%error, %warning out on the final pass, add %fatal
[nasm/avx512.git] / doc / nasmdoc.src
blob6b5df2fb438776349b528e315dc49de385f23654
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{-O} \c{-O} option
26 \IR{-P} \c{-P} option
27 \IR{-U} \c{-U} option
28 \IR{-X} \c{-X} option
29 \IR{-a} \c{-a} option
30 \IR{-d} \c{-d} option
31 \IR{-e} \c{-e} option
32 \IR{-f} \c{-f} option
33 \IR{-g} \c{-g} option
34 \IR{-i} \c{-i} option
35 \IR{-l} \c{-l} option
36 \IR{-o} \c{-o} option
37 \IR{-p} \c{-p} option
38 \IR{-s} \c{-s} option
39 \IR{-u} \c{-u} option
40 \IR{-v} \c{-v} option
41 \IR{-w} \c{-w} option
42 \IR{-y} \c{-y} option
43 \IR{-Z} \c{-Z} option
44 \IR{!=} \c{!=} operator
45 \IR{$, here} \c{$}, Here token
46 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
47 \IR{$$} \c{$$} token
48 \IR{%} \c{%} operator
49 \IR{%%} \c{%%} operator
50 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
51 \IA{%-1}{%+1}
52 \IR{%0} \c{%0} parameter count
53 \IR{&} \c{&} operator
54 \IR{&&} \c{&&} operator
55 \IR{*} \c{*} operator
56 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
57 \IR{/} \c{/} operator
58 \IR{//} \c{//} operator
59 \IR{<} \c{<} operator
60 \IR{<<} \c{<<} operator
61 \IR{<=} \c{<=} operator
62 \IR{<>} \c{<>} operator
63 \IR{=} \c{=} operator
64 \IR{==} \c{==} operator
65 \IR{>} \c{>} operator
66 \IR{>=} \c{>=} operator
67 \IR{>>} \c{>>} operator
68 \IR{?} \c{?} MASM syntax
69 \IR{^} \c{^} operator
70 \IR{^^} \c{^^} operator
71 \IR{|} \c{|} operator
72 \IR{||} \c{||} operator
73 \IR{~} \c{~} operator
74 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
75 \IA{%$$}{%$}
76 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
77 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
78 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
79 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
80 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
81 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
82 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
83 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
84 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
85 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
86 variables
87 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
88 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
89 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
90 \IR{autoconf} Autoconf
91 \IR{bin} bin
92 \IR{bitwise and} bitwise AND
93 \IR{bitwise or} bitwise OR
94 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
95 \IR{block ifs} block IFs
96 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
97 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
98 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
99 \IR{bsd} BSD
100 \IR{c calling convention} C calling convention
101 \IR{c symbol names} C symbol names
102 \IA{critical expressions}{critical expression}
103 \IA{command line}{command-line}
104 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
105 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
106 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
107 \IA{character constants}{character constant}
108 \IR{common object file format} Common Object File Format
109 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
110 in \c{elf}
111 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
112 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
113 \IR{declaring structure} declaring structures
114 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
115 \IR{devpac} DevPac
116 \IR{djgpp} DJGPP
117 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
118 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
119 \IR{dos} DOS
120 \IR{dos archive} DOS archive
121 \IR{dos source archive} DOS source archive
122 \IA{effective address}{effective addresses}
123 \IA{effective-address}{effective addresses}
124 \IR{elf} ELF
125 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
126 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
127 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
128 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
129 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
130 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
131 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
132 \IR{freebsd} FreeBSD
133 \IR{freelink} FreeLink
134 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
135 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
136 convention
137 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
138 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
139 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
140 \IR{got} GOT
141 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
142 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
143 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
144 \IR{intel number formats} Intel number formats
145 \IR{linux, elf} Linux, ELF
146 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
147 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
148 \IR{logical and} logical AND
149 \IR{logical or} logical OR
150 \IR{logical xor} logical XOR
151 \IR{masm} MASM
152 \IA{memory reference}{memory references}
153 \IR{minix} Minix
154 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
155 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
156 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
157 \IR{mmx registers} MMX registers
158 \IA{modr/m}{modr/m byte}
159 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
160 \IR{ms-dos} MS-DOS
161 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
162 \IR{multipush} \c{multipush} macro
163 \IR{nan} NaN
164 \IR{nasm version} NASM version
165 \IR{netbsd} NetBSD
166 \IR{omf} OMF
167 \IR{openbsd} OpenBSD
168 \IR{operating system} operating system
169 \IR{os/2} OS/2
170 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
171 \IR{passes} passes, assembly
172 \IR{perl} Perl
173 \IR{pic} PIC
174 \IR{pharlap} PharLap
175 \IR{plt} PLT
176 \IR{plt} \c{PLT} relocations
177 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
178 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
179 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
180 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
181 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
182 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
183 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
184 Object File Format
185 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
186 \IA{repeating}{repeating code}
187 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
188 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
189 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
190 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
191 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
192 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
193 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
194 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
195 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
196 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
197 \IR{shift command} \c{shift} command
198 \IA{sib}{sib byte}
199 \IR{sib byte} SIB byte
200 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
201 \IR{solaris x86} Solaris x86
202 \IA{standard section names}{standardized section names}
203 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
204 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
205 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
206 \IR{tlink} \c{TLINK}
207 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
208 \IR{unicode} Unicode
209 \IR{unix} Unix
210 \IR{utf-8} UTF-8
211 \IR{utf-16} UTF-16
212 \IR{utf-32} UTF-32
213 \IA{sco unix}{unix, sco}
214 \IR{unix, sco} Unix, SCO
215 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
216 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
217 \IA{unix system v}{unix, system v}
218 \IR{unix, system v} Unix, System V
219 \IR{unixware} UnixWare
220 \IR{val} VAL
221 \IR{version number of nasm} version number of NASM
222 \IR{visual c++} Visual C++
223 \IR{www page} WWW page
224 \IR{win32} Win32
225 \IR{win32} Win64
226 \IR{windows} Windows
227 \IR{windows 95} Windows 95
228 \IR{windows nt} Windows NT
229 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
230 \# \IC{program entry point}{start point, program}
231 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
232 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
233 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
236 \C{intro} Introduction
238 \H{whatsnasm} What Is NASM?
240 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
241 for portability and modularity. It supports a range of object file
242 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
243 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
244 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
245 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
246 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
247 strong support for macros.
250 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
252 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
253 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
254 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
255 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
257 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
258 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
260 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
261 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
262 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
263 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
264 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
265 it (properly.)
267 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
268 doesn't seem to have much (or any) documentation.
270 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
271 DOS.
273 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
274 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
275 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
276 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
277 It's expensive too. And it's DOS-only.
279 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
280 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
281 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
282 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
283 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
284 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
285 Again.
288 \S{legal} License Conditions
290 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
291 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
292 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
293 Public License, LGPL.
296 \H{contact} Contact Information
298 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
299 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
300 (see below for the link).
301 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
303 NASM has a \i{WWW page} at
304 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
305 not there, google for us!
308 The original authors are \i{e\-mail}able as
309 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
310 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
311 The latter is no longer involved in the development team.
313 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
314 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
315 and to
316 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
318 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
320 Announcements are posted to
321 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
322 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
323 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
325 If you want information about NASM beta releases, and the current
326 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
327 by registering at
328 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
331 \H{install} Installation
333 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
335 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
336 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
337 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
338 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
340 The archive will contain a set of executable files: the NASM
341 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
342 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
343 RDOFF file format.
345 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
346 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
347 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
348 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
349 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
350 under other versions of Windows as well.)
352 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
353 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
354 so you can delete it if you need to save space; however, you may
355 want to keep the documentation or test programs.
357 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
358 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
359 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
360 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
361 the source archive.
363 Note that a number of files are generated from other files by Perl
364 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
365 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
366 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
367 documentation. It is possible future source distributions may not
368 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
369 platforms, including DOS and Windows, are available from
370 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
373 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
375 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
376 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
377 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
378 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
379 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
381 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
382 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
383 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
384 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
385 accordingly.
387 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
388 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
389 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
390 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
391 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
392 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
393 install the programs yourself.
395 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
396 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
397 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
398 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
401 \C{running} Running NASM
403 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
405 To assemble a file, you issue a command of the form
407 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
409 For example,
411 \c nasm -f elf myfile.asm
413 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
415 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
417 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
419 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
420 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
421 to give a listing file name, for example:
423 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
425 To get further usage instructions from NASM, try typing
427 \c nasm -h
429 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
430 are.
