706 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
707 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
708 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
709 could code
711 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
713 as an alternative to placing the directive
715 \c %define FOO 100
717 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
718 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
719 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
720 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
721 \c{-dDEBUG}.
723 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
724 be specified as \c{-D}.
727 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
729 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
730 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
731 option specified earlier on the command lines.
733 For example, the following command line:
735 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
737 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
738 program. This is useful to override options specified at a different
739 point in a Makefile.
741 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
742 be specified as \c{-U}.
745 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
747 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
748 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
749 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
750 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
751 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
752 if the \c{-o} option is also used).
754 This option cannot be applied to programs which require the
755 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
756 which depend on the values of symbols: so code such as
758 \c %assign tablesize ($-tablestart)
760 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
762 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
763 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
764 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
766 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
768 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
769 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
770 completely and assume the compiler has already done it, to save time
771 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
772 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
773 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
776 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
778 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
779 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
780 optimally, you have to enable extra passes.
782 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
783 The syntax is:
785 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
786         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
787         Immediate operands take their long forms if a short form is
788         not specified.
790 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
791         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
792         -O0, but will produce successful assembly more often if
793         branch offset sizes are not specified.
794         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
795         are optimized, unless the long form is specified.
797 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
798         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
799         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
800         The number specifies the maximum number of passes.  The more
801         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
803 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
804         to do unlimited passes.
806 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
807 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
810 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
812 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
813 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
815 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
817 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
818 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
819 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
820 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
821 Note that you lose the ability to override the default address type for
822 the instruction.
824 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
825 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
826 \c{include}, \c{local})
828 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
830 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
831 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
832 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
833 conditions are reported like errors, but come up with the word
834 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
835 generating an output file and returning a success status to the
836 operating system.
838 Some conditions are even less severe than that: they are only
839 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
840 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
841 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
842 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
843 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
844 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
846 The \i{suppressible warning} classes are:
848 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
849 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
850 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
851 you might want to disable it.
853 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
854 warning class is enabled by default.
856 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
857 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
858 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
859 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
861 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
862 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
863 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
864 enabled by default.
866 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
867 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
868 This warning class is enabled by default.
870 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
871 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
872 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
873 brackets) exists. 
876 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
878 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
879 and the date on which it was compiled.
881 You will need the version number if you report a bug.
883 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
885 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
886 debug info formats for the given output format. The default format 
887 is indicated by an asterisk. For example:
889 \c nasm -f elf -y
891 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
892 \c   ('*' denotes default):
893 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
894 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
897 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
899 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
900 (respectively) the given argument to all \c{global} or
901 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
902 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
903 (but not always) likes it.
906 \S{nasmenv} The \c{NASMENV} \i{Environment} Variable
908 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
909 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
910 processed before the real command line. You can use this to define
911 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
912 options in the \c{NASMENV} variable.
914 The value of the variable is split up at white space, so that the
915 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
916 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
917 what you might want, because it will be split at the space and the
918 NASM command-line processing will get confused by the two
919 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
921 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
922 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
923 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
924 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
925 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
926 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
928 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
929 changed with version 0.98.31.
932 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
934 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
935 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
936 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
937 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
938 skipping this section.
941 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
943 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
944 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
945 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
946 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
947 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
948 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
949 will distinguish between labels differing only in case.
952 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
954 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
955 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
956 practical, for the user to look at a single line of NASM code
957 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
958 if you declare, for example,
960 \c foo     equ     1
961 \c bar     dw      2
963 then the two lines of code
965 \c         mov     ax,foo
966 \c         mov     ax,bar
968 generate completely different opcodes, despite having
969 identical-looking syntaxes.
971 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
972 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
973 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
974 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
975 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
976 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
977 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
978 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
980 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
981 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
982 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
983 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
984 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
985 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
987 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
988 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
989 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
990 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
991 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
992 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
993 \e{everything} is a label.
995 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
996 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
997 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
998 portion outside square brackets and another portion inside. The
999 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1000 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1003 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1005 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1006 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1007 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1008 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1009 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1010 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1011 \c{mov word [var],2}.
1013 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1014 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1015 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1016 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1017 the strings being manipulated.
1020 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1022 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1023 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1024 choose to put in your segment registers, and will never
1025 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1028 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1030 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1031 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1032 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1033 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1034 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1035 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1036 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1037 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1038 track of which external variable definitions are far and which are
1039 near.
1042 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1044 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1045 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1046 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1047 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1049 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1050 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1051 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1052 on a misunderstanding by the authors.
1055 \S{qsother} Other Differences
1057 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1058 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1060 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1061 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1062 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1063 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1064 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1065 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1066 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1068 In addition to all of this, macros and directives work completely
1069 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1070 details.
1073 \C{lang} The NASM Language
1075 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1077 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1078 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1079 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1081 \c label:    instruction operands        ; comment
1083 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1084 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1085 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1086 presence and nature of the instruction field.
1088 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1089 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1090 backslash-ended line.
1092 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1093 have white space before them, or instructions may have no space
1094 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1095 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1096 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1097 valid source line which does nothing but define a label. Running
1098 NASM with the command-line option
1099 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1100 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1102 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1103 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1104 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1105 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1106 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1107 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1108 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1109 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1110 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1111 an identifier is 4095 characters.
1113 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1114 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1115 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1116 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1117 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1118 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1119 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1120 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1121 override}segment register as an instruction prefix: coding
1122 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1123 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1124 syntactic features of the language, but for instructions such as
1125 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1126 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1127 \c{es lodsb}.
1129 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1130 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1131 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1133 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1134 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1136 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1137 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1138 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1139 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1140 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1141 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1143 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1144 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1145 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1146 \# Details of
1147 \# all forms of each supported instruction are given in
1148 \# \k{iref}.
1149 For example, you can code:
1151 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1152 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1154 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1155 \c         fadd    to st1          ; so does this
1157 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1158 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1159 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1162 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1164 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1165 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1166 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1167 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1168 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1169 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1170 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1171 prefix.
1174 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1176 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1177 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1178 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1179 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1181 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1182 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1183 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1184 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1185 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1186 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1187 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1188 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1189 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1190 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1191 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1192 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1193 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1195 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1198 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1200 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1201 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1202 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1203 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1204 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1205 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1206 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1207 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1208 expression}: see \k{crit}.
1210 For example:
1212 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1213 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1214 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1215 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1217 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1219 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1220 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1221 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1222 directly into a game executable file. It can be called in one of
1223 these three ways:
1225 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1226 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1227 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1228 \c                                    ; actually include at most 512
1230 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1231 macro version searches for the file in the include file search path
1232 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1233 overridden if desired.
1236 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1238 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1239 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1240 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1241 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1242 example,
1244 \c message         db      'hello, world'
1245 \c msglen          equ     $-message
1247 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1248 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1249 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1250 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1251 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1252 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1253 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1254 (\k{crit}).
1257 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1259 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1260 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1261 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1262 code
1264 \c zerobuf:        times 64 db 0
1266 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1267 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1268 \e{expression}, so you can do things like
1270 \c buffer: db      'hello, world'
1271 \c         times 64-$+buffer db ' '
1273 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1274 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1275 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1277 \c         times 100 movsb
1279 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1280 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1281 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1283 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1284 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1286 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1287 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1288 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1289 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1290 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1293 \H{effaddr} Effective Addresses
1295 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1296 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1297 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1298 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1299 example:
1301 \c wordvar dw      123
1302 \c         mov     ax,[wordvar]
1303 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1304 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1306 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1307 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1309 More complicated effective addresses, such as those involving more
1310 than one register, work in exactly the same way:
1312 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1313 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1315 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1316 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1317 all right:
1319 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1320 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1322 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1323 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1324 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1325 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1326 generate the latter on the grounds that the former requires four
1327 bytes to store a zero offset.
1329 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1330 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1331 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1332 default segment registers.
1334 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1335 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1336 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1337 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1338 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1339 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1340 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1341 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1342 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1343 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1344 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1346 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1347 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1348 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1349 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1350 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1351 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1352 the offset to be lost.
1354 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1355 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1356 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1357 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1358 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1359 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1361 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1362 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1363 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1364 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1367 \H{const} \i{Constants}
1369 NASM understands four different types of constant: numeric,
1370 character, string and floating-point.
1373 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1375 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1376 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1377 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1378 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1379 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1380 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1381 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1382 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1384 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1385 up long strings.
1387 Some examples:
1389 \c         mov     ax,100          ; decimal
1390 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1391 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1392 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1393 \c         mov     ax,777q         ; octal
1394 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1395 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1396 \c         mov     ax,1001_0011b   ; same binary constant
1399 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1401 A character constant consists of up to four characters enclosed in
1402 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1403 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1404 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1405 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1406 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1407 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1409 A character constant with more than one character will be arranged
1410 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1412 \c           mov eax,'abcd'
1414 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1415 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1416 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1417 the sense of character constants understood by the Pentium's
1418 \i\c{CPUID} instruction.
1419 \# (see \k{insCPUID})
1421 The following escape sequences are recognized by backquoted strings:
1423 \c       \'          single quote (')
1424 \c       \"          double quote (")
1425 \c       \`          backquote (`)
1426 \c       \\\          backslash (\)
1427 \c       \?          question mark (?)
1428 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1429 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1430 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1431 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1432 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1433 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1434 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1435 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1436 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1437 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1438 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1440 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1441 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1442 sequence.
1444 Unicode characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1445 UTF-8.  For example, the following lines are all equivalent:
1447 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1448 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1449 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1452 \S{strconst} String Constants
1454 String constants are only acceptable to some pseudo-instructions,
1455 namely the \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB}
1456 family and \i\c{INCBIN}.
1458 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1459 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1460 for the conditions. So the following are equivalent:
1462 \c       db    'hello'               ; string constant
1463 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1465 And the following are also equivalent:
1467 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1468 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1469 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1471 Note that when used as operands to the \c{DB} family
1472 pseudo-instructions, quoted strings are treated as a string constants
1473 even if they are short enough to be a character constant, because
1474 otherwise \c{db 'ab'} would have the same effect as \c{db 'a'}, which
1475 would be silly. Similarly, three-character or four-character constants
1476 are treated as strings when they are operands to \c{DW}, and so forth.
1479 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1481 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1482 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1483 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1484 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1485 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1486 \i\c{__float128h__}.
1488 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1489 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1490 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1491 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1492 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1493 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1494 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1495 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1496 notation.
1498 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1499 floating-point constants as well.
1501 Some examples:
1503 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1504 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1505 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1506 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1507 \c       dq    1.e10                   ; 10,000,000,000
1508 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1509 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1510 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1511 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1513 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1514 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1515 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1516 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1517 called a "\i{minifloat}."
1519 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1520 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1521 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1522 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1523 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1524 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1525 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1526 floating-point number, respectively.
1528 For example:
1530 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1532 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1533 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1535 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1537 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1538 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1539 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1540 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1541 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1542 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1543 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1544 of floating-point routines, which would significantly increase the
1545 size of the assembler for very little benefit.
1547 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1548 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1549 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1550 respectively.  These are normally used as macros:
1552 \c %define Inf __Infinity__
1553 \c %define NaN __QNaN__
1555 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1557 \H{expr} \i{Expressions}
1559 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1560 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1561 appropriate size.
1563 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1564 calculations to involve the current assembly position: the
1565 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1566 position at the beginning of the line containing the expression; so
1567 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1568 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1569 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1571 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1572 increasing order of \i{precedence}.
1575 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1577 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1578 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1579 arithmetic operator supported by NASM.
1582 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1584 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1587 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1589 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1592 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1594 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1595 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1596 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1597 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1598 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1601 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1602 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1604 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1605 subtraction.