432 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
433 or \c{ELF}, type
435 \c file nasm
437 (in the directory in which you put the NASM binary when you
438 installed it). If it says something like
440 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
442 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
443 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
445 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
447 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
448 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
449 and are rare these days.)
451 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
452 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
453 messages.
456 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
458 NASM will normally choose the name of your output file for you;
459 precisely how it does this is dependent on the object file format.
460 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
461 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
462 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
463 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
464 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
465 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
466 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
467 the output file \c{myfile}.
469 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
470 has the same name as the input file, in which case it will give a
471 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
473 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
474 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
475 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
476 with the name you wish for the output file, either with or without
477 an intervening space. For example:
479 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
480 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
482 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
483 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
486 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
488 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
489 output file format for you itself. In the distribution versions of
490 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
491 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
492 choose what you want the default to be.
494 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
495 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
497 A complete list of the available output file formats can be given by
498 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
501 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
503 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
504 optional space) by a file name, NASM will generate a
505 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
506 code are listed on the left, and the actual source code, with
507 expansions of multi-line macros (except those which specifically
508 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
509 right. For example:
511 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
513 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
514 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
515 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
516 form" (without the brackets). This can be used to list only 
517 sections of interest, avoiding excessively long listings.
520 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
522 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
523 This can be redirected to a file for further processing. For example:
525 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
528 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
530 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
531 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
532 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
533 dependency list without a prefix.
536 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
538 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
539 output to a file, rather than to stdout.  For example:
541 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
544 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
546 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
547 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
548 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
549 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
550 updated dependencies with every assembly session.  For example:
552 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
555 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
557 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
558 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
559 specified by the \c{-o} option.
562 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
564 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
565 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
566 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
567 quotable in Make.
570 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
572 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
573 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
574 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
575 file has been removed.
578 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
580 This option is used to select the format of the debug information
581 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
582 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
583 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
584 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
585 if \c{-F} is specified.
587 A complete list of the available debug file formats for an output
588 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
589 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
591 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which 
592 is not built into NASM by default. For information on how
593 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
596 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
598 This option can be used to generate debugging information in the specified
599 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
600 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
601 If no debug information is currently implemented in the selected output 
602 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
605 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
607 This option can be used to select an error reporting format for any 
608 error messages that might be produced by NASM.
610 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
611 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
612 the default and looks like this:
614 \c filename.asm:65: error: specific error message 
616 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
617 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
618 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
619 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
620 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
622 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
623 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
625 \c filename.asm(65) : error: specific error message
627 where the only difference is that the line number is in parentheses
628 instead of being delimited by colons.  
630 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
632 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
634 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
635 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
636 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
637 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
638 example) you want to load them into an editor.
640 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
641 which causes errors to be sent to the specified files rather than
642 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
643 the errors into a file by typing
645 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
647 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
648 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
649 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
651 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
653 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
654 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
655 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
656 program, you can type:
658 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
660 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
663 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
665 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
666 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
667 search for the given file not only in the current directory, but also
668 in any directories specified on the command line by the use of the
669 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
670 library}, for example, by typing
672 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
674 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
675 optional).
677 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
678 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
679 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
680 prepended exactly as written to the name of the include file.
681 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
682 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
684 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
685 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
686 to search for the file \c{foobar.i}...)
688 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
689 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
690 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
691 \k{nasmenv}).
693 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
694 be specified as \c{-I}.
697 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
699 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
700 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
701 option. So running
703 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
705 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
706 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
708 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
709 option can also be specified as \c{-P}.
712 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
714 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
715 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
716 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
717 could code
719 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
721 as an alternative to placing the directive
723 \c %define FOO 100
725 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
726 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
727 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
728 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
729 \c{-dDEBUG}.
731 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
732 be specified as \c{-D}.
735 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
737 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
738 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
739 option specified earlier on the command lines.
741 For example, the following command line:
743 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
745 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
746 program. This is useful to override options specified at a different
747 point in a Makefile.
749 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
750 be specified as \c{-U}.
753 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
755 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
756 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
757 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
758 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
759 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
760 if the \c{-o} option is also used).
762 This option cannot be applied to programs which require the
763 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
764 which depend on the values of symbols: so code such as
766 \c %assign tablesize ($-tablestart)
768 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
770 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
771 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
772 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
774 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
776 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
777 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
778 completely and assume the compiler has already done it, to save time
779 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
780 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
781 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
784 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
786 NASM defaults to not optimizing operands which can fit into a signed byte.
787 This means that if you want the shortest possible object code,
788 you have to enable optimization.
790 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different levels of optimization.
791 The syntax is:
793 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
794         if a short form is not specified.
796 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
797         which will fit in a signed byte are optimized,
798         unless the long form is specified.
800 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
801         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
802         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
803         has been used (see \k{strict}).  For compatability with earlier
804         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
805         one. This number has no effect on the actual number of passes.
807 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
808 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
811 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
813 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
814 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
816 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
818 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
819 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
820 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
821 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
822 Note that you lose the ability to override the default address type for
823 the instruction.
825 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
826 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
827 \c{include}, \c{local})
829 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
831 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
832 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
833 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
834 conditions are reported like errors, but come up with the word
835 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
836 generating an output file and returning a success status to the
837 operating system.
839 Some conditions are even less severe than that: they are only
840 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
841 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
842 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
843 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
844 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
845 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
847 The \i{suppressible warning} classes are:
849 \b \i\c{error} decides if warnings should be treated as errors.
850 It is disabled by default.
852 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
853 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
854 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
855 you might want to disable it.
857 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
858 warning class is disabled by default.
860 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
861 parameters than optional parameters. This warning class
862 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
864 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
865 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
866 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
867 see \k{syntax} for more information.
869 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
870 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
872 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
873 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
874 This warning class is disabled by default.
876 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
877 Enabled by default.
879 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
880 Disabled by default.
882 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
883 Disabled by default.
885 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
886 Enabled by default.
888 In addition, you can set warning classes across sections.
889 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
890 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
891 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
892 (without the brackets) exists.
895 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
897 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
898 and the date on which it was compiled.
900 You will need the version number if you report a bug.
902 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
904 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
905 debug info formats for the given output format. The default format 
906 is indicated by an asterisk. For example:
908 \c nasm -f elf -y
910 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
911 \c   ('*' denotes default):
912 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
913 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
916 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
918 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
919 (respectively) the given argument to all \c{global} or
920 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
921 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
922 (but not always) likes it.
925 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
927 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
928 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
929 processed before the real command line. You can use this to define
930 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
931 options in the \c{NASMENV} variable.
933 The value of the variable is split up at white space, so that the
934 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
935 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
936 what you might want, because it will be split at the space and the
937 NASM command-line processing will get confused by the two
938 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
940 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
941 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
942 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
943 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
944 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
945 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
947 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
948 changed with version 0.98.31.
951 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
953 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
954 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
955 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
956 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
957 skipping this section.
960 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
962 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
963 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
964 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
965 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
966 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
967 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
968 will distinguish between labels differing only in case.
971 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
973 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
974 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
975 practical, for the user to look at a single line of NASM code
976 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
977 if you declare, for example,
979 \c foo     equ     1
980 \c bar     dw      2
982 then the two lines of code
984 \c         mov     ax,foo
985 \c         mov     ax,bar
987 generate completely different opcodes, despite having
988 identical-looking syntaxes.
990 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
991 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
992 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
993 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
994 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
995 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
996 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
997 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
999 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1000 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1001 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1002 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1003 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1004 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1006 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1007 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1008 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1009 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1010 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1011 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1012 \e{everything} is a label.
1014 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1015 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1016 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1017 portion outside square brackets and another portion inside. The
1018 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1019 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1022 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1024 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1025 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1026 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1027 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1028 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1029 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1030 \c{mov word [var],2}.
1032 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1033 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1034 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1035 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1036 the strings being manipulated.
1039 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1041 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1042 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1043 choose to put in your segment registers, and will never
1044 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1047 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1049 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1050 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1051 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1052 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1053 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1054 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1055 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1056 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1057 track of which external variable definitions are far and which are
1058 near.
1061 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1063 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1064 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1065 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1066 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1068 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1069 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1070 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1071 on a misunderstanding by the authors.
1074 \S{qsother} Other Differences
1076 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1077 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1079 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1080 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1081 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1082 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1083 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1084 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1085 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1087 In addition to all of this, macros and directives work completely
1088 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1089 details.
1092 \C{lang} The NASM Language
1094 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1096 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1097 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1098 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1100 \c label:    instruction operands        ; comment
1102 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1103 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1104 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1105 presence and nature of the instruction field.
1107 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1108 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1109 backslash-ended line.
1111 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1112 have white space before them, or instructions may have no space
1113 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1114 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1115 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1116 valid source line which does nothing but define a label. Running
1117 NASM with the command-line option
1118 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1119 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1121 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1122 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1123 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1124 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1125 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1126 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1127 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1128 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1129 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1130 an identifier is 4095 characters.
1132 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1133 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1134 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1135 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1136 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1137 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1138 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1139 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1140 override}segment register as an instruction prefix: coding
1141 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1142 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1143 syntactic features of the language, but for instructions such as
1144 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1145 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1146 \c{es lodsb}.
1148 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1149 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1150 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1152 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1153 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1155 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1156 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1157 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1158 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1159 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1160 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1162 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1163 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1164 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1165 \# Details of
1166 \# all forms of each supported instruction are given in
1167 \# \k{iref}.
1168 For example, you can code:
1170 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1171 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1173 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1174 \c         fadd    to st1          ; so does this
1176 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1177 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1178 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1181 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1183 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1184 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1185 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1186 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1187 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1188 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1189 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1190 prefix.
1193 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1195 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1196 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1197 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1198 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1200 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1201 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1202 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1203 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1204 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1205 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1206 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1207 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1208 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1209 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1210 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1211 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1212 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1214 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1217 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1219 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1220 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1221 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1222 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1223 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1224 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1225 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1226 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1227 expression}: see \k{crit}.
1229 For example:
1231 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1232 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1233 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1234 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1236 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1238 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1239 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1240 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1241 directly into a game executable file. It can be called in one of
1242 these three ways:
1244 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1245 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1246 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1247 \c                                    ; actually include at most 512
1249 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1250 macro version searches for the file in the include file search path
1251 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1252 overridden if desired.
1255 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1257 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1258 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1259 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1260 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1261 example,
1263 \c message         db      'hello, world'
1264 \c msglen          equ     $-message
1266 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1267 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1268 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1269 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1270 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1271 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1274 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1276 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1277 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1278 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1279 code
1281 \c zerobuf:        times 64 db 0
1283 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1284 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1285 \e{expression}, so you can do things like
1287 \c buffer: db      'hello, world'
1288 \c         times 64-$+buffer db ' '
1290 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1291 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1292 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1294 \c         times 100 movsb
1296 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1297 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1298 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1300 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1302 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1303 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1304 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1305 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1306 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1309 \H{effaddr} Effective Addresses
1311 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1312 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1313 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1314 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1315 example:
1317 \c wordvar dw      123
1318 \c         mov     ax,[wordvar]
1319 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1320 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1322 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1323 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1325 More complicated effective addresses, such as those involving more
1326 than one register, work in exactly the same way:
1328 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1329 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1331 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1332 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1333 all right:
1335 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1336 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1338 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1339 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1340 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1341 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1342 generate the latter on the grounds that the former requires four
1343 bytes to store a zero offset.
1345 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1346 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1347 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1348 default segment registers.
1350 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1351 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1352 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1353 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1354 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1355 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1356 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1357 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1358 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1359 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1360 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1362 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1363 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1364 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1365 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1366 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1367 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1368 the offset to be lost.
1370 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1371 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1372 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1373 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1374 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1375 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1377 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1378 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1379 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1380 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1383 \H{const} \i{Constants}
1385 NASM understands four different types of constant: numeric,
1386 character, string and floating-point.
1389 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1391 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1392 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1393 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1394 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1395 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1396 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1397 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1398 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1400 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1401 up long strings.
1403 Some examples:
1405 \c         mov     ax,100          ; decimal
1406 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1407 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1408 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1409 \c         mov     ax,777q         ; octal
1410 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1411 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1412 \c         mov     ax,1001_0011b   ; same binary constant
1415 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1417 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1418 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1419 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1420 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1421 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1422 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1423 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1426 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1428 \c       \'          single quote (')
1429 \c       \"          double quote (")
1430 \c       \`          backquote (`)
1431 \c       \\\          backslash (\)
1432 \c       \?          question mark (?)
1433 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1434 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1435 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1436 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1437 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1438 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1439 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1440 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1441 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1442 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1443 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1444 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1446 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1447 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1448 sequence.
1450 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1451 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1453 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1454 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1455 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1458 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1460 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1461 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1463 A character constant with more than one byte will be arranged
1464 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1466 \c           mov eax,'abcd'
1468 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1469 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1470 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1471 the sense of character constants understood by the Pentium's
1472 \i\c{CPUID} instruction.
1475 \S{strconst} \i{String Constants}
1477 String constants are character strings used in the context of some
1478 pseudo-instructions, namely the
1479 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1480 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1481 certain preprocessor directives.
1483 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1484 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1485 for the conditions. So the following are equivalent:
1487 \c       db    'hello'               ; string constant
1488 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1490 And the following are also equivalent:
1492 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1493 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1494 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1496 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1497 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1498 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1499 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1500 or four-character constants are treated as strings when they are
1501 operands to \c{DW}, and so forth.
1503 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1505 The special operators \i\c{__utf16__} and \i\c{__utf32__} allows
1506 definition of Unicode strings.  They take a string in UTF-8 format and
1507 converts it to (littleendian) UTF-16 or UTF-32, respectively.
1509 For example:
1511 \c %define u(x) __utf16__(x)
1512 \c %define w(x) __utf32__(x)
1514 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1515 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1517 \c{__utf16__} and \c{__utf32__} can be applied either to strings
1518 passed to the \c{DB} family instructions, or to character constants in
1519 an expression context.  
1521 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1523 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1524 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1525 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1526 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1527 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1528 \i\c{__float128h__}.
1530 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1531 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1532 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1533 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1534 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1535 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1536 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1537 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1538 notation.
1540 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1541 floating-point constants as well.
1543 Some examples:
1545 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1546 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1547 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1548 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1549 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1550 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1551 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1552 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1553 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1554 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1555 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1557 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1558 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1559 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1560 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1561 called a "\i{minifloat}."
1563 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1564 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1565 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1566 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1567 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1568 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1569 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1570 floating-point number, respectively.
1572 For example:
1574 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1576 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1577 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1579 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1581 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1582 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1583 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1584 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1585 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1586 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1587 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1588 of floating-point routines, which would significantly increase the
1589 size of the assembler for very little benefit.
1591 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1592 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1593 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1594 respectively.  These are normally used as macros:
1596 \c %define Inf __Infinity__
1597 \c %define NaN __QNaN__
1599 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1601 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1603 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1604 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1605 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1607 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1608 digits.
1610 For example:
1612 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1613 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1614 \c       dt +0p33
1615 \c       dt 33p
1618 \H{expr} \i{Expressions}
1620 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1621 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1622 appropriate size.
1624 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1625 calculations to involve the current assembly position: the
1626 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1627 position at the beginning of the line containing the expression; so
1628 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1629 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1630 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1632 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1633 increasing order of \i{precedence}.
1636 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1638 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1639 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1640 arithmetic operator supported by NASM.
1643 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1645 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1648 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1650 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1653 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1655 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1656 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1657 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1658 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1659 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1662 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1663 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1665 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1666 subtraction.
1669 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1670 \i{Multiplication} and \i{Division}
1672 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1673 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1674 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1675 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1676 \i{signed modulo} operators respectively.
1678 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1679 operation of the signed modulo operator.
1681 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1682 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1683 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1686 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1687 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1689 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1690 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1691 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1692 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1693 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1694 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1697 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1699 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1700 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1701 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1702 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1704 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1705 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1706 the symbol makes sense. So the code
1708 \c         mov     ax,seg symbol
1709 \c         mov     es,ax
1710 \c         mov     bx,symbol
1712 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1714 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1715 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1716 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1717 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1718 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1720 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1721 \c         mov     es,ax
1722 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1724 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1725 pointer to the symbol \c{symbol}.
1727 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1728 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1729 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1730 could code either of
1732 \c         call    (seg procedure):procedure
1733 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1735 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1736 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1737 practice.)
1739 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1740 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1741 to \c{CALL} in these examples.
1743 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1744 must code
1746 \c         dw      symbol, seg symbol
1748 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1749 invent one using the macro processor.
1752 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1754 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1755 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1756 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1757 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1758 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1759 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1760 in \c{BITS 16} mode,
1762 \c         push dword 33
1764 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1766 \c         push strict dword 33
1768 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1769 21 00 00 00}.
1771 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1772 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1775 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1777 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1778 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1779 called \e{Critical Expressions}.