1608 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1609 \i{Multiplication} and \i{Division}
1611 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1612 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1613 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1614 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1615 \i{signed modulo} operators respectively.
1617 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1618 operation of the signed modulo operator.
1620 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1621 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1622 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1625 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1626 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1628 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1629 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1630 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1631 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1632 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1633 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1636 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1638 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1639 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1640 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1641 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1643 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1644 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1645 the symbol makes sense. So the code
1647 \c         mov     ax,seg symbol
1648 \c         mov     es,ax
1649 \c         mov     bx,symbol
1651 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1653 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1654 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1655 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1656 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1657 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1659 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1660 \c         mov     es,ax
1661 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1663 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1664 pointer to the symbol \c{symbol}.
1666 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1667 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1668 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1669 could code either of
1671 \c         call    (seg procedure):procedure
1672 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1674 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1675 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1676 practice.)
1678 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1679 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1680 to \c{CALL} in these examples.
1682 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1683 must code
1685 \c         dw      symbol, seg symbol
1687 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1688 invent one using the macro processor.
1691 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1693 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1694 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1695 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1696 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1697 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1698 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1699 in \c{BITS 16} mode,
1701 \c         push dword 33
1703 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1705 \c         push strict dword 33
1707 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1708 21 00 00 00}.
1710 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1711 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1714 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1716 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1717 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1718 called \e{Critical Expressions}.
1720 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1721 code and data, so that the second pass, when generating all the
1722 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1723 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1724 symbol declared after the code in question. For example,
1726 \c         times (label-$) db 0
1727 \c label:  db      'Where am I?'
1729 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1730 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1731 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1732 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1733 code
1735 \c         times (label-$+1) db 0
1736 \c label:  db      'NOW where am I?'
1738 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1739 wrong!
1741 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1742 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1743 value is required to be computable in the first pass, and which must
1744 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1745 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1746 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1747 also critical expressions.
1749 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1750 the following code.
1752 \c                 mov     ax,symbol1
1753 \c symbol1         equ     symbol2
1754 \c symbol2:
1756 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1757 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1758 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1759 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1760 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1761 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1762 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1764 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1765 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1766 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1768 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1769 this code fragment.
1771 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1772 \c offset  equ     10
1774 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1775 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1776 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1777 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1778 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1779 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1780 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1781 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1782 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1783 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1784 generated in this case is not as small as it could have been. This
1785 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1786 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1787 ebx+offset]}.
1789 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1790 no longer true (see \k{opt-On}).
1792 \H{locallab} \i{Local Labels}
1794 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1795 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1796 label, which means that it is associated with the previous non-local
1797 label. So, for example:
1799 \c label1  ; some code
1801 \c .loop
1802 \c         ; some more code
1804 \c         jne     .loop
1805 \c         ret
1807 \c label2  ; some code
1809 \c .loop
1810 \c         ; some more code
1812 \c         jne     .loop
1813 \c         ret
1815 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1816 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1817 are kept separate by virtue of each being associated with the
1818 previous non-local label.
1820 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1821 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1822 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1823 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1824 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1825 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1826 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1827 to, you could write
1829 \c label3  ; some more code
1830 \c         ; and some more
1832 \c         jmp label1.loop
1834 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1835 define a label which can be referenced from anywhere but which
1836 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1837 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1838 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1839 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1840 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1841 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1842 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1843 to the local label mechanism. So you could code
1845 \c label1:                         ; a non-local label
1846 \c .local:                         ; this is really label1.local
1847 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1848 \c label2:                         ; another non-local label
1849 \c .local:                         ; this is really label2.local
1851 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1853 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1854 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1855 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1858 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1860 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1861 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1862 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1863 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1864 sign.
1866 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1867 character into a single line.  Thus:
1869 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1870 \c         THIS_VALUE
1872 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1873 sequence.
1875 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1877 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1879 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1880 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1881 things like
1883 \c %define ctrl    0x1F &
1884 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1886 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1888 which will expand to
1890 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1892 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1893 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1894 not at definition time. Thus the code
1896 \c %define a(x)    1+b(x)
1897 \c %define b(x)    2*x
1899 \c         mov     ax,a(8)
1901 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1902 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1904 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1905 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1906 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1907 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1908 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1909 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1910 \c{bar}.
1912 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1913 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1914 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1915 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1916 Hence, if you code
1918 \c %define a(x)    1+a(x)
1920 \c         mov     ax,a(3)
1922 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1923 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1924 for an example of its use.
1926 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1927 macros: if you write
1929 \c %define foo(x)   1+x
1930 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1932 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1933 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1934 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1935 you define
1937 \c %define foo bar
1939 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1940 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1941 \e{with} parameters, and vice versa.
1943 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1944 perfectly well define a macro with
1946 \c %define foo bar
1948 and then re-define it later in the same source file with
1950 \c %define foo baz
1952 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1953 according to the most recent definition. This is particularly useful
1954 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1956 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1957 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1960 \S{xdefine} Enhancing %define: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1962 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1963 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1964 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1965 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1966 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
1968 Suppose you have the following code:
1970 \c %define  isTrue  1
1971 \c %define  isFalse isTrue
1972 \c %define  isTrue  0
1974 \c val1:    db      isFalse
1976 \c %define  isTrue  1
1978 \c val2:    db      isFalse
1980 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1981 This is because, when a single-line macro is defined using
1982 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1983 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
1984 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
1985 time it is 1.
1987 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
1988 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
1989 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
1991 \c %xdefine isTrue  1
1992 \c %xdefine isFalse isTrue
1993 \c %xdefine isTrue  0
1995 \c val1:    db      isFalse
1997 \c %xdefine isTrue  1
1999 \c val2:    db      isFalse
2001 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2002 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2003 the time that \c{isFalse} was defined.
2006 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2008 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2009 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2010 several similar macros that perform similar functions.
2012 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2013 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2015 As an example, consider the following:
2017 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2019 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2020 \c         .COM1addr       RESW    1
2021 \c         .COM2addr       RESW    1
2022 \c         ; ..and so on
2023 \c endstruc
2025 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2026 we can end up with:
2028 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2029 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2031 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2032 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2034 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2036 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2038 Now the above code can be written as:
2040 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2041 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2043 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2044 in turn, reduce typing errors).
2047 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2049 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2050 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2051 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2052 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2053 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2054 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2056 For example:
2058 \c %idefine Foo mov %?,%??
2060 \c         foo
2061 \c         FOO
2063 will expand to:
2065 \c         mov foo,Foo
2066 \c         mov FOO,Foo
2068 The sequence:
2070 \c %idefine keyword $%?
2072 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2073 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2075 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2077 \S{undef} Undefining macros: \i\c{%undef}
2079 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2080 example, the following sequence:
2082 \c %define foo bar
2083 \c %undef  foo
2085 \c         mov     eax, foo
2087 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2088 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2090 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2091 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2092 \k{opt-u}.
2095 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2097 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2098 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2099 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2100 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2102 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2103 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2104 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2105 \c{%assign} directive is processed.
2107 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2108 later, so you can do things like
2110 \c %assign i i+1
2112 to increment the numeric value of a macro.
2114 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2115 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2116 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2118 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2119 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2120 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2121 involving a register).
2124 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2126 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2127 supports two simple string handling macro operators from which
2128 more complex operations can be constructed.
2131 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2133 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2134 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2135 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2136 example of the use of this would be:
2138 \c %strlen charcnt 'my string'
2140 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2141 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2142 was a literal string but it could also have been a single-line
2143 macro that expands to a string, as in the following example:
2145 \c %define sometext 'my string'
2146 \c %strlen charcnt sometext
2148 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2149 assigned the value of 9.
2152 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2154 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2155 An example of its use is probably more useful than the description:
2157 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2158 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2159 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2160 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2161 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2162 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2164 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2165 single-line macro to be created and the second is the string. The
2166 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2167 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2168 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2169 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2170 values out of range result in an empty string.  A negative length
2171 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2172 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2175 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2177 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2178 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2179 this.
2181 \c %macro  prologue 1
2183 \c         push    ebp
2184 \c         mov     ebp,esp
2185 \c         sub     esp,%1
2187 \c %endmacro
2189 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2190 invoke the macro with a call such as
2192 \c myfunc:   prologue 12
2194 which would expand to the three lines of code
2196 \c myfunc: push    ebp
2197 \c         mov     ebp,esp
2198 \c         sub     esp,12
2200 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2201 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2202 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2203 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2204 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2205 \c{%3} and so on.
2207 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2208 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2210 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2211 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2212 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2213 things like
2215 \c %macro  silly 2
2217 \c     %2: db      %1
2219 \c %endmacro
2221 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2222 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2223 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2226 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2228 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2229 defining the same macro name several times with different numbers of
2230 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2231 parameters at all. So you could define
2233 \c %macro  prologue 0
2235 \c         push    ebp
2236 \c         mov     ebp,esp
2238 \c %endmacro
2240 to define an alternative form of the function prologue which
2241 allocates no local stack space.
2243 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2244 instruction; for example, you might want to define
2246 \c %macro  push 2
2248 \c         push    %1
2249 \c         push    %2
2251 \c %endmacro
2253 so that you could code
2255 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2256 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2258 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2259 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2260 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2261 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2262 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2263 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2266 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2268 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2269 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2270 calling the same macro multiple times will use a different label
2271 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2272 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2273 flag is set by doing this:
2275 \c %macro  retz 0
2277 \c         jnz     %%skip
2278 \c         ret
2279 \c     %%skip:
2281 \c %endmacro
2283 You can call this macro as many times as you want, and every time
2284 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2285 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2286 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2287 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2288 interfering with the local label mechanism, as described in
2289 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2290 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2291 they interfere with macro-local labels.
2294 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2296 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2297 command line into one parameter definition, possibly after
2298 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2299 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2300 you might want to be able to write
2302 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2304 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2305 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2306 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2307 the last defined one along with the separating commas. So if you
2308 code:
2310 \c %macro  writefile 2+
2312 \c         jmp     %%endstr
2313 \c   %%str:        db      %2
2314 \c   %%endstr:
2315 \c         mov     dx,%%str
2316 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2317 \c         mov     bx,%1
2318 \c         mov     ah,0x40
2319 \c         int     0x21
2321 \c %endmacro
2323 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2324 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2325 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2326 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2327 \c{db}.
2329 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2330 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2331 \c{%macro} line.
2333 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2334 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2335 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2336 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2337 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2338 into account when overloading macros, and will not allow you to
2339 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2340 example).
2342 Of course, the above macro could have been implemented as a
2343 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2344 look like
2346 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2348 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2349 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2350 definition.
2352 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2355 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2357 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2358 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2359 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2361 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2363 \c         writefile 2,%1
2364 \c         mov     ax,0x4c01
2365 \c         int     0x21
2367 \c %endmacro
2369 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2370 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2371 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2372 called with no parameters, in which case it will use the default
2373 error message supplied in the macro definition.
2375 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2376 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2377 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2378 optional ones. So if a macro definition began with the line
2380 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2382 then it could be called with between one and three parameters, and
2383 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2384 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2385 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2387 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2388 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2389 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2390 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2391 parameters were really passed to the macro call.
2393 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2394 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2395 and more useful, by changing the first line of the definition to
2397 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2399 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2400 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2401 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2404 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2406 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2407 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2408 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2409 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2410 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2413 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2415 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2416 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2417 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2418 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2419 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2420 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2422 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2423 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2424 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2425 argument list reappear on the right, and vice versa.
2427 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2428 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2429 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2430 parameters are rotated to the right.
2432 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2433 restore a set of registers might work as follows:
2435 \c %macro  multipush 1-*
2437 \c   %rep  %0
2438 \c         push    %1
2439 \c   %rotate 1
2440 \c   %endrep
2442 \c %endmacro
2444 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2445 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2446 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2447 one place to the left, so that the original second argument is now
2448 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2449 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2450 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2452 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2453 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2454 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2456 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2457 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2458 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2459 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2460 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2461 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2462 order from the one in which they were pushed.