1781 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1782 code and data, so that the second pass, when generating all the
1783 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1784 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1785 symbol declared after the code in question. For example,
1787 \c         times (label-$) db 0
1788 \c label:  db      'Where am I?'
1790 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1791 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1792 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1793 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1794 code
1796 \c         times (label-$+1) db 0
1797 \c label:  db      'NOW where am I?'
1799 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1800 wrong!
1802 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1803 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1804 value is required to be computable in the first pass, and which must
1805 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1806 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1808 \H{locallab} \i{Local Labels}
1810 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1811 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1812 label, which means that it is associated with the previous non-local
1813 label. So, for example:
1815 \c label1  ; some code
1817 \c .loop
1818 \c         ; some more code
1820 \c         jne     .loop
1821 \c         ret
1823 \c label2  ; some code
1825 \c .loop
1826 \c         ; some more code
1828 \c         jne     .loop
1829 \c         ret
1831 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1832 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1833 are kept separate by virtue of each being associated with the
1834 previous non-local label.
1836 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1837 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1838 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1839 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1840 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1841 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1842 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1843 to, you could write
1845 \c label3  ; some more code
1846 \c         ; and some more
1848 \c         jmp label1.loop
1850 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1851 define a label which can be referenced from anywhere but which
1852 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1853 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1854 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1855 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1856 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1857 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1858 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1859 to the local label mechanism. So you could code
1861 \c label1:                         ; a non-local label
1862 \c .local:                         ; this is really label1.local
1863 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1864 \c label2:                         ; another non-local label
1865 \c .local:                         ; this is really label2.local
1867 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1869 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1870 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1871 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1874 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1876 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1877 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1878 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1879 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1880 sign.
1882 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1883 character into a single line.  Thus:
1885 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1886 \c         THIS_VALUE
1888 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1889 sequence.
1891 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1893 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1895 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1896 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1897 things like
1899 \c %define ctrl    0x1F &
1900 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1902 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1904 which will expand to
1906 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1908 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1909 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1910 not at definition time. Thus the code
1912 \c %define a(x)    1+b(x)
1913 \c %define b(x)    2*x
1915 \c         mov     ax,a(8)
1917 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1918 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1920 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1921 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1922 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1923 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1924 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1925 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1926 \c{bar}.
1928 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1929 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1930 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1931 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1932 Hence, if you code
1934 \c %define a(x)    1+a(x)
1936 \c         mov     ax,a(3)
1938 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1939 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1940 for an example of its use.
1942 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1943 macros: if you write
1945 \c %define foo(x)   1+x
1946 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1948 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1949 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1950 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1951 you define
1953 \c %define foo bar
1955 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1956 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1957 \e{with} parameters, and vice versa.
1959 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1960 perfectly well define a macro with
1962 \c %define foo bar
1964 and then re-define it later in the same source file with
1966 \c %define foo baz
1968 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1969 according to the most recent definition. This is particularly useful
1970 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1972 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1973 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1976 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1978 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1979 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1980 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1981 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1982 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
1984 Suppose you have the following code:
1986 \c %define  isTrue  1
1987 \c %define  isFalse isTrue
1988 \c %define  isTrue  0
1990 \c val1:    db      isFalse
1992 \c %define  isTrue  1
1994 \c val2:    db      isFalse
1996 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1997 This is because, when a single-line macro is defined using
1998 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1999 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2000 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2001 time it is 1.
2003 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2004 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2005 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2007 \c %xdefine isTrue  1
2008 \c %xdefine isFalse isTrue
2009 \c %xdefine isTrue  0
2011 \c val1:    db      isFalse
2013 \c %xdefine isTrue  1
2015 \c val2:    db      isFalse
2017 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2018 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2019 the time that \c{isFalse} was defined.
2022 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2024 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2025 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2026 several similar macros that perform similar functions.
2028 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2029 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2031 As an example, consider the following:
2033 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2035 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2036 \c         .COM1addr       RESW    1
2037 \c         .COM2addr       RESW    1
2038 \c         ; ..and so on
2039 \c endstruc
2041 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2042 we can end up with:
2044 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2045 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2047 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2048 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2050 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2052 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2054 Now the above code can be written as:
2056 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2057 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2059 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2060 in turn, reduce typing errors).
2063 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2065 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2066 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2067 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2068 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2069 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2070 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2072 For example:
2074 \c %idefine Foo mov %?,%??
2076 \c         foo
2077 \c         FOO
2079 will expand to:
2081 \c         mov foo,Foo
2082 \c         mov FOO,Foo
2084 The sequence:
2086 \c %idefine keyword $%?
2088 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2089 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2091 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2093 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2095 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2096 example, the following sequence:
2098 \c %define foo bar
2099 \c %undef  foo
2101 \c         mov     eax, foo
2103 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2104 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2106 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2107 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2108 \k{opt-u}.
2111 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2113 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2114 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2115 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2116 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2118 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2119 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2120 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2121 \c{%assign} directive is processed.
2123 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2124 later, so you can do things like
2126 \c %assign i i+1
2128 to increment the numeric value of a macro.
2130 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2131 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2132 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2134 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2135 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2136 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2137 involving a register).
2140 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2142 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2143 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2144 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2145 before definition.
2147 For example:
2149 \c %defstr test TEST
2151 is equivalent to
2153 \c %define test 'TEST'
2155 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2156 \k{getenv}):
2158 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2161 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2163 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2164 supports two simple string handling macro operators from which
2165 more complex operations can be constructed.
2167 All the string operators define or redefine a value (either a string
2168 or a numeric value) to a single-line macro.
2170 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2172 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2173 a single-line macro.  In doing so, it may change the type of quotes
2174 and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings in order to
2175 make sure the string is still a valid quoted string.
2177 For example:
2179 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2181 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2182 Similarly:
2184 \c %strcat beta '"', "'"
2186 ... would assign the value \c{`"'`} to \c{beta}.
2188 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2191 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2193 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2194 For example:
2196 \c %strlen charcnt 'my string'
2198 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2199 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2200 was a literal string but it could also have been a single-line
2201 macro that expands to a string, as in the following example:
2203 \c %define sometext 'my string'
2204 \c %strlen charcnt sometext
2206 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2207 assigned the value of 9.
2210 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2212 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2213 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2214 than the description:
2216 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2217 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2218 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2219 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2220 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2221 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2223 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2224 single-line macro to be created and the second is the string. The
2225 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2226 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2227 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2228 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2229 values out of range result in an empty string.  A negative length
2230 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2231 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2234 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2236 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2237 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2238 this.
2240 \c %macro  prologue 1
2242 \c         push    ebp
2243 \c         mov     ebp,esp
2244 \c         sub     esp,%1
2246 \c %endmacro
2248 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2249 invoke the macro with a call such as
2251 \c myfunc:   prologue 12
2253 which would expand to the three lines of code
2255 \c myfunc: push    ebp
2256 \c         mov     ebp,esp
2257 \c         sub     esp,12
2259 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2260 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2261 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2262 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2263 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2264 \c{%3} and so on.
2266 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2267 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2269 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2270 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2271 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2272 things like
2274 \c %macro  silly 2
2276 \c     %2: db      %1
2278 \c %endmacro
2280 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2281 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2282 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2285 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2287 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2288 defining the same macro name several times with different numbers of
2289 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2290 parameters at all. So you could define
2292 \c %macro  prologue 0
2294 \c         push    ebp
2295 \c         mov     ebp,esp
2297 \c %endmacro
2299 to define an alternative form of the function prologue which
2300 allocates no local stack space.
2302 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2303 instruction; for example, you might want to define
2305 \c %macro  push 2
2307 \c         push    %1
2308 \c         push    %2
2310 \c %endmacro
2312 so that you could code
2314 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2315 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2317 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2318 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2319 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2320 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2321 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2322 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2325 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2327 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2328 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2329 calling the same macro multiple times will use a different label
2330 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2331 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2332 flag is set by doing this:
2334 \c %macro  retz 0
2336 \c         jnz     %%skip
2337 \c         ret
2338 \c     %%skip:
2340 \c %endmacro
2342 You can call this macro as many times as you want, and every time
2343 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2344 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2345 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2346 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2347 interfering with the local label mechanism, as described in
2348 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2349 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2350 they interfere with macro-local labels.
2353 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2355 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2356 command line into one parameter definition, possibly after
2357 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2358 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2359 you might want to be able to write
2361 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2363 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2364 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2365 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2366 the last defined one along with the separating commas. So if you
2367 code:
2369 \c %macro  writefile 2+
2371 \c         jmp     %%endstr
2372 \c   %%str:        db      %2
2373 \c   %%endstr:
2374 \c         mov     dx,%%str
2375 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2376 \c         mov     bx,%1
2377 \c         mov     ah,0x40
2378 \c         int     0x21
2380 \c %endmacro
2382 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2383 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2384 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2385 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2386 \c{db}.
2388 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2389 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2390 \c{%macro} line.
2392 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2393 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2394 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2395 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2396 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2397 into account when overloading macros, and will not allow you to
2398 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2399 example).
2401 Of course, the above macro could have been implemented as a
2402 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2403 look like
2405 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2407 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2408 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2409 definition.
2411 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2414 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2416 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2417 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2418 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2420 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2422 \c         writefile 2,%1
2423 \c         mov     ax,0x4c01
2424 \c         int     0x21
2426 \c %endmacro
2428 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2429 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2430 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2431 called with no parameters, in which case it will use the default
2432 error message supplied in the macro definition.
2434 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2435 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2436 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2437 optional ones. So if a macro definition began with the line
2439 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2441 then it could be called with between one and three parameters, and
2442 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2443 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2444 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2446 You can provide extra information to a macro by providing
2447 too many default parameters:
2449 \c %macro quux 1 something
2451 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2452 more information.
2453 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2454 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2455 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2456 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2457 when the macro is defined, not when it is expanded.
2459 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2460 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2461 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2462 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2463 parameters were really passed to the macro call.
2465 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2466 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2467 and more useful, by changing the first line of the definition to
2469 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2471 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2472 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2473 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2476 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2478 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2479 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2480 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2481 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2482 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2483 Examples are given in \k{rotate}.
2486 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2488 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2489 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2490 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2491 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2492 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2493 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2495 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2496 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2497 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2498 argument list reappear on the right, and vice versa.
2500 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2501 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2502 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2503 parameters are rotated to the right.
2505 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2506 restore a set of registers might work as follows:
2508 \c %macro  multipush 1-*
2510 \c   %rep  %0
2511 \c         push    %1
2512 \c   %rotate 1
2513 \c   %endrep
2515 \c %endmacro
2517 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2518 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2519 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2520 one place to the left, so that the original second argument is now
2521 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2522 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2523 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2525 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2526 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2527 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2529 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2530 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2531 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2532 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2533 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2534 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2535 order from the one in which they were pushed.
2537 This can be done by the following definition:
2539 \c %macro  multipop 1-*
2541 \c   %rep %0
2542 \c   %rotate -1
2543 \c         pop     %1
2544 \c   %endrep
2546 \c %endmacro
2548 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2549 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2550 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2551 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2552 iterated through in reverse order.
2555 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2557 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2558 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2559 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2560 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2561 something like
2563 \c %macro keytab_entry 2
2565 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2566 \c                 db      %2
2568 \c %endmacro
2570 \c keytab:
2571 \c           keytab_entry F1,128+1
2572 \c           keytab_entry F2,128+2
2573 \c           keytab_entry Return,13
2575 which would expand to
2577 \c keytab:
2578 \c keyposF1        equ     $-keytab
2579 \c                 db     128+1
2580 \c keyposF2        equ     $-keytab
2581 \c                 db      128+2
2582 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2583 \c                 db      13
2585 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2586 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2588 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2589 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2590 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2591 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2592 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2593 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2594 (literal text to be concatenated to the parameter).
2596 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2597 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2598 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2599 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2600 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2601 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2602 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2603 real names of macro-local labels means that the two usages
2604 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2605 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2608 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2610 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2611 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2612 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2613 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2614 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2615 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2616 condition code.
2618 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2619 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2620 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2621 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2623 \c %macro  retc 1
2625 \c         j%-1    %%skip
2626 \c         ret
2627 \c   %%skip:
2629 \c %endmacro
2631 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2632 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2633 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2634 \c{JPE}.
2636 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2637 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2638 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2639 because no inverse condition code exists.
2642 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2644 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2645 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2646 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2647 see which instructions in the macro expansion are generating what
2648 code; however, for some macros this clutters the listing up
2649 unnecessarily.
2651 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2652 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2653 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2654 the number of parameters, like this:
2656 \c %macro foo 1.nolist
2658 Or like this:
2660 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2662 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2664 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2665 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2666 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2667 that argument specification.
2669 For example:
2671 \c %macro foo 1-3
2672 \c         ; Do something
2673 \c %endmacro
2674 \c %unmacro foo 1-3
2676 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2678 \c %unmacro bar 1-3
2679 \c         ; Do something
2680 \c %endmacro
2681 \c %unmacro bar 1
2683 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2684 specification does not match exactly.
2686 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2688 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2689 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2690 syntax of this feature looks like this:
2692 \c %if<condition>
2693 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2694 \c %elif<condition2>
2695 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2696 \c %else
2697 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2698 \c %endif
2700 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2702 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2703 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2705 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2706 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2707 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2708 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2710 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2711 single-line macro existence}
2713 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2714 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2715 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2716 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2718 For example, when debugging a program, you might want to write code
2719 such as
2721 \c           ; perform some function
2722 \c %ifdef DEBUG
2723 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2724 \c %endif
2725 \c           ; go and do something else
2727 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2728 version of the program which produced debugging messages, and remove
2729 the option to generate the final release version of the program.
2731 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2732 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2733 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2734 \i\c{%elifndef}.
2737 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2738 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2740 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2741 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2743 For example, you may be working with a large project and not have control
2744 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2745 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2746 does exist.
2748 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2749 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2751 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2753 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2755 \c %else
2757 \c      %macro MyMacro 1-3
2759 \c              ; insert code to define the macro
2761 \c      %endmacro
2763 \c %endif
2765 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2766 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2767 conflict.
2769 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2770 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2771 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2774 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2775 stack}
2777 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2778 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2779 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2780 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2781 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2783 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2784 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2787 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2788 arbitrary numeric expressions}
2790 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2791 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2792 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2793 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2794 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2796 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2797 a critical expression (see \k{crit}).
2799 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2800 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2801 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2802 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2803 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2804 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2805 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2806 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2807 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2808 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2809 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2810 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2811 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2812 for true and 0 for false.
2814 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2815 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2817 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2818 Identity\I{testing, exact text identity}
2820 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2821 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2822 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2823 Differences in white space are not counted.
2825 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2827 For example, the following macro pushes a register or number on the
2828 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2830 \c %macro  pushparam 1
2832 \c   %ifidni %1,ip
2833 \c         call    %%label
2834 \c   %%label:
2835 \c   %else
2836 \c         push    %1
2837 \c   %endif
2839 \c %endmacro
2841 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2842 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2843 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2844 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2846 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2847 Types\I{testing, token types}
2849 Some macros will want to perform different tasks depending on
2850 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2851 example, a string output macro might want to be able to cope with
2852 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2853 string.
2855 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2856 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2857 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2858 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2859 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2861 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2862 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2864 \c %macro writefile 2-3+
2866 \c   %ifstr %2
2867 \c         jmp     %%endstr
2868 \c     %if %0 = 3
2869 \c       %%str:    db      %2,%3
2870 \c     %else
2871 \c       %%str:    db      %2
2872 \c     %endif
2873 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2874 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2875 \c   %else
2876 \c                 mov     dx,%2
2877 \c                 mov     cx,%3
2878 \c   %endif
2879 \c                 mov     bx,%1
2880 \c                 mov     ah,0x40
2881 \c                 int     0x21
2883 \c %endmacro
2885 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2886 the following two ways:
2888 \c         writefile [file], strpointer, length
2889 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2891 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2892 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2893 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2894 it itself and works out the address and length for itself.
2896 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2897 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2898 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2899 which case, all but the first two would be lumped together into
2900 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2902 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
2903 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
2904 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
2905 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2907 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
2909 Some macros will want to do different things depending on if it is
2910 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2911 versus a multi-token sequence.
2913 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2914 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2915 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2917 For example:
2919 \c %iftoken 1
2921 will assemble the subsequent code, but
2923 \c %iftoken -1
2925 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
2926 \c{-}, and the number \c{1}.
2928 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2929 variants are also provided.
2931 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
2933 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2934 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2935 any tokens at all, whitespace excepted.
2937 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2938 variants are also provided.
2940 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2942 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2943 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2944 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2945 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2947 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2948 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2949 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2950 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2952 \c %assign i 0
2953 \c %rep    64
2954 \c         inc     word [table+2*i]
2955 \c %assign i i+1
2956 \c %endrep
2958 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2959 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2960 \c{[table+126]}.