2464 This can be done by the following definition:
2466 \c %macro  multipop 1-*
2468 \c   %rep %0
2469 \c   %rotate -1
2470 \c         pop     %1
2471 \c   %endrep
2473 \c %endmacro
2475 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2476 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2477 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2478 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2479 iterated through in reverse order.
2482 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2484 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2485 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2486 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2487 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2488 something like
2490 \c %macro keytab_entry 2
2492 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2493 \c                 db      %2
2495 \c %endmacro
2497 \c keytab:
2498 \c           keytab_entry F1,128+1
2499 \c           keytab_entry F2,128+2
2500 \c           keytab_entry Return,13
2502 which would expand to
2504 \c keytab:
2505 \c keyposF1        equ     $-keytab
2506 \c                 db     128+1
2507 \c keyposF2        equ     $-keytab
2508 \c                 db      128+2
2509 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2510 \c                 db      13
2512 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2513 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2515 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2516 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2517 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2518 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2519 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2520 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2521 (literal text to be concatenated to the parameter).
2523 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2524 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2525 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2526 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2527 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2528 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2529 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2530 real names of macro-local labels means that the two usages
2531 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2532 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2535 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2537 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2538 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2539 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2540 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2541 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2542 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2543 condition code.
2545 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2546 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2547 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2548 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2550 \c %macro  retc 1
2552 \c         j%-1    %%skip
2553 \c         ret
2554 \c   %%skip:
2556 \c %endmacro
2558 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2559 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2560 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2561 \c{JPE}.
2563 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2564 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2565 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2566 because no inverse condition code exists.
2569 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2571 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2572 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2573 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2574 see which instructions in the macro expansion are generating what
2575 code; however, for some macros this clutters the listing up
2576 unnecessarily.
2578 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2579 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2580 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2581 the number of parameters, like this:
2583 \c %macro foo 1.nolist
2585 Or like this:
2587 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2589 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2591 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2592 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2593 syntax of this feature looks like this:
2595 \c %if<condition>
2596 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2597 \c %elif<condition2>
2598 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2599 \c %else
2600 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2601 \c %endif
2603 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2605 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2606 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2609 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2610 single-line macro existence}
2612 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2613 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2614 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2615 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2617 For example, when debugging a program, you might want to write code
2618 such as
2620 \c           ; perform some function
2621 \c %ifdef DEBUG
2622 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2623 \c %endif
2624 \c           ; go and do something else
2626 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2627 version of the program which produced debugging messages, and remove
2628 the option to generate the final release version of the program.
2630 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2631 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2632 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2633 \i\c{%elifndef}.
2636 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2637 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2639 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2640 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2642 For example, you may be working with a large project and not have control
2643 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2644 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2645 does exist.
2647 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2648 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2650 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2652 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2654 \c %else
2656 \c      %macro MyMacro 1-3
2658 \c              ; insert code to define the macro
2660 \c      %endmacro
2662 \c %endif
2664 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2665 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2666 conflict.
2668 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2669 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2670 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2673 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2674 stack}
2676 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2677 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2678 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2679 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2680 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2682 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2683 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2686 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2687 arbitrary numeric expressions}
2689 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2690 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2691 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2692 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2693 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2695 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2696 a critical expression (see \k{crit}).
2698 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2699 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2700 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2701 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2702 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2703 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2704 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2705 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2706 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2707 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2708 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2709 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2710 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2711 for true and 0 for false.
2713 Like most other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2714 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2716 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2717 Identity\I{testing, exact text identity}
2719 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2720 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2721 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2722 Differences in white space are not counted.
2724 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2726 For example, the following macro pushes a register or number on the
2727 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2729 \c %macro  pushparam 1
2731 \c   %ifidni %1,ip
2732 \c         call    %%label
2733 \c   %%label:
2734 \c   %else
2735 \c         push    %1
2736 \c   %endif
2738 \c %endmacro
2740 Like most other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2741 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2742 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2743 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2745 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2746 Types\I{testing, token types}
2748 Some macros will want to perform different tasks depending on
2749 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2750 example, a string output macro might want to be able to cope with
2751 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2752 string.
2754 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2755 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2756 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2757 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2758 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2760 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2761 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2763 \c %macro writefile 2-3+
2765 \c   %ifstr %2
2766 \c         jmp     %%endstr
2767 \c     %if %0 = 3
2768 \c       %%str:    db      %2,%3
2769 \c     %else
2770 \c       %%str:    db      %2
2771 \c     %endif
2772 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2773 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2774 \c   %else
2775 \c                 mov     dx,%2
2776 \c                 mov     cx,%3
2777 \c   %endif
2778 \c                 mov     bx,%1
2779 \c                 mov     ah,0x40
2780 \c                 int     0x21
2782 \c %endmacro
2784 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2785 the following two ways:
2787 \c         writefile [file], strpointer, length
2788 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2790 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2791 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2792 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2793 it itself and works out the address and length for itself.
2795 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2796 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2797 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2798 which case, all but the first two would be lumped together into
2799 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2801 \I\c{%ifnid}\I\c{%elifid}\I\c{%elifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%elifnum}
2802 \I\c{%elifnnum}\I\c{%ifnstr}\I\c{%elifstr}\I\c{%elifnstr}
2803 The usual \c{%elifXXX}, \c{%ifnXXX} and \c{%elifnXXX} versions exist
2804 for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2806 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test For A Single Token
2808 Some macros will want to do different things depending on if it is
2809 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2810 versus a multi-token sequence.
2812 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2813 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2814 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2816 For example, \c{1} will assemble the subsequent code, but \c{-1} will
2817 not (\c{-} being an operator.)
2819 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2820 variants are also provided.
2822 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test For Empty Expansion
2824 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2825 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2826 any tokens at all, whitespace excepted.
2828 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2829 variants are also provided.
2831 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2833 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2834 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2835 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2836 the right macros by means of code like this:
2838 \c %ifdef SOME_MACRO
2839 \c     ; do some setup
2840 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2841 \c     ; do some different setup
2842 \c %else
2843 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2844 \c %endif
2846 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2847 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2848 having to wait until the program crashes on being run and then not
2849 knowing what went wrong.
2852 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2854 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2855 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2856 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2857 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2859 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2860 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2861 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2862 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2864 \c %assign i 0
2865 \c %rep    64
2866 \c         inc     word [table+2*i]
2867 \c %assign i i+1
2868 \c %endrep
2870 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2871 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2872 \c{[table+126]}.
2874 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2875 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2876 terminate the loop, like this:
2878 \c fibonacci:
2879 \c %assign i 0
2880 \c %assign j 1
2881 \c %rep 100
2882 \c %if j > 65535
2883 \c     %exitrep
2884 \c %endif
2885 \c         dw j
2886 \c %assign k j+i
2887 \c %assign i j
2888 \c %assign j k
2889 \c %endrep
2891 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2893 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2894 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2895 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2896 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2897 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2898 be gradually used up and other applications to start crashing.
2901 \H{files} Source Files and Dependencies
2903 These commands allow you to split your sources into multiple files.
2905 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files} 
2907 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2908 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2909 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2911 \c %include "macros.mac"
2913 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2914 file containing the \c{%include} directive.
2916 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2917 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2918 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2919 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2920 line using the \c{-i} option.
2922 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2923 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2924 the form
2926 \c %ifndef MACROS_MAC
2927 \c     %define MACROS_MAC
2928 \c     ; now define some macros
2929 \c %endif
2931 then including the file more than once will not cause errors,
2932 because the second time the file is included nothing will happen
2933 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2935 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2936 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2937 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2940 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
2942 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
2943 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
2944 be the include-path-resolved verson of the filename, if the file
2945 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
2947 For example,
2949 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
2951 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
2952 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
2955 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
2957 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
2958 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
2959 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
2961 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
2962 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
2963 \c{INCBIN} directive looks like:
2965 \c %imacro incbin 1-2+ 0
2966 \c %pathsearch dep %1
2967 \c %depend dep
2968 \c         incbin dep,%2
2969 \c %endmacro
2971 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
2972 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
2973 assembler-level \c{INCBIN} directive.
2975 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
2977 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
2978 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
2979 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
2980 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
2981 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
2982 had defined. However, for such a macro you would also want to be
2983 able to nest these loops.
2985 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
2986 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
2987 characterized by a name. You add a new context to the stack using
2988 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
2989 define labels that are local to a particular context on the stack.
2992 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
2993 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
2995 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
2996 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
2997 which is the name of the context. For example:
2999 \c %push    foobar
3001 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
3002 have several contexts on the stack with the same name: they can
3003 still be distinguished.
3005 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
3006 context from the context stack and destroys it, along with any
3007 labels associated with it.
3010 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3012 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3013 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3014 is used to define a label which is local to the context on the top
3015 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3016 above could be implemented by means of:
3018 \c %macro repeat 0
3020 \c     %push   repeat
3021 \c     %$begin:
3023 \c %endmacro
3025 \c %macro until 1
3027 \c         j%-1    %$begin
3028 \c     %pop
3030 \c %endmacro
3032 and invoked by means of, for example,
3034 \c         mov     cx,string
3035 \c         repeat
3036 \c         add     cx,3
3037 \c         scasb
3038 \c         until   e
3040 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3041 in \c{AL}.
3043 If you need to define, or access, labels local to the context
3044 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3045 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3048 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3050 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3051 a particular context, in just the same way:
3053 \c %define %$localmac 3
3055 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3056 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3057 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3060 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3062 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3063 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3064 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3065 have the side effect of destroying all context-local labels and
3066 macros associated with the context that was just popped.
3068 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3069 with a different name, without touching the associated macros and
3070 labels. So you could replace the destructive code
3072 \c %pop
3073 \c %push   newname
3075 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3078 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3080 This example makes use of almost all the context-stack features,
3081 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3082 implement a block IF statement as a set of macros.
3084 \c %macro if 1
3086 \c     %push if
3087 \c     j%-1  %$ifnot
3089 \c %endmacro
3091 \c %macro else 0
3093 \c   %ifctx if
3094 \c         %repl   else
3095 \c         jmp     %$ifend
3096 \c         %$ifnot:
3097 \c   %else
3098 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3099 \c   %endif
3101 \c %endmacro
3103 \c %macro endif 0
3105 \c   %ifctx if
3106 \c         %$ifnot:
3107 \c         %pop
3108 \c   %elifctx      else
3109 \c         %$ifend:
3110 \c         %pop
3111 \c   %else
3112 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3113 \c   %endif
3115 \c %endmacro
3117 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3118 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3119 that the macros are issued in the right order (for example, not
3120 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3121 not.
3123 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3124 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3125 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3126 to do different things depending on whether the context on top of
3127 the stack is \c{if} or \c{else}.
3129 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3130 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3131 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3132 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3133 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3135 A sample usage of these macros might look like:
3137 \c         cmp     ax,bx
3139 \c         if ae
3140 \c                cmp     bx,cx
3142 \c                if ae
3143 \c                        mov     ax,cx
3144 \c                else
3145 \c                        mov     ax,bx
3146 \c                endif
3148 \c         else
3149 \c                cmp     ax,cx
3151 \c                if ae
3152 \c                        mov     ax,cx
3153 \c                endif
3155 \c         endif
3157 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3158 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3159 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3160 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3163 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3165 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3166 when it starts to process any source file. If you really need a
3167 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3168 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3169 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3171 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3172 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3173 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3174 described here.
3177 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3178 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3180 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3181 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3182 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3183 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3184 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3185 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3186 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3189 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3191 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3192 representing the full version number of the version of nasm being used.
3193 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3194 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3195 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3196 would be equivalent to:
3198 \c         dd      0x00622001
3202 \c         db      1,32,98,0
3204 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3205 line is used just to give an indication of the order that the separate
3206 values will be present in memory.
3209 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3211 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3212 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3214 \c         db      __NASM_VER__
3216 would expand to
3218 \c         db      "0.98.32"
3221 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3223 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3224 name and line number containing the current instruction. The macro
3225 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3226 current input file (which may change through the course of assembly
3227 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3228 numeric constant giving the current line number in the input file.
3230 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3231 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3232 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3233 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3234 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3235 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3236 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3237 here'. You could then write a macro
3239 \c %macro  notdeadyet 0
3241 \c         push    eax
3242 \c         mov     eax,__LINE__
3243 \c         call    stillhere
3244 \c         pop     eax
3246 \c %endmacro
3248 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3249 find the crash point.
3251 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3253 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3254 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3255 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3256 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3257 mode-dependent macros.
3259 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3261 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3262 assembly session.
3264 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3265 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3266 respectively.)
3268 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3269 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3270 \c{HHMMSS} respectively.
3272 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3273 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3274 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3275 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3277 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3278 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3279 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3280 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3281 undefined.
3283 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3284 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3285 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3286 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3287 local time as if it was UTC.
3289 All instances of time and date macros in the same assembly session
3290 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3291 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3292 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3293 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3294 clock:
3296 \c __DATE__             "2010-01-01"
3297 \c __TIME__             "00:00:42"
3298 \c __DATE_NUM__         20100101
3299 \c __TIME_NUM__         000042
3300 \c __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3301 \c __UTC_TIME__         "21:00:42"
3302 \c __UTC_DATE_NUM__     20091231
3303 \c __UTC_TIME_NUM__     210042
3304 \c __POSIX_TIME__       1262293242
3306 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3308 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3309 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3310 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3311 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3313 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3314 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3315 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3316 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3317 issued, you are defining the structure, and should define fields
3318 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3319 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3321 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3322 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3324 \c struc   mytype
3326 \c   mt_long:      resd    1
3327 \c   mt_word:      resw    1
3328 \c   mt_byte:      resb    1
3329 \c   mt_str:       resb    32
3331 \c endstruc
3333 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3334 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3335 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3336 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3338 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3339 effect of allowing structures to work with the local label
3340 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3341 more than one structure, you can define the above structure like this:
3343 \c struc mytype
3345 \c   .long:        resd    1
3346 \c   .word:        resw    1
3347 \c   .byte:        resb    1
3348 \c   .str:         resb    32
3350 \c endstruc
3352 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3353 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3355 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3356 support any form of period notation to refer to the elements of a
3357 structure once you have one (except the above local-label notation),
3358 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3359 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3360 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3361 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3364 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3365 \i{Instances of Structures}
3367 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3368 to do is to declare instances of that structure in your data
3369 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3370 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3371 you code something like this:
3373 \c mystruc:
3374 \c     istruc mytype
3376 \c         at mt_long, dd      123456
3377 \c         at mt_word, dw      1024
3378 \c         at mt_byte, db      'x'
3379 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3381 \c     iend
3383 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3384 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3385 specified structure field, and then to declare the specified data.
3386 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3387 they were specified in the structure definition.
3389 If the data to go in a structure field requires more than one source
3390 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3391 the \c{AT} line. For example:
3393 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3394 \c                     db      190,100,0
3396 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3397 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3398 line:
3400 \c         at mt_str
3401 \c                 db      'hello, world'
3402 \c                 db      13,10,0
3405 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3407 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3408 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3409 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3410 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3412 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3413 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3414 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3415 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3416 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3418 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3419 both compute the number of additional bytes required to bring the
3420 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3421 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3422 perform the alignment.
3424 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3425 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3426 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3427 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3428 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3429 except for special purposes.
3431 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3432 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3433 power of two, or if their second argument generates more than one
3434 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3435 thing.
3437 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3438 be used within structure definitions:
3440 \c struc mytype2
3442 \c   mt_byte:
3443 \c         resb 1
3444 \c         alignb 2
3445 \c   mt_word:
3446 \c         resw 1
3447 \c         alignb 4
3448 \c   mt_long:
3449 \c         resd 1
3450 \c   mt_str:
3451 \c         resb 32
3453 \c endstruc
3455 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3456 relative to the base of the structure.
3458 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3459 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3460 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3461 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3462 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3463 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3464 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3467 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3469 The following preprocessor directives provide a way to use
3470 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3472 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3474 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3476 \b\c{%local}  (see \k{local})
3479 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3481 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3482 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3483 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3485 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3486 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3487 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3488 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3490 \c some_function:
3492 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3493 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3494 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3496 \c         mov     ax,[i]
3497 \c         mov     bx,[j_ptr]
3498 \c         add     ax,[bx]
3499 \c         ret
3501 \c     %pop                       ; restore original context
3503 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3504 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3505 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3506 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3509 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3511 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3512 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3513 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3514 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3515 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3517 \c %stacksize flat
3519 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3520 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3521 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3523 \c %stacksize flat64
3525 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3526 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3527 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3529 \c %stacksize large
3531 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3532 assumes that a far form of call was used to get to this address
3533 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3535 \c %stacksize small
3537 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3538 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3539 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3540 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3541 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3542 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3543 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3544 (see \k{local}).
3547 \S{local} \i\c{%local} Directive
3549 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3550 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3551 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3552 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3553 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3554 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3555 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3556 instruction.
3557 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3558 An example of its use is the following:
3560 \c silly_swap:
3562 \c     %push mycontext             ; save the current context
3563 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3564 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3565 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3567 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3568 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3569 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3570 \c         mov     ax,bx
3571 \c         mov     dx,cx
3572 \c         mov     bx,[old_ax]
3573 \c         mov     cx,[old_dx]
3574 \c         leave                   ; restore old bp
3575 \c         ret                     ;
3577 \c     %pop                        ; restore original context
3579 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3580 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3581 current context before the \c{%local} directive may be used.
3582 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3583 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3584 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3585 as shown in the example.
3587 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3589 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3590 information from external sources. Currently they include:
3592 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3593 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3595 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3596 C language preprocessor (see \k{line}).
3598 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3599 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3601 \S{line} \i\c{%line} Directive
3603 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3604 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3605 this other file would be an original source file, with the current
3606 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3607 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3608 number of the original source file, instead of the file that is being
3609 read by NASM.
3611 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3612 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3613 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3615 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3617 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3618 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3619 which specifies a line increment value; each line of the input file
3620 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3621 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3622 specifies the file name of the original source file.
3624 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3625 all file name and line numbers relative to the values specified
3626 therein.
3629 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3631 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3632 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3633 to store the contents of an environment variable into a string, which
3634 could be used at some other point in your code.
3636 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3637 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3638 could do that as follows:
3640 \c %define FOO    %!FOO
3641 \c %define quote   '
3643 \c tmpstr  db      quote FOO quote
3645 At the time of writing, this will generate an "unterminated string"
3646 warning at the time of defining "quote", and it will add a space
3647 before and after the string that is read in. I was unable to find
3648 a simple workaround (although a workaround can be created using a
3649 multi-line macro), so I believe that you will need to either learn how
3650 to create more complex macros, or allow for the extra spaces if you
3651 make use of this feature in that way.
3654 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3656 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3657 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3658 directives. These are described in this chapter.
3660 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3661 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3662 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3663 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3664 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3665 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3667 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3668 directives are not.
3670 In addition to the universal directives described in this chapter,
3671 each object file format can optionally supply extra directives in
3672 order to control particular features of that file format. These
3673 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3674 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3677 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3679 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3680 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3681 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3682 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3684 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3685 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3686 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3687 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3688 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3689 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3690 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3691 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3693 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3694 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3695 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3696 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3697 device drivers and boot loader software.
3699 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3700 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3701 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3702 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3704 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3705 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3706 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3707 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3708 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3709 need an 0x67.
3711 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3712 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3713 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3715 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3716 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3717 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3718 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3719 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3720 necessary.
3722 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3723 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3724 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3725 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3726 REX prefix is used.
3728 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3729 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3730 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3732 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3734 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3736 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3737 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3740 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3742 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3743 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3744 specify most features directly.  However, this is occationally
3745 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3746 to use.
3748 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3749 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3750 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3751 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3752 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3753 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3755 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3756 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3757 other special functions in 64-bit mode, and generating
3758 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3760 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3762 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3763 Sections}
3765 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3766 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3767 which section of the output file the code you write will be
3768 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3769 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3770 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3771 define a new section, if you try to switch to a section that does
3772 not (yet) exist.
3774 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3775 \k{multisec}, all support
3776 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3777 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3778 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3779 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3780 name that has one.
3783 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3785 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3786 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3787 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3788 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3789 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3790 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3791 it. So the user-level directive
3793 \c         SECTION .text
3795 expands to the two lines
3797 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3798 \c         [SECTION .text]
3800 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3801 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3802 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3804 \c %macro  writefile 2+
3806 \c         [section .data]
3808 \c   %%str:        db      %2
3809 \c   %%endstr:
3811 \c         __SECT__
3813 \c         mov     dx,%%str
3814 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3815 \c         mov     bx,%1
3816 \c         mov     ah,0x40
3817 \c         int     0x21
3819 \c %endmacro
3821 This form of the macro, once passed a string to output, first
3822 switches temporarily to the data section of the file, using the
3823 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3824 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3825 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3826 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3827 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3828 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3829 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3830 code in any of several separate code sections.
3833 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3835 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3836 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3837 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3838 given absolute address. The only instructions you can use in this
3839 mode are the \c{RESB} family.
3841 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3843 \c absolute 0x1A
3845 \c     kbuf_chr    resw    1
3846 \c     kbuf_free   resw    1
3847 \c     kbuf        resw    16
3849 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3850 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3851 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3853 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3854 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3856 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3857 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3859 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3860 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3861 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3862 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3864 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3866 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3868 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3869 \c setup:
3870 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3872 \c absolute setup
3874 \c runtimevar1     resw    1
3875 \c runtimevar2     resd    20
3877 \c tsr_end:
3879 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3880 after the setup has finished running, the space it took up can be
3881 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3882 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3883 needs to be made resident.
3886 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3888 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3889 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3890 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3891 defined in some other module and needs to be referred to by this
3892 one. Not every object-file format can support external variables:
3893 the \c{bin} format cannot.
3895 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3896 argument is the name of a symbol:
3898 \c extern  _printf
3899 \c extern  _sscanf,_fscanf
3901 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3902 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3903 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3904 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3905 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3906 by means of the directive
3908 \c extern  _variable:wrt dgroup
3910 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3911 only in that it can take only one argument at a time: the support
3912 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3914 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3915 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3916 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3919 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3921 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3922 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3923 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3924 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3925 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3927 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3928 the definition of the symbol.
3930 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3931 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3932 \c{GLOBAL} directive. For example:
3934 \c global _main
3935 \c _main:
3936 \c         ; some code
3938 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3939 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3940 example, lets you specify whether global data items are functions or
3941 data:
3943 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3945 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3946 user-level form only in that it can take only one argument at a
3947 time.
3950 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
3952 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
3953 A common variable is much like a global variable declared in the
3954 uninitialized data section, so that
3956 \c common  intvar  4
3958 is similar in function to
3960 \c global  intvar
3961 \c section .bss
3963 \c intvar  resd    1
3965 The difference is that if more than one module defines the same
3966 common variable, then at link time those variables will be
3967 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
3968 at the same piece of memory.
3970 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
3971 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
3972 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
3973 specify the alignment requirements of a common variable:
3975 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
3976 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
3978 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
3979 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
3980 only one argument at a time.