2962 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2963 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2964 terminate the loop, like this:
2966 \c fibonacci:
2967 \c %assign i 0
2968 \c %assign j 1
2969 \c %rep 100
2970 \c %if j > 65535
2971 \c     %exitrep
2972 \c %endif
2973 \c         dw j
2974 \c %assign k j+i
2975 \c %assign i j
2976 \c %assign j k
2977 \c %endrep
2979 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2981 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2982 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2983 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2984 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2985 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2986 be gradually used up and other applications to start crashing.
2989 \H{files} Source Files and Dependencies
2991 These commands allow you to split your sources into multiple files.
2993 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files} 
2995 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2996 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2997 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2999 \c %include "macros.mac"
3001 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3002 file containing the \c{%include} directive.
3004 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3005 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3006 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3007 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3008 line using the \c{-i} option.
3010 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3011 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3012 the form
3014 \c %ifndef MACROS_MAC
3015 \c     %define MACROS_MAC
3016 \c     ; now define some macros
3017 \c %endif
3019 then including the file more than once will not cause errors,
3020 because the second time the file is included nothing will happen
3021 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3023 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3024 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3025 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3028 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3030 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3031 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3032 be the include-path-resolved verson of the filename, if the file
3033 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3035 For example,
3037 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3039 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3040 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3043 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3045 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3046 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3047 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3049 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3050 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3051 \c{INCBIN} directive looks like:
3053 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3054 \c %pathsearch dep %1
3055 \c %depend dep
3056 \c         incbin dep,%2
3057 \c %endmacro
3059 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3060 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3061 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3064 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3066 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3067 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3068 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3069 described in \k{macropkg}.
3071 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3072 directive do not require quotes, but quotes are permitted; using
3073 quotes will prevent unwanted macro expansion.  Thus, the following
3074 lines are equivalent, unless \c{altreg} is defined as a macro:
3076 \c %use altreg
3077 \c %use 'altreg'
3079 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3080 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3081 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3083 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3085 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3086 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3087 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3088 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3089 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3090 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3091 able to nest these loops.
3093 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3094 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3095 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3096 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3097 define labels that are local to a particular context on the stack.
3100 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3101 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3103 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3104 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
3105 which is the name of the context. For example:
3107 \c %push    foobar
3109 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
3110 have several contexts on the stack with the same name: they can
3111 still be distinguished.
3113 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
3114 context from the context stack and destroys it, along with any
3115 labels associated with it.
3118 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3120 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3121 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3122 is used to define a label which is local to the context on the top
3123 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3124 above could be implemented by means of:
3126 \c %macro repeat 0
3128 \c     %push   repeat
3129 \c     %$begin:
3131 \c %endmacro
3133 \c %macro until 1
3135 \c         j%-1    %$begin
3136 \c     %pop
3138 \c %endmacro
3140 and invoked by means of, for example,
3142 \c         mov     cx,string
3143 \c         repeat
3144 \c         add     cx,3
3145 \c         scasb
3146 \c         until   e
3148 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3149 in \c{AL}.
3151 If you need to define, or access, labels local to the context
3152 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3153 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3156 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3158 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3159 a particular context, in just the same way:
3161 \c %define %$localmac 3
3163 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3164 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3165 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3168 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3170 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3171 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3172 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3173 have the side effect of destroying all context-local labels and
3174 macros associated with the context that was just popped.
3176 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3177 with a different name, without touching the associated macros and
3178 labels. So you could replace the destructive code
3180 \c %pop
3181 \c %push   newname
3183 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3186 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3188 This example makes use of almost all the context-stack features,
3189 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3190 implement a block IF statement as a set of macros.
3192 \c %macro if 1
3194 \c     %push if
3195 \c     j%-1  %$ifnot
3197 \c %endmacro
3199 \c %macro else 0
3201 \c   %ifctx if
3202 \c         %repl   else
3203 \c         jmp     %$ifend
3204 \c         %$ifnot:
3205 \c   %else
3206 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3207 \c   %endif
3209 \c %endmacro
3211 \c %macro endif 0
3213 \c   %ifctx if
3214 \c         %$ifnot:
3215 \c         %pop
3216 \c   %elifctx      else
3217 \c         %$ifend:
3218 \c         %pop
3219 \c   %else
3220 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3221 \c   %endif
3223 \c %endmacro
3225 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3226 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3227 that the macros are issued in the right order (for example, not
3228 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3229 not.
3231 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3232 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3233 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3234 to do different things depending on whether the context on top of
3235 the stack is \c{if} or \c{else}.
3237 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3238 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3239 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3240 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3241 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3243 A sample usage of these macros might look like:
3245 \c         cmp     ax,bx
3247 \c         if ae
3248 \c                cmp     bx,cx
3250 \c                if ae
3251 \c                        mov     ax,cx
3252 \c                else
3253 \c                        mov     ax,bx
3254 \c                endif
3256 \c         else
3257 \c                cmp     ax,cx
3259 \c                if ae
3260 \c                        mov     ax,cx
3261 \c                endif
3263 \c         endif
3265 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3266 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3267 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3268 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3271 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3273 The following preprocessor directives provide a way to use
3274 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3276 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3278 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3280 \b\c{%local}  (see \k{local})
3283 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3285 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3286 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3287 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3289 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3290 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3291 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3292 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3294 \c some_function:
3296 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3297 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3298 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3300 \c         mov     ax,[i]
3301 \c         mov     bx,[j_ptr]
3302 \c         add     ax,[bx]
3303 \c         ret
3305 \c     %pop                       ; restore original context
3307 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3308 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3309 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3310 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3313 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3315 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3316 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3317 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3318 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3319 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3321 \c %stacksize flat
3323 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3324 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3325 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3327 \c %stacksize flat64
3329 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3330 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3331 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3333 \c %stacksize large
3335 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3336 assumes that a far form of call was used to get to this address
3337 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3339 \c %stacksize small
3341 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3342 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3343 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3344 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3345 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3346 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3347 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3348 (see \k{local}).
3351 \S{local} \i\c{%local} Directive
3353 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3354 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3355 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3356 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3357 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3358 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3359 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3360 instruction.
3361 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3362 An example of its use is the following:
3364 \c silly_swap:
3366 \c     %push mycontext             ; save the current context
3367 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3368 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3369 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3371 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3372 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3373 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3374 \c         mov     ax,bx
3375 \c         mov     dx,cx
3376 \c         mov     bx,[old_ax]
3377 \c         mov     cx,[old_dx]
3378 \c         leave                   ; restore old bp
3379 \c         ret                     ;
3381 \c     %pop                        ; restore original context
3383 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3384 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3385 current context before the \c{%local} directive may be used.
3386 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3387 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3388 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3389 as shown in the example.
3392 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3394 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3395 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3396 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3397 right macros by means of code like this:
3399 \c %ifdef F1
3400 \c     ; do some setup
3401 \c %elifdef F2
3402 \c     ; do some different setup
3403 \c %else
3404 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3405 \c %endif
3407 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3408 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3409 having to wait until the program crashes on being run and then not
3410 knowing what went wrong.
3412 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3414 \c %ifdef F1
3415 \c     ; do some setup
3416 \c %elifdef F2
3417 \c     ; do some different setup
3418 \c %else
3419 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3420 \c     %define F1
3421 \c %endif
3423 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3424 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3425 depend on symbol values.
3427 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3428 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3429 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3430 messages.
3432 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3433 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3434 are expanded in it, which can be used to display more information to
3435 the user.  For example:
3437 \c %if foo > 64
3438 \c   %assign foo_over foo-64
3439 \c   %error foo is foo_over bytes too large
3440 \c %endif
3443 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3445 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3446 information from external sources. Currently they include:
3448 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3449 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3451 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of the cpp
3452 C language preprocessor (see \k{line}).
3454 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3455 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3457 \S{line} \i\c{%line} Directive
3459 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3460 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3461 this other file would be an original source file, with the current
3462 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3463 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3464 number of the original source file, instead of the file that is being
3465 read by NASM.
3467 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3468 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3469 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3471 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3473 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3474 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3475 which specifies a line increment value; each line of the input file
3476 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3477 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3478 specifies the file name of the original source file.
3480 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3481 all file name and line numbers relative to the values specified
3482 therein.
3485 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3487 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3488 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3489 to store the contents of an environment variable into a string, which
3490 could be used at some other point in your code.
3492 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3493 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3494 could do that as follows:
3496 \c %defstr FOO    %!FOO
3498 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3501 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3503 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3504 when it starts to process any source file. If you really need a
3505 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3506 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3507 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3509 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3510 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3511 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3512 described here.
3515 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3517 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3518 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3519 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3520 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3521 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3522 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3523 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3525 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3526 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3529 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3531 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3532 representing the full version number of the version of nasm being used.
3533 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3534 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3535 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3536 would be equivalent to:
3538 \c         dd      0x00622001
3542 \c         db      1,32,98,0
3544 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3545 line is used just to give an indication of the order that the separate
3546 values will be present in memory.
3549 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3551 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3552 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3554 \c         db      __NASM_VER__
3556 would expand to
3558 \c         db      "0.98.32"
3561 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3563 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3564 name and line number containing the current instruction. The macro
3565 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3566 current input file (which may change through the course of assembly
3567 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3568 numeric constant giving the current line number in the input file.
3570 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3571 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3572 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3573 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3574 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3575 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3576 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3577 here'. You could then write a macro
3579 \c %macro  notdeadyet 0
3581 \c         push    eax
3582 \c         mov     eax,__LINE__
3583 \c         call    stillhere
3584 \c         pop     eax
3586 \c %endmacro
3588 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3589 find the crash point.
3592 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3594 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3595 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3596 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3597 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3598 mode-dependent macros.
3600 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3602 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3603 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3604 list.
3606 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3607 \c  %define NEWLINE 13, 10
3608 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3609 \c  %define NEWLINE 10
3610 \c %endif
3613 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3615 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3616 assembly session.
3618 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3619 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3620 respectively.)
3622 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3623 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3624 \c{HHMMSS} respectively.
3626 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3627 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3628 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3629 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3631 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3632 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3633 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3634 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3635 undefined.
3637 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3638 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3639 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3640 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3641 local time as if it was UTC.
3643 All instances of time and date macros in the same assembly session
3644 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3645 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3646 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3647 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3648 clock:
3650 \c __DATE__             "2010-01-01"
3651 \c __TIME__             "00:00:42"
3652 \c __DATE_NUM__         20100101
3653 \c __TIME_NUM__         000042
3654 \c __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3655 \c __UTC_TIME__         "21:00:42"
3656 \c __UTC_DATE_NUM__     20091231
3657 \c __UTC_TIME_NUM__     210042
3658 \c __POSIX_TIME__       1262293242
3661 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3662 Include Test
3664 When a standard macro package is included with the \c{%use} directive
3665 (see \k{use}), a single-line macro of the form
3666 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3667 testing if a particular package is invoked or not.
3669 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3670 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3673 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3675 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3676 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3677 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3678 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3680 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3681 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3682 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3683 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3684 issued, you are defining the structure, and should define fields
3685 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3686 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3688 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3689 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3691 \c struc   mytype
3693 \c   mt_long:      resd    1
3694 \c   mt_word:      resw    1
3695 \c   mt_byte:      resb    1
3696 \c   mt_str:       resb    32
3698 \c endstruc
3700 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3701 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3702 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3703 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3705 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3706 effect of allowing structures to work with the local label
3707 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3708 more than one structure, you can define the above structure like this:
3710 \c struc mytype
3712 \c   .long:        resd    1
3713 \c   .word:        resw    1
3714 \c   .byte:        resb    1
3715 \c   .str:         resb    32
3717 \c endstruc
3719 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3720 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3722 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3723 support any form of period notation to refer to the elements of a
3724 structure once you have one (except the above local-label notation),
3725 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3726 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3727 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3728 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3731 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3732 \i{Instances of Structures}
3734 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3735 to do is to declare instances of that structure in your data
3736 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3737 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3738 you code something like this:
3740 \c mystruc:
3741 \c     istruc mytype
3743 \c         at mt_long, dd      123456
3744 \c         at mt_word, dw      1024
3745 \c         at mt_byte, db      'x'
3746 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3748 \c     iend
3750 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3751 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3752 specified structure field, and then to declare the specified data.
3753 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3754 they were specified in the structure definition.
3756 If the data to go in a structure field requires more than one source
3757 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3758 the \c{AT} line. For example:
3760 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3761 \c                     db      190,100,0
3763 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3764 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3765 line:
3767 \c         at mt_str
3768 \c                 db      'hello, world'
3769 \c                 db      13,10,0
3772 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3774 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3775 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3776 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3777 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3779 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3780 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3781 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3782 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3783 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3785 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3786 both compute the number of additional bytes required to bring the
3787 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3788 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3789 perform the alignment.
3791 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3792 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3793 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3794 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3795 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3796 except for special purposes.
3798 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3799 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3800 power of two, or if their second argument generates more than one
3801 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3802 thing.
3804 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3805 be used within structure definitions:
3807 \c struc mytype2
3809 \c   mt_byte:
3810 \c         resb 1
3811 \c         alignb 2
3812 \c   mt_word:
3813 \c         resw 1
3814 \c         alignb 4
3815 \c   mt_long:
3816 \c         resd 1
3817 \c   mt_str:
3818 \c         resb 32
3820 \c endstruc
3822 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3823 relative to the base of the structure.
3825 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3826 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3827 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3828 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3829 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3830 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3831 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3833 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
3836 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
3838 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
3839 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
3840 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
3841 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
3843 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
3844 quoted or not.
3847 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
3849 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
3850 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
3851 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
3852 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
3853 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
3854 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
3856 Example use:
3858 \c %use altreg
3860 \c proc:
3861 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
3862 \c       ret
3864 See also \k{reg64}.
3867 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
3869 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
3870 macro which is more powerful than the default (and
3871 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
3872 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
3873 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
3874 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
3875 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
3876 sequence.
3878 The specific instructions generated can be controlled with the
3879 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
3880 and an optional jump threshold override.  The modes are as
3881 follows:
3883 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
3884 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
3885 default.
3887 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
3888 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
3889 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
3891 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
3892 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
3893 threshold is 16.
3895 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
3896 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
3897 threshold is 16.
3899 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
3900 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
3901 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
3902 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
3904 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
3905 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
3906 are used internally by this macro package.
3909 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3911 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3912 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3913 directives. These are described in this chapter.
3915 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3916 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3917 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3918 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3919 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3920 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3922 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3923 directives are not.
3925 In addition to the universal directives described in this chapter,
3926 each object file format can optionally supply extra directives in
3927 order to control particular features of that file format. These
3928 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3929 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3932 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3934 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3935 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3936 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3937 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3939 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3940 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3941 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3942 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3943 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3944 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3945 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3946 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3948 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3949 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3950 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3951 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3952 device drivers and boot loader software.
3954 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3955 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3956 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3957 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3959 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3960 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3961 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3962 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3963 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3964 need an 0x67.
3966 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3967 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3968 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3970 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3971 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3972 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3973 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3974 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3975 necessary.
3977 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3978 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3979 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3980 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3981 REX prefix is used.
3983 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3984 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3985 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3987 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3989 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3991 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3992 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3995 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3997 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3998 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3999 specify most features directly.  However, this is occationally
4000 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4001 to use.
4003 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4004 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4005 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4006 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4007 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4008 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4010 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4011 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4012 other special functions in 64-bit mode, and generating
4013 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4015 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4017 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4018 Sections}
4020 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4021 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4022 which section of the output file the code you write will be
4023 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4024 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4025 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4026 define a new section, if you try to switch to a section that does
4027 not (yet) exist.
4029 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4030 \k{multisec}, all support
4031 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4032 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4033 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4034 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4035 name that has one.
4038 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4040 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4041 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4042 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4043 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4044 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4045 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4046 it. So the user-level directive
4048 \c         SECTION .text
4050 expands to the two lines
4052 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4053 \c         [SECTION .text]
4055 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4056 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4057 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4059 \c %macro  writefile 2+
4061 \c         [section .data]
4063 \c   %%str:        db      %2
4064 \c   %%endstr:
4066 \c         __SECT__
4068 \c         mov     dx,%%str
4069 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4070 \c         mov     bx,%1
4071 \c         mov     ah,0x40
4072 \c         int     0x21
4074 \c %endmacro
4076 This form of the macro, once passed a string to output, first
4077 switches temporarily to the data section of the file, using the
4078 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4079 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4080 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4081 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4082 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4083 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4084 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4085 code in any of several separate code sections.
4088 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4090 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4091 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4092 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4093 given absolute address. The only instructions you can use in this
4094 mode are the \c{RESB} family.
4096 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4098 \c absolute 0x1A
4100 \c     kbuf_chr    resw    1
4101 \c     kbuf_free   resw    1
4102 \c     kbuf        resw    16
4104 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4105 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4106 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4108 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4109 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4111 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4112 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4114 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4115 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4116 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4117 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4119 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4121 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4123 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4124 \c setup:
4125 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4127 \c absolute setup
4129 \c runtimevar1     resw    1
4130 \c runtimevar2     resd    20
4132 \c tsr_end:
4134 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4135 after the setup has finished running, the space it took up can be
4136 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4137 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4138 needs to be made resident.