3983 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
3985 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
3986 are available on the specified CPU.
3988 Options are:
3990 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
3992 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
3994 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
3996 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
3998 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4000 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4002 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4004 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4006 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4008 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4010 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4012 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4014 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4016 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4018 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4020 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4022 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4024 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4025 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4026 instructions are available.
4029 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4031 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4032 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4033 this behaviour:
4035 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4037 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4039 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4041 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4043 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4045 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4047 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4049 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4050 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4051 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4053 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4054 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4057 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4059 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4060 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4061 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4062 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4063 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4064 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4066 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4067 output file based on the input file name and the chosen output
4068 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4069 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4070 name, and substituting an extension defined by the output format.
4071 The extensions are given with each format below.
4074 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4076 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4077 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4078 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4079 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4080 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4081 development.
4083 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4084 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4086 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4087 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4088 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4089 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4091 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4092 leaves your file name as it is once the original extension has been
4093 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4094 into a binary file called \c{binprog}.
4097 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4099 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4100 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4101 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4102 the program begins at when it is loaded into memory.
4104 For example, the following code will generate the longword
4105 \c{0x00000104}:
4107 \c         org     0x100
4108 \c         dd      label
4109 \c label:
4111 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4112 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4113 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4114 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4115 offset which is added to all internal address references within the
4116 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4117 does. See \k{proborg} for further comments.
4120 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4121 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4123 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4124 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4125 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4126 end of the section-definition line. For example,
4128 \c section .data   align=16
4130 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4131 aligned on a 16-byte boundary.
4133 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4134 section start address must be forced to zero. The alignment value
4135 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4136 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4139 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4141 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4142 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4144 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4145 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4146 of course).
4148 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4149 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4150 \i\c{start=}.
4152 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4153 for the calculation of all memory references within that section 
4154 with \i\c{vstart=}.
4156 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4157 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4158 start address.
4160 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4161 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4162 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4164 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4165 is directed by default into the \c{.text} section.
4167 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4168 by default.
4170 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4171 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4172 has been specified.
4174 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4175 alignment has been specified.
4177 \b Sections may not overlap.
4179 \b Nasm creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4180 which may be used in your code.
4182 \S{map}\i{Map files}
4184 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4185 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4186 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4187 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4188 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4189 brackets must be used.
4192 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4194 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4195 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4196 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4197 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4199 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4201 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4202 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4203 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4204 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4205 file format.
4207 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4208 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4209 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4211 If your source file contains code before specifying an explicit
4212 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4213 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4215 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4216 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4217 address of the segment. So, for example:
4219 \c segment data
4221 \c dvar:   dw      1234
4223 \c segment code
4225 \c function:
4226 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4227 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4228 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4229 \c         ret
4231 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4232 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4233 like
4235 \c extern  foo
4237 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4238 \c       mov   ds,ax
4239 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4240 \c       mov   es,ax
4241 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4242 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4245 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4246 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4248 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4249 directive to allow you to specify various properties of the segment
4250 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4251 end of the segment-definition line. For example,
4253 \c segment code private align=16
4255 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4256 segment, and requires that the portion of it described in this code
4257 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4259 The available qualifiers are:
4261 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4262 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4263 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4264 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4265 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4266 than stuck end-to-end.
4268 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4269 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4270 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4271 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4272 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4273 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4274 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4275 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4276 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4278 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4279 indicates to the linker that segments of the same class should be
4280 placed near each other in the output file. The class name can be any
4281 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4283 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4284 as an argument, and provides overlay information to an
4285 overlay-capable linker.
4287 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4288 the effect of recording the choice in the object file and also
4289 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4290 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4292 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4293 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4294 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4295 defines the group if it is not already defined.
4297 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4298 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4299 are currently known to make sensible use of this feature;
4300 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4301 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4302 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4304 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4305 class, no overlay, and \c{USE16}.
4308 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4310 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4311 single segment register can be used to refer to all the segments in
4312 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4313 you can code
4315 \c segment data
4317 \c         ; some data
4319 \c segment bss
4321 \c         ; some uninitialized data
4323 \c group dgroup data bss
4325 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4326 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4327 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4328 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4329 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4330 segment register.
4332 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4333 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4334 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4335 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4336 base rather than the segment base.
4338 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4339 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4340 segment which is part of more than one group will default to being
4341 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4343 A group does not have to contain any segments; you can still make
4344 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4345 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4346 \c{FLAT} with no segments in it.
4349 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4351 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4352 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4353 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4354 segment, group and symbol names that are written to the object file
4355 to be forced to upper case just before being written. Within a
4356 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4357 be written entirely in upper case if desired.
4359 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4362 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4363 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4365 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4366 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4367 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4368 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4370 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4371 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4372 wish to import and the name of the library you wish to import it
4373 from. For example:
4375 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4377 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4378 known in the library you are importing it from, in case this is not
4379 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4380 once you have imported it. For example:
4382 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4385 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4386 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4388 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4389 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4390 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4391 using the \c{EXPORT} directive.
4393 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4394 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4395 optional second parameter (separated by white space from the first)
4396 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4397 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4398 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4399 off.
4401 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4402 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4403 space. If further parameters are given, the external name must also
4404 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4405 available attributes are:
4407 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4408 resident by the system loader. This is an optimisation for
4409 frequently used symbols imported by name.
4411 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4412 does not make use of any initialized data.
4414 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4415 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4416 between 32-bit and 16-bit segments.
4418 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4419 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4420 the desired number.
4422 For example:
4424 \c     export  myfunc
4425 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4426 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4427 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4430 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4431 Point}
4433 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4434 define the program entry point, where execution will begin when the
4435 program is run. If the object file that defines the entry point is
4436 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4437 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4438 begin.
4441 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4442 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4444 If you declare an external symbol with the directive
4446 \c     extern  foo
4448 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4449 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4450 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4451 \c{foo} you will usually need to do something like
4453 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4454 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4455 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4457 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4458 is going to be accessible from a given segment or group, say
4459 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4460 simply code
4462 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4464 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4465 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4466 alternative form
4468 \c     extern  foo:wrt dgroup
4470 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4471 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4472 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4473 \c{foo wrt dgroup}.
4475 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4476 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4477 your program. It can also be applied to common variables: see
4478 \k{objcommon}.
4481 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4482 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4484 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4485 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4486 specify which your variables should be by the use of the syntax
4488 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4489 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4491 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4492 OMF specification says that they are declared as a number of
4493 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4494 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4495 five-byte elements or one ten-byte element.
4497 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4498 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4499 the variable size, to match when resolving common variables declared
4500 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4501 the element size on your far common variables. This is done by the
4502 following syntax:
4504 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4505 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4507 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4508 keyword is not required when an element size is specified, since
4509 only far commons may have element sizes at all. So the above
4510 declarations could equivalently be
4512 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4513 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4515 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4516 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4517 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4519 \c common  foo     10:wrt dgroup
4520 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4521 \c common  baz     24:wrt data:6
4524 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4526 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4527 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4528 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4529 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4531 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4533 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4534 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4535 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4536 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4537 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4538 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4539 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4540 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4543 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4544 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4546 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4547 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4548 and properties of sections you declare. Section types and properties
4549 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4550 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4551 these qualifiers.
4553 The available qualifiers are:
4555 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4556 code section. This marks the section as readable and executable, but
4557 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4558 section is code.
4560 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4561 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4562 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4563 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4565 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4566 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4567 constants in it.
4569 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4570 which is not included in the executable file by the linker, but may
4571 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4572 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4573 linker to interpret the contents of the section as command-line
4574 options.
4576 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4577 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4578 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4579 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4580 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4581 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4582 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4583 for data (and BSS) sections.
4584 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4585 alignment), though the value does not matter.
4587 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4588 qualifiers are:
4590 \c section .text    code  align=16
4591 \c section .data    data  align=4
4592 \c section .rdata   rdata align=8
4593 \c section .bss     bss   align=4
4595 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4597 \S{win32safeseh} \c{win32}: safe structured exception handling
4599 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4600 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4601 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4602 designated read-only table and have alleged entry point verified
4603 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4604 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4605 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4606 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4607 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4608 will not be performed for application in question. Table omission is by
4609 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4610 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4611 \c{/safeseh} command line option.
4613 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4614 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4615 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4617 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4619 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4621 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4622 line to source code:
4624 \c $@feat.00 equ 1
4626 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4627 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4628 developer would choose to assign another value in source file, it would
4629 still be perfectly possible.
4631 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4632 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4633 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4634 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4635 table." Its typical use would be:
4637 \c section .text
4638 \c extern  _MessageBoxA@16
4639 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4640 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4641 \c %endif
4642 \c handler:
4643 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4644 \c         push    DWORD caption
4645 \c         push    DWORD text
4646 \c         push    DWORD 0
4647 \c         call    _MessageBoxA@16
4648 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4649 \c                         ; for exception handler
4650 \c         ret
4651 \c global  _main
4652 \c _main:
4653 \c         push    DWORD handler
4654 \c         push    DWORD [fs:0]
4655 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4656 \c         xor     eax,eax
4657 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4658 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4659 \c         add     esp,4
4660 \c         ret
4661 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4662 \c caption:db      'SEGV',0
4663 \c 
4664 \c section .drectve info
4665 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4667 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4668 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4669 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4670 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4671 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4672 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4673 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4674 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4675 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4676 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4677 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4678 no notification is provided and user is left with no clue on what
4679 caused application failure.
4681 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4682 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4683 data for "safe exception handler table" causes no backward
4684 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4685 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4688 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4690 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4691 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4692 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4693 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4694 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4696 \S{win64pic} \c{win64}: writing position-independent code
4698 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4699 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4700 references. Consider a switch dispatch table:
4702 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4703 \c         ...
4704 \c dsptch: dq      case0
4705 \c         dq      case1
4706 \c         ...
4708 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4709 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4710 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4711 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4712 following:
4714 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4715 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4717 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4718 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4719 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4720 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4721 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4722 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4723 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4724 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4725 But no worry, it's trivial to fix:
4727 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4728 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4729 \c         jmp     rbx
4730 \c         ...
4731 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4732 \c         dq      case1-dsptch
4733 \c         ...
4735 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4736 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4737 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4738 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4739 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4740 these image-relative references:
4742 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4743 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4744 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4745 \c         add     rbx,rax
4746 \c         jmp     rbx
4747 \c         ...
4748 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4749 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4751 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4752 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4753 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4754 become apparent in next paragraph.
4756 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4757 operand only:
4759 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4760 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4761 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4762 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4764 \S{win64seh} \c{win64}: structured exception handling
4766 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4767 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4768 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4769 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4770 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4771 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4772 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4773 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4774 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4775 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4776 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4777 top of the stack.
4779 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4780 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4781 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4782 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4783 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4784 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4785 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4786 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4787 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4788 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4789 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4790 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4791 copying caller's return address to the top of stack and this would
4792 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4793 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4794 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4795 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4796 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4797 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4798 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4799 no, no trace of failure is left.
4801 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4802 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4803 is checked for presence of reference to custom language-specific
4804 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4805 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
4806 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
4807 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
4808 information about current callee's stack frame and where non-volatile
4809 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
4810 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
4811 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
4812 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
4813 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
4814 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
4815 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
4816 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
4817 terminating the application.
4819 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
4820 facilitate generation of above mentioned detailed information about
4821 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
4822 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
4823 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
4824 leaf function:
4826 \c default rel
4827 \c section .text
4828 \c extern  MessageBoxA
4829 \c handler:
4830 \c         sub     rsp,40
4831 \c         mov     rcx,0
4832 \c         lea     rdx,[text]
4833 \c         lea     r8,[caption]
4834 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
4835 \c         call    MessageBoxA
4836 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4837 \c                         ; for exception handler
4838 \c         add     rsp,40
4839 \c         ret
4840 \c global  main
4841 \c main:
4842 \c         xor     rax,rax
4843 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
4844 \c         ret
4845 \c main_end:
4846 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4847 \c caption:db      'SEGV',0
4848 \c 
4849 \c section .pdata  rdata align=4
4850 \c         dd      main wrt ..imagebase
4851 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
4852 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
4853 \c section .xdata  rdata align=8
4854 \c xmain:  db      9,0,0,0
4855 \c         dd      handler wrt ..imagebase
4856 \c section .drectve info
4857 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4859 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
4860 start and end addresses of function" along with reference to associated
4861 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
4862 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
4863 designated exception handler. References are \e{required} to be
4864 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
4865 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
4866 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
4867 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
4868 references, not only above listed required ones, placed into these two
4869 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
4870 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
4871 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
4872 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
4874 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
4875 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
4876 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
4877 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
4878 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
4879 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
4880 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
4881 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
4882 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
4883 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
4884 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
4885 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
4886 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
4887 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
4888 unwinding procedure. Consider following example:
4890 \c function:
4891 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
4892 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
4893 \c         push    rbx
4894 \c         push    rbp
4895 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
4896 \c         sub     r11,rcx
4897 \c         and     r11,-64
4898 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
4899 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
4900 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
4901 \c magic_point:
4902 \c         ...
4903 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
4904 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
4905 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
4906 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
4907 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
4908 \c         ret
4910 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
4911 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
4912 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
4913 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
4914 custom language-specific exception handler would look like this:
4916 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
4917 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
4918 \c {   ULONG64 *rsp;
4919 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
4920 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
4921 \c     else
4922 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
4923 \c         context->Rbp = rsp[-3];
4924 \c         context->Rbx = rsp[-2];
4925 \c         context->R15 = rsp[-1];
4926 \c     }
4927 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
4928 \c 
4929 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
4930 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
4931 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
4932 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
4933 \c     return ExceptionContinueSearch;
4934 \c }
4936 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
4937 structure does not have to contain any information about stack frame
4938 and its layout.
4940 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4942 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4943 linking with the \i{DJGPP} linker.
4945 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4947 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
4948 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
4949 the \c{info} section type are not supported.
4951 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
4953 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
4954 linking with the \i{Mac OSX} linker.
4956 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4958 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
4959 Format} Object Files
4961 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},
4962 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
4963 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4964 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
4966 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
4968 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
4969 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
4970  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
4971  most systems which support ELF.
4973 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
4974 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
4976 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
4977 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4978 and properties of sections you declare. Section types and properties
4979 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
4980 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
4981 overridden by these qualifiers.
4983 The available qualifiers are:
4985 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
4986 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
4987 which is not, such as an informational or comment section.
4989 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
4990 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
4991 which should not.
4993 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
4994 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
4995 not.
4997 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
4998 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
4999 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5000 contents given, such as a BSS section.
5002 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5003 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5004 requirements of the section.
5006 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5007 qualifiers are:
5009 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
5010 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
5011 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
5012 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
5013 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
5015 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
5016 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
5019 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5020 Symbols and \i\c{WRT}
5022 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5023 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5024 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5025 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
5026 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5028 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5029 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5030 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5031 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5032 types.
5034 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5035 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5036 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5037 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5039 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5040 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5041 beginning of the current section to the global offset table.
5042 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5043 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5044 result to get the real address of the GOT.
5046 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5047 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5048 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5049 would give the real address of the location you wanted.
5051 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5052 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5053 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5054 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5055 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5056 address of the symbol.
5058 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5059 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5060 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5061 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5062 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5063 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5064 entries absolutely.
5066 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5067 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5068 relative to the start of the section and then adding on the offset
5069 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5070 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5071 peculiarity of the dynamic linker.
5073 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5074 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5077 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5078 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5080 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5081 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5082 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5083 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5084 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5085 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5086 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5087 to specify these features.
5089 You can specify whether a global variable is a function or a data
5090 object by suffixing the name with a colon and the word
5091 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5092 \c{data}.) For example:
5094 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5096 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5097 \c{hashtable} as a data object.
5099 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5100 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5101 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5102 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5104 \c global   hashlookup:function hidden
5106 You can also specify the size of the data associated with the
5107 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5108 forward references) after the type specifier. Like this:
5110 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5112 \c hashtable:
5113 \c         db this,that,theother  ; some data here
5114 \c .end:
5116 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5117 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5119 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5120 writing shared library code. For more information, see
5121 \k{picglobal}.
5124 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5125 \I{COMMON, elf extensions to}
5127 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5128 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5129 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5130 power of two) after the name and size of the common variable,
5131 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5132 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5134 \c common  dwordarray 128:4
5136 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5137 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5140 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5141 \I{ELF, 16-bit code and}
5143 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5144 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5145 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5146 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5147 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5148 these relocations is generated.
5150 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5151 \I{ELF, Debug formats and}
5153 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5154 Line number information is generated for all executable sections, but please
5155 note that only the ".text" section is executable by default.
5157 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5159 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5160 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5161 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5162 the magic number in the first four bytes of the file is
5163 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5164 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5165 implementation does not.
5167 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5169 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5170 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5171 extensions to any standard directives. It supports only the three
5172 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5175 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5176 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5178 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5179 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5180 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5181 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5182 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5183 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5184 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5186 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5188 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5189 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5190 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5191 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5192 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5194 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5195 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5196 this.
5199 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5201 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5202 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5203 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5204 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5205 itself \c{a.out}.
5207 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5208 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5210 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5211 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5212 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5213 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5214 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5217 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5218 Format}
5220 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5221 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5222 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5223 format the internal structure of the assembler.
5225 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5226 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5227 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5228 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5230 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5231 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5232 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5233 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5234 execute an RDF executable under Linux.
5236 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5237 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5240 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5242 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5243 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5244 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5245 which is the name of the module:
5247 \c     library  mylib.rdl
5250 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5252 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5253 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5254 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5255 of current module:
5257 \c     module  mymodname
5259 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5260 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5261 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5263 \c     module  $kernel.core
5266 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5267 rdf extensions to}
5269 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5270 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5271 telling the linker do not strip it from target executable or library
5272 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5273 is a procedure (function) or data object.
5275 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5276 symbol exported:
5278 \c     global  sys_open:export
5280 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5281 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5283 \c     global  sys_open:export proc
5285 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5286 or \i\c{object} to the directive:
5288 \c     global  kernel_ticks:export data
5291 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5292 rdf extensions to}
5294 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5295 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5296 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5297 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5298 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5299 (function) or data object. For example:
5301 \c     library $libc
5302 \c     extern  _open:import
5303 \c     extern  _printf:import proc
5304 \c     extern  _errno:import data
5306 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5307 a hint as to where to find requested symbols.
5310 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5312 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5313 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5314 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5315 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5317 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5318 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5319 transactions between the main body of NASM and the output-format
5320 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5321 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5322 of the various requests the main program makes of the output driver,
5323 and in what order they happen.
5325 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5327 \c nasm -f dbg filename.asm
5329 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5330 However, this will not work well on files which were designed for a
5331 different object format, because each object format defines its own
5332 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5333 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5334 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5335 native object format selected:
5337 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5338 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5340 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5341 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5342 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5343 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5344 the final diagnostic output.
5346 This workaround will still typically not work for programs intended
5347 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5348 directives have side effects of defining the segment and group names
5349 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5350 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5351 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5352 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5354 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5355 them all to its output file.
5358 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5360 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5361 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5362 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5363 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5364 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5367 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5369 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5370 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5371 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5372 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5373 support the \c{.COM} format.
5375 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5376 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5377 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5378 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5379 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5380 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5381 Yann Guidon for contributing the code for this.
5383 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5384 future releases.
5387 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5389 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5390 by linking \c{.OBJ} files together.
5392 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5393 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5394 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5395 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5396 An LZH archiver can be found at
5397 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5398 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5399 sources) called \i{FREELINK}, available from
5400 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5401 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5402 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5403 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5404 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5406 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5407 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5408 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5409 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5410 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5411 field in the output file header; if more than one defines a start
5412 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5414 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5415 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5416 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5417 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5418 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5419 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5421 \c segment code
5423 \c ..start:
5424 \c         mov     ax,data
5425 \c         mov     ds,ax
5426 \c         mov     ax,stack
5427 \c         mov     ss,ax
5428 \c         mov     sp,stacktop
5430 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5431 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5432 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5433 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5434 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5435 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5436 execute on.
5438 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5439 beginning of this code, which means that will be the entry point
5440 into the resulting executable file.
5442 \c         mov     dx,hello
5443 \c         mov     ah,9
5444 \c         int     0x21
5446 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5447 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5448 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5449 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5451 \c         mov     ax,0x4c00
5452 \c         int     0x21
5454 This terminates the program using another DOS system call.
5456 \c segment data
5458 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5460 The data segment contains the string we want to display.
5462 \c segment stack stack
5463 \c         resb 64
5464 \c stacktop:
5466 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5467 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5468 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5469 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5470 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5471 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5472 type \c{STACK}.
5474 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5475 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5476 world' and then exit.
5479 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5481 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5482 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5483 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5484 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5485 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5486 \c{.EXE} files.
5488 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5489 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5490 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5492 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5493 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5494 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5495 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5496 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5497 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5498 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5499 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5500 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5502 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5503 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5504 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5505 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5506 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5507 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5508 explicitly issue one of your own.
5510 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5511 since this would require a relocation in the header, and things
5512 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5513 base by copying it out of \c{CS} instead.
5515 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5516 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5517 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5518 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5519 \c{EXE_stack 64}.
5521 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5522 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5523 \c{binexe.asm}.
5526 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5528 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5529 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5530 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5531 output format.
5534 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5536 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5537 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5538 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5539 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5540 like
5542 \c         org 100h
5544 \c section .text
5546 \c start:
5547 \c         ; put your code here
5549 \c section .data
5551 \c         ; put data items here
5553 \c section .bss
5555 \c         ; put uninitialized data here
5557 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5558 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5559 you want to and the code will still end up at the front of the file
5560 where it belongs.
5562 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5563 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5564 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5565 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5566 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5567 run.
5569 To assemble the above program, you should use a command line like
5571 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5573 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5574 explicit output file name were specified, so you have to override it
5575 and give the desired file name.
5578 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5580 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5581 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5582 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5583 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5584 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5585 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5586 file.
5588 If you do this, you need to take care of several things:
5590 \b The first object file containing code should start its code
5591 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5592 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5593 segment, so that the linker or converter program does not have to
5594 adjust address references within the file when generating the
5595 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5596 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5597 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5598 in MASM-compatible assemblers.
5600 \b You don't need to define a stack segment.
5602 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5603 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5604 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5605 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5608 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5610 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5611 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5612 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5613 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5614 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5615 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5616 your code segment.
5618 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5619 the various routines inside the driver which do the work. This
5620 structure should be defined at the start of the code segment, even
5621 though it is not actually code.
5623 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5624 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5625 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5626 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5629 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5631 This section covers the basics of writing assembly routines that
5632 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5633 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5634 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5637 \S{16cunder} External Symbol Names
5639 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5640 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5641 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5642 appears in the C program. So, for example, the function a C
5643 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5644 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5645 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5646 not have to worry about name clashes with C symbols.
5648 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5649 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5651 \c %macro  cglobal 1
5653 \c   global  _%1
5654 \c   %define %1 _%1
5656 \c %endmacro
5658 \c %macro  cextern 1
5660 \c   extern  _%1
5661 \c   %define %1 _%1
5663 \c %endmacro
5665 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5666 \c{%rep} construct could solve this.)
5668 If you then declare an external like this:
5670 \c cextern printf
5672 then the macro will expand it as
5674 \c extern  _printf
5675 \c %define printf _printf
5677 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5678 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5680 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5681 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5682 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5684 Also see \k{opt-pfix}.
5686 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5688 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5689 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5690 writing for. This means you have to keep track of the following
5691 things:
5693 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5694 functions are near. This means that function pointers, when stored
5695 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5696 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5697 never changes its value, and always gives the segment part of the
5698 full function address), and that functions are called using ordinary
5699 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5700 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5701 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5702 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5704 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5705 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5706 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5707 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5708 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5709 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5710 \c{CALL FAR} to call external routines.
5712 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5713 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5714 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5715 segment part of the full data item address).
5717 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5718 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5719 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5720 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5721 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5722 pointers you are passed.
5724 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5725 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5726 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5727 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5728 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5730 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5731 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5732 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5733 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5734 and global data items can both be accessed easily without changing
5735 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5736 segments. However, some memory models (though not the standard
5737 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5738 same value to be removed. Be careful about functions' local
5739 variables in this latter case.
5741 In models with a single code segment, the segment is called
5742 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5743 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5744 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5745 called \i\c{_DATA}.
5748 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5750 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5751 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5752 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5753 doing the calling and the function which gets called.
5755 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5756 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5757 argument specified to the function is pushed last).
5759 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5760 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5761 memory model.
5763 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5764 actually necessary, in functions which do not need to access their
5765 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5766 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5767 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5768 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5769 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5770 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5772 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5773 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5774 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5775 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5776 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5777 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5778 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5779 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5780 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5781 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5782 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5783 parameters in reverse order means that the function knows where to
5784 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5785 remaining ones.
5787 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5788 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5789 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5791 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5792 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5793 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5794 compiler) returned in \c{ST0}.
5796 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5797 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5798 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5799 memory model.
5801 \b When the caller regains control from the callee, the function
5802 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5803 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5804 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5805 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5806 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5807 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5808 removing.
5810 It is instructive to compare this calling convention with that for
5811 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5812 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5813 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5814 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5815 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5816 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5817 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5818 which means that a compiler can give better guarantees about
5819 sequence points without performance suffering.
5821 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5822 The following example is for small model:
5824 \c global  _myfunc
5826 \c _myfunc:
5827 \c         push    bp
5828 \c         mov     bp,sp
5829 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5830 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5832 \c         ; some more code
5834 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5835 \c         pop     bp
5836 \c         ret
5838 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5839 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5840 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5841 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5842 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5843 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5845 At the other end of the process, to call a C function from your
5846 assembly code, you would do something like this:
5848 \c extern  _printf
5850 \c       ; and then, further down...
5852 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5853 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5854 \c       call    _printf
5855 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5857 \c       ; then those data items...
5859 \c segment _DATA
5861 \c myint         dw    1234
5862 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5864 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5865 code
5867 \c     int myint = 1234;
5868 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5870 In large model, the function-call code might look more like this. In
5871 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5872 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5873 it first.
5875 \c       push    word [myint]
5876 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5877 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5878 \c       call    far _printf
5879 \c       add    sp,byte 6
5881 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5882 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5883 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5884 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5885 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5886 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5887 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5888 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5889 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5890 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5891 word of parameters.
5894 \S{16cdata} Accessing Data Items
5896 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5897 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5898 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5899 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5900 accessed from assembler as
5902 \c extern _i
5904 \c         mov ax,[_i]
5906 And to declare your own integer variable which C programs can access
5907 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5908 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5910 \c global  _j
5912 \c _j      dw      0
5914 To access a C array, you need to know the size of the components of
5915 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5916 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5917 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5918 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5919 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5920 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5921 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5923 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5924 the base of the structure to the field you are interested in. You
5925 can either do this by converting the C structure definition into a
5926 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5927 one offset and using just that.
5929 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5930 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5931 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5932 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5933 Typically, you might find that a structure like
5935 \c struct {
5936 \c     char c;
5937 \c     int i;
5938 \c } foo;
5940 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5941 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5942 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5943 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5944 out how your own compiler does it.
5947 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
5949 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5950 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
5951 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5952 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5953 the work involved in keeping track of the calling convention.
5955 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
5956 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
5958 An example of an assembly function using the macro set is given
5959 here:
5961 \c proc    _nearproc
5963 \c %$i     arg
5964 \c %$j     arg
5965 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5966 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5967 \c         add     ax,[bx]
5969 \c endproc
5971 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
5972 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
5973 integer. It returns \c{i + *j}.
5975 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
5976 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
5977 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
5978 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
5979 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
5980 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
5981 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
5983 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
5984 compact-model code) by default. You can have it generate far
5985 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
5986 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
5987 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
5988 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
5989 dependency on whether data pointers are far or not.
5991 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
5992 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
5993 many function parameters will be of type \c{int}.
5995 The large-model equivalent of the above function would look like this:
5997 \c %define FARCODE
5999 \c proc    _farproc
6001 \c %$i     arg
6002 \c %$j     arg     4
6003 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6004 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6005 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6006 \c         add     ax,[bx]
6008 \c endproc
6010 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6011 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6012 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6015 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6017 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6018 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6020 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6021 not required for Pascal.
6023 \b The memory model is always large: functions are far, data
6024 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6025 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6026 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6027 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6028 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6029 data declared in a Pascal program goes into the default data
6030 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6031 when control is passed to your assembly code. The only things that
6032 do not live in the default data segment are local variables (they
6033 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6034 data \e{pointers}, however, are far.
6036 \b The function calling convention is different - described below.
6038 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6040 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6041 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6042 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6045 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6047 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6048 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6049 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6050 used to denote the function doing the calling and the function which
6051 gets called.
6053 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6054 after another, in normal order (left to right, so that the first
6055 argument specified to the function is pushed first).
6057 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6058 control to the callee.
6060 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6061 actually necessary, in functions which do not need to access their
6062 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6063 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6064 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6065 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6066 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6067 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6069 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6070 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6071 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6072 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6073 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6074 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6075 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6077 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6078 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6079 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6081 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6082 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6083 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6084 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6085 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6086 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6087 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6088 places the returned string value at that location. The pointer is
6089 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6090 \c{RETF} instruction.
6092 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6093 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6094 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6095 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6096 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6097 to be removed from the stack as a side effect of the return
6098 instruction.
6100 \b When the caller regains control from the callee, the function
6101 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6102 do nothing further.
6104 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6105 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6107 \c global  myfunc
6109 \c myfunc: push    bp
6110 \c         mov     bp,sp
6111 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6112 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6113 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6115 \c         ; some more code
6117 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6118 \c         pop     bp
6119 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6121 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6122 assembly code, you would do something like this:
6124 \c extern  SomeFunc
6126 \c        ; and then, further down...
6128 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6129 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6130 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6131 \c        call   far SomeFunc
6133 This is equivalent to the Pascal code
6135 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6136 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6139 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6140 Name Restrictions
6142 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6143 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6144 reading and understanding the various information contained in a
6145 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6146 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6147 restrictions:
6149 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6150 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6152 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6153 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6155 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6156 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6158 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6159 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6162 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6164 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6165 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6166 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6167 definition ensures that functions are far (it implies
6168 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6169 generated with an operand.
6171 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6172 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6173 reverse order. For example:
6175 \c %define PASCAL
6177 \c proc    _pascalproc
6179 \c %$j     arg 4
6180 \c %$i     arg
6181 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6182 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6183 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6184 \c         add     ax,[bx]
6186 \c endproc
6188 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6189 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6190 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6191 and the contents of the pointer. The only difference between this
6192 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6193 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6194 reverse order.
6197 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6199 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6200 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6201 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6202 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6203 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6204 shared libraries.
6206 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6207 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6208 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6209 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6210 address space no matter what segment you work relative to, and that
6211 you should ignore all segment registers completely. When writing
6212 flat-model application code, you never need to use a segment
6213 override or modify any segment register, and the code-section
6214 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6215 space as the data-section addresses you access your variables by and
6216 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6217 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6218 offset part.
6221 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6223 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6224 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6225 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6228 \S{32cunder} External Symbol Names
6230 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6231 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6232 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6233 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6234 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6235 underscore on their assembly-language names.
6237 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6238 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6239 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6240 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6241 though, the leading underscore should not be used.
6243 See also \k{opt-pfix}.
6245 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6247 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6248 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6249 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6250 the function doing the calling and the function which gets called.
6252 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6253 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6254 argument specified to the function is pushed last).
6256 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6257 control to the callee.
6259 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6260 actually necessary, in functions which do not need to access their
6261 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6262 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6263 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6264 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6265 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6266 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6268 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6269 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6270 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6271 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6272 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6273 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6274 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6275 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6276 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6277 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6278 and type of the remaining ones.
6280 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6281 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6282 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6284 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6285 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6286 of the value. Floating-point results are typically returned in
6287 \c{ST0}.
6289 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6290 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6291 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6293 \b When the caller regains control from the callee, the function
6294 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6295 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6296 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6297 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6298 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6299 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6300 removing.
6302 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6303 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6304 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6305 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6306 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6307 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6308 still pushed in right-to-left order.
6310 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6312 \c global  _myfunc
6314 \c _myfunc:
6315 \c         push    ebp
6316 \c         mov     ebp,esp
6317 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6318 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6320 \c         ; some more code
6322 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6323 \c         ret
6325 At the other end of the process, to call a C function from your
6326 assembly code, you would do something like this:
6328 \c extern  _printf
6330 \c         ; and then, further down...
6332 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6333 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6334 \c         call    _printf
6335 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6337 \c         ; then those data items...
6339 \c segment _DATA
6341 \c myint       dd   1234
6342 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6344 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6346 \c     int myint = 1234;
6347 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6350 \S{32cdata} Accessing Data Items
6352 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6353 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6354 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6355 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6356 accessed from assembler as
6358 \c           extern _i
6359 \c           mov eax,[_i]
6361 And to declare your own integer variable which C programs can access
6362 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6363 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6365 \c           global _j
6366 \c _j        dd 0
6368 To access a C array, you need to know the size of the components of
6369 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6370 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6371 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6372 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6373 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6374 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6375 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6376 are also 4 bytes long.
6378 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6379 the base of the structure to the field you are interested in. You
6380 can either do this by converting the C structure definition into a
6381 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6382 one offset and using just that.
6384 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6385 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6386 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6387 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6388 Typically, you might find that a structure like
6390 \c struct {
6391 \c     char c;
6392 \c     int i;
6393 \c } foo;
6395 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6396 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6397 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6398 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6399 out how your own compiler does it.
6402 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6404 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6405 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6406 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6407 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6408 the work involved in keeping track of the calling convention.
6410 An example of an assembly function using the macro set is given
6411 here:
6413 \c proc    _proc32
6415 \c %$i     arg
6416 \c %$j     arg
6417 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6418 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6419 \c         add     eax,[ebx]
6421 \c endproc
6423 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6424 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6425 integer. It returns \c{i + *j}.
6427 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6428 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6429 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6430 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6431 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6432 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6433 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6435 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6436 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6437 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6440 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6441 Libraries}
6443 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6444 because it contains support for \i{position-independent code}
6445 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6446 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6447 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6449 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6450 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6451 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6452 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6454 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6455 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6456 of the running process. The contents of the library's code section
6457 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6459 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6460 this:
6462 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6464 Instead, the linker provides an area of memory called the
6465 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6466 constant distance from your library's code, so if you can find out
6467 where your library is loaded (which is typically done using a
6468 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6469 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6470 linker-generated entries in the GOT.
6472 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6473 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6474 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6475 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6476 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6477 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6480 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6482 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6483 external symbol:
6485 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6486 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6488 At the beginning of any function in your shared library which plans
6489 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6490 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6491 in this form:
6493 \c func:   push    ebp
6494 \c         mov     ebp,esp
6495 \c         push    ebx
6496 \c         call    .get_GOT
6497 \c .get_GOT:
6498 \c         pop     ebx
6499 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6501 \c         ; the function body comes here
6503 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6504 \c         mov     esp,ebp
6505 \c         pop     ebp
6506 \c         ret
6508 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6509 second leading underscore.)
6511 The first two lines of this function are simply the standard C
6512 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6513 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6514 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6515 libraries use this register to store the address of the GOT.
6517 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6518 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6519 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6520 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6521 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6522 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6523 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6524 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6525 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6526 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6527 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6528 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6529 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6530 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6531 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6532 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6534 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6535 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6536 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6538 \c %macro  get_GOT 0
6540 \c         call    %%getgot
6541 \c   %%getgot:
6542 \c         pop     ebx
6543 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6545 \c %endmacro
6547 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6549 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6550 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6551 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6552 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6553 way this works is like this:
6555 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6557 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6558 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6559 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6560 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6562 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6563 them, they are shared between code modules in the library, but do
6564 not get exported from the library to the program that loaded it.
6565 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6566 can access them in the same way as local variables, using the above
6567 \c{..gotoff} mechanism.
6569 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6570 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6571 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6574 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6576 If your library needs to get at an external variable (external to
6577 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6578 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6579 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6580 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6581 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6582 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6583 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6584 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6585 you would code
6587 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6589 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6590 linker, when it builds the shared library, collects together every
6591 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6592 has every necessary entry present.
6594 Common variables must also be accessed in this way.
6597 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6599 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6600 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6601 you have to give the size of the data item. This is because the
6602 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6603 entries for any exported functions, and also moves exported data
6604 items away from the library's data section in which they were
6605 declared.
6607 So to export a function to users of the library, you must use
6609 \c global  func:function           ; declare it as a function
6611 \c func:   push    ebp
6613 \c         ; etc.
6615 And to export a data item such as an array, you would have to code
6617 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6619 \c array:  resd    128
6620 \c .end:
6622 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6623 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6624 end up living in the data section of the main program, rather than
6625 in your library's data section, where you declared it. So you will
6626 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6627 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6628 effectively, it has become).
6630 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6631 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6632 sort of code:
6634 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6636 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6637 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6638 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6639 pointing at your data section instead of at the exported global
6640 which resides elsewhere.
6642 Instead of the above code, then, you must write
6644 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6646 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6647 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6648 at that address, rather than just relocating by section base.
6650 Either method will work for functions: referring to one of your
6651 functions by means of
6653 \c funcptr:        dd      my_function
6655 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6657 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6659 will give the address of the procedure linkage table for the
6660 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6661 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6664 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6666 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6667 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6668 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6669 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6670 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6671 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6672 in the main program can be transparently passed off to their real
6673 destinations.
6675 To call an external routine, you must use another special PIC
6676 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6677 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6678 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6679 ..plt}.
6682 \S{link} Generating the Library File
6684 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6685 you then generate your shared library with a command such as
6687 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6688 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6690 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6691 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6692 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6693 library file name, with a version number, into the library:
6695 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6697 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6698 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6701 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6703 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6704 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6705 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6706 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6707 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6708 one, or jumps between different-size segments.
6711 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6713 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6714 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6715 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6716 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6717 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6718 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6719 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6720 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6722 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6723 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6724 segment, so just coding, for example,
6726 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6728 will not work, since the offset part of the address will be
6729 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6730 one.
6732 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6733 generate the required instruction by coding it manually, using
6734 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6735 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6737 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6739 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6740 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6741 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6742 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6743 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6744 segment to a 32-bit one.
6746 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6747 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6749 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6751 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6752 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6753 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6756 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6757 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6759 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6760 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6761 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6762 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6763 32-bit segment, or vice versa.
6765 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6766 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6767 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6768 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6770 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6771 the address, since any effective address containing a 32-bit
6772 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6774 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6775 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6777 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6778 instruction and a register) if you already know the precise offset
6779 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6780 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6781 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6783 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6784 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6786 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6788 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6789 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6790 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6792 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6794 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6795 which controls the size of the data stored at the address, with the
6796 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6797 address itself. The two can quite easily be different:
6799 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6801 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6802 offset.
6804 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6805 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6807 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6809 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6810 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6811 offset), and calls that address.
6814 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6816 The other way you might want to access data might be using the
6817 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6818 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6819 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6820 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6822 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6823 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6824 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6825 desired address into \c{ESI} and then code
6827 \c         a32     lodsb
6829 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6830 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6831 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6832 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6834 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6835 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6836 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6837 instructions with implicit addressing:
6838 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6839 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6840 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6841 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6842 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6843 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6844 Also, the
6845 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6846 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6847 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6848 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6849 size from the code segment.
6851 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6852 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6853 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6854 give the value of the segment register being manipulated. To force
6855 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6856 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6858 \c         o16 push    ss
6859 \c         o16 push    ds
6861 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6862 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6863 one.
6865 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6866 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6869 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6871 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6872 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6873 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6874 write position-independent code for shared libraries.
6876 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6877 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6878 registers, which still add their bases.
6880 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6881 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6882 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6883 probably desirable to make that the default, using the directive
6884 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6886 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6887 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6888 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6889 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6890 Please see the ABI documentation for your platform.
6892 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6893 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6894 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6895 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6897 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6898 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6899 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6900 set to zero.
6902 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6904 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6905 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6907 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6908 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6909 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6910 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6912 This is consistent with the AMD documentation and most other
6913 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6914 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6915 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6916 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6917 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6918 the NASM source distribution.
6920 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
6922 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
6923 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
6924 immediates to 32 bits.
6926 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
6928 \c      MOV reg64,imm64
6930 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
6931 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
6932 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
6933 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
6934 immediate as \c{DWORD}:
6936 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
6937 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
6938 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
6939 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
6941 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
6943 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
6944 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
6945 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
6946 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
6947 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
6948 displacement size as \c{QWORD}:
6950 \c      default abs
6952 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
6953 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
6954 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
6956 \c      default rel
6958 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
6959 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
6960 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
6961 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
6963 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
6964 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
6966 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
6968 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
6970 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
6972 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
6973 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
6975 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
6976 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
6977 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
6978 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
6979 calls, and thus are available for use by the function without saving.
6981 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
6983 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6984 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
6985 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
6986 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
6988 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
6990 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
6992 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
6994 \c      void foo(long a, double b, int c)
6996 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
6998 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7000 The Win64 ABI is described at:
7002 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7004 What follows is a simplified summary.
7006 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7007 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7008 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7009 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7010 use by the function without saving.
7012 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7014 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7015 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7016 return is \c{XMM0} only.
7018 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7020 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7022 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7024 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7026 \C{trouble} Troubleshooting
7028 This chapter describes some of the common problems that users have
7029 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7030 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7031 that isn't listed here.
7034 \H{problems} Common Problems
7036 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7038 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7039 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7040 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7041 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7042 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7043 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7044 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7045 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7046 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
7049 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7051 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7052 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7053 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7054 longer.
7056 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7057 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7058 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7059 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7060 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7061 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7062 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7063 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7064 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7065 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7066 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7067 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
7070 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7072 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7073 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7074 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7075 sector, people who are used to MASM tend to code
7077 \c         ORG 0
7079 \c         ; some boot sector code
7081 \c         ORG 510
7082 \c         DW 0xAA55
7084 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7085 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7086 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7088 \c         ORG 0
7090 \c         ; some boot sector code
7092 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7093 \c         DW 0xAA55
7095 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7096 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7097 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7098 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7099 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7100 find out what's wrong with it.
7103 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7105 The other common problem with the above code is people who write the
7106 \c{TIMES} line as
7108 \c         TIMES 510-$ DB 0
7110 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7111 the difference between them is also a pure number and can happily be
7112 fed to \c{TIMES}.
7114 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7115 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7116 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7117 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7118 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7119 information back to the expression evaluator. So from the
7120 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7121 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7122 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7123 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7125 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7126 line in the form
7128 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7130 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7131 and so their difference is a pure number. This will solve the
7132 problem and generate sensible code.
7135 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7137 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7138 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7139 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7140 \i\c{bugtracker} at
7141 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7142 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7143 contacts in \k{contact}.
7145 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7146 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7147 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7148 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7149 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7150 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7151 there.
7153 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7154 information:
7156 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7157 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7159 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7160 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7161 you were using the standard distribution binaries out of the
7162 archive. If you were using a locally built executable, try to
7163 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7164 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7167 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7168 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7169 \c{NASMENV} environment variable if any.
7171 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7172 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7173 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7174 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7175 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7176 compiler, what version, and what command line or options you used.
7177 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7178 with the command-line version of the compiler.)
7180 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7181 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7182 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7183 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7184 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7185 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7186 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7187 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7188 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7189 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7190 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7191 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7192 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7194 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7195 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7196 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7197 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7198 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7199 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7200 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7201 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7202 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7203 should be 77 instead'.
7205 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7206 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7207 generates the same file, or whether the problem is related to
7208 portability issues between our development platforms and yours. We
7209 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7210 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7211 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7212 for us.
7214 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7215 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7216 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7217 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7218 differently from us.
7221 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7223                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7225 \H{ndisintro} Introduction
7228 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7229 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7230 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7231 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7232 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7234 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7235 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7236 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7237 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7238 disassembles.
7241 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7243 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7244 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7245 are on a Unix system.
7248 \H{ndisrun} Running NDISASM
7250 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7252 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7254 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7255 provided of course that you remember to specify which it is to work
7256 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7257 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7259 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7260 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7261 summary of command line options.
7264 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7266 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7267 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7268 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7269 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7270 this.
7272 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7273 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7274 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7275 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7276 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7278 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7280 \c        ndisasm -o100h filename.com
7282 will do the trick.
7285 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7287 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7288 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7289 will faithfully plough through the data section, producing machine
7290 instructions wherever it can (although most of them will look
7291 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7292 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7293 Then it will reach the code section.
7295 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7296 instruction from part of the data section, and its file position is
7297 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7298 entirely possible that another spurious instruction will get
7299 generated, starting with the final byte of the data section, and
7300 then the correct first instruction in the code section will not be
7301 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7302 ideal.
7304 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7305 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7306 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7307 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7308 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7309 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7310 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7311 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7312 the instructions in your code section.
7314 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7315 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7316 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7319 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7321 rather than
7323 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7325 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7326 to, just by repeating the \c{-s} option.
7329 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7330 \I\c{auto-sync}
7332 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7333 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7334 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7335 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7336 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7337 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7338 needed.
7340 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7341 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7342 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7343 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7345 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7346 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7347 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7348 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7349 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7350 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7351 processed, there isn't much it can do about it...)
7353 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7354 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7355 the register contains) or involves a segment address (in which case
7356 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7357 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7359 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7360 points in all the right places, and save you from having to place
7361 any sync points manually. However, it should be stressed that
7362 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7363 you may still have to place some manually.
7365 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7366 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7367 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7368 options.
7370 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7371 fluke, something in your data section should disassemble to a
7372 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7373 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7374 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7375 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7376 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7377 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7378 suppress disassembly of the data area.
7381 \S{ndisother} Other Options
7383 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7384 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7385 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7386 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7388 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7389 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7390 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7391 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7392 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7393 anyway.
7396 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7398 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7399 possible, should be sent to
7400 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7401 developer's site at
7402 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7403 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7404 new features as well.
7406 \A{inslist} \i{Instruction List}
7408 \H{inslistintro} Introduction
7410 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7411 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7412 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7413  when appropriate, one or more usage flags.
7415 \& inslist.src