4141 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4143 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4144 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4145 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4146 defined in some other module and needs to be referred to by this
4147 one. Not every object-file format can support external variables:
4148 the \c{bin} format cannot.
4150 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4151 argument is the name of a symbol:
4153 \c extern  _printf
4154 \c extern  _sscanf,_fscanf
4156 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4157 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4158 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4159 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4160 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4161 by means of the directive
4163 \c extern  _variable:wrt dgroup
4165 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4166 only in that it can take only one argument at a time: the support
4167 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4169 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4170 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4171 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4174 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4176 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4177 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4178 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4179 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4180 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4182 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4183 the definition of the symbol.
4185 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4186 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4187 \c{GLOBAL} directive. For example:
4189 \c global _main
4190 \c _main:
4191 \c         ; some code
4193 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4194 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4195 example, lets you specify whether global data items are functions or
4196 data:
4198 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4200 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4201 user-level form only in that it can take only one argument at a
4202 time.
4205 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4207 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4208 A common variable is much like a global variable declared in the
4209 uninitialized data section, so that
4211 \c common  intvar  4
4213 is similar in function to
4215 \c global  intvar
4216 \c section .bss
4218 \c intvar  resd    1
4220 The difference is that if more than one module defines the same
4221 common variable, then at link time those variables will be
4222 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4223 at the same piece of memory.
4225 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4226 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4227 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4228 specify the alignment requirements of a common variable:
4230 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4231 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4233 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4234 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4235 only one argument at a time.
4238 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4240 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4241 are available on the specified CPU.
4243 Options are:
4245 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4247 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4249 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4251 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4253 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4255 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4257 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4259 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4261 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4263 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4265 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4267 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4269 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4271 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4273 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4275 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4277 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4279 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4280 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4281 instructions are available.
4284 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4286 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4287 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4288 this behaviour:
4290 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4292 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4294 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4296 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4298 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4300 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4302 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4304 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4305 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4306 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4308 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4309 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4312 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4314 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4315 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4316 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4317 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4318 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4319 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4321 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4322 output file based on the input file name and the chosen output
4323 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4324 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4325 name, and substituting an extension defined by the output format.
4326 The extensions are given with each format below.
4329 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4331 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4332 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4333 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4334 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4335 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4336 development.
4338 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4339 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4341 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4342 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4343 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4344 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4346 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4347 leaves your file name as it is once the original extension has been
4348 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4349 into a binary file called \c{binprog}.
4352 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4354 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4355 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4356 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4357 the program begins at when it is loaded into memory.
4359 For example, the following code will generate the longword
4360 \c{0x00000104}:
4362 \c         org     0x100
4363 \c         dd      label
4364 \c label:
4366 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4367 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4368 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4369 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4370 offset which is added to all internal address references within the
4371 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4372 does. See \k{proborg} for further comments.
4375 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4376 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4378 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4379 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4380 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4381 end of the section-definition line. For example,
4383 \c section .data   align=16
4385 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4386 aligned on a 16-byte boundary.
4388 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4389 section start address must be forced to zero. The alignment value
4390 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4391 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4394 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4396 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4397 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4399 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4400 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4401 of course).
4403 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4404 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4405 \i\c{start=}.
4407 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4408 for the calculation of all memory references within that section 
4409 with \i\c{vstart=}.
4411 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4412 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4413 start address.
4415 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4416 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4417 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4419 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4420 is directed by default into the \c{.text} section.
4422 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4423 by default.
4425 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4426 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4427 has been specified.
4429 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4430 alignment has been specified.
4432 \b Sections may not overlap.
4434 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4435 which may be used in your code.
4437 \S{map}\i{Map files}
4439 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4440 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4441 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4442 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4443 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4444 brackets must be used.
4447 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4449 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4450 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4451 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4452 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4454 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4456 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4457 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4458 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4459 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4460 file format.
4462 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4463 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4464 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4466 If your source file contains code before specifying an explicit
4467 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4468 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4470 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4471 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4472 address of the segment. So, for example:
4474 \c segment data
4476 \c dvar:   dw      1234
4478 \c segment code
4480 \c function:
4481 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4482 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4483 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4484 \c         ret
4486 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4487 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4488 like
4490 \c extern  foo
4492 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4493 \c       mov   ds,ax
4494 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4495 \c       mov   es,ax
4496 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4497 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4500 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4501 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4503 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4504 directive to allow you to specify various properties of the segment
4505 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4506 end of the segment-definition line. For example,
4508 \c segment code private align=16
4510 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4511 segment, and requires that the portion of it described in this code
4512 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4514 The available qualifiers are:
4516 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4517 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4518 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4519 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4520 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4521 than stuck end-to-end.
4523 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4524 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4525 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4526 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4527 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4528 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4529 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4530 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4531 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4533 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4534 indicates to the linker that segments of the same class should be
4535 placed near each other in the output file. The class name can be any
4536 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4538 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4539 as an argument, and provides overlay information to an
4540 overlay-capable linker.
4542 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4543 the effect of recording the choice in the object file and also
4544 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4545 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4547 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4548 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4549 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4550 defines the group if it is not already defined.
4552 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4553 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4554 are currently known to make sensible use of this feature;
4555 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4556 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4557 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4559 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4560 class, no overlay, and \c{USE16}.
4563 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4565 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4566 single segment register can be used to refer to all the segments in
4567 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4568 you can code
4570 \c segment data
4572 \c         ; some data
4574 \c segment bss
4576 \c         ; some uninitialized data
4578 \c group dgroup data bss
4580 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4581 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4582 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4583 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4584 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4585 segment register.
4587 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4588 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4589 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4590 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4591 base rather than the segment base.
4593 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4594 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4595 segment which is part of more than one group will default to being
4596 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4598 A group does not have to contain any segments; you can still make
4599 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4600 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4601 \c{FLAT} with no segments in it.
4604 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4606 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4607 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4608 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4609 segment, group and symbol names that are written to the object file
4610 to be forced to upper case just before being written. Within a
4611 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4612 be written entirely in upper case if desired.
4614 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4617 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4618 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4620 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4621 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4622 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4623 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4625 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4626 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4627 wish to import and the name of the library you wish to import it
4628 from. For example:
4630 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4632 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4633 known in the library you are importing it from, in case this is not
4634 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4635 once you have imported it. For example:
4637 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4640 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4641 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4643 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4644 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4645 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4646 using the \c{EXPORT} directive.
4648 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4649 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4650 optional second parameter (separated by white space from the first)
4651 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4652 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4653 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4654 off.
4656 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4657 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4658 space. If further parameters are given, the external name must also
4659 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4660 available attributes are:
4662 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4663 resident by the system loader. This is an optimisation for
4664 frequently used symbols imported by name.
4666 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4667 does not make use of any initialized data.
4669 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4670 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4671 between 32-bit and 16-bit segments.
4673 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4674 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4675 the desired number.
4677 For example:
4679 \c     export  myfunc
4680 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4681 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4682 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4685 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4686 Point}
4688 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4689 define the program entry point, where execution will begin when the
4690 program is run. If the object file that defines the entry point is
4691 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4692 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4693 begin.
4696 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4697 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4699 If you declare an external symbol with the directive
4701 \c     extern  foo
4703 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4704 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4705 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4706 \c{foo} you will usually need to do something like
4708 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4709 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4710 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4712 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4713 is going to be accessible from a given segment or group, say
4714 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4715 simply code
4717 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4719 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4720 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4721 alternative form
4723 \c     extern  foo:wrt dgroup
4725 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4726 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4727 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4728 \c{foo wrt dgroup}.
4730 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4731 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4732 your program. It can also be applied to common variables: see
4733 \k{objcommon}.
4736 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4737 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4739 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4740 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4741 specify which your variables should be by the use of the syntax
4743 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4744 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4746 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4747 OMF specification says that they are declared as a number of
4748 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4749 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4750 five-byte elements or one ten-byte element.
4752 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4753 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4754 the variable size, to match when resolving common variables declared
4755 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4756 the element size on your far common variables. This is done by the
4757 following syntax:
4759 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4760 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4762 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4763 keyword is not required when an element size is specified, since
4764 only far commons may have element sizes at all. So the above
4765 declarations could equivalently be
4767 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4768 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4770 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4771 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4772 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4774 \c common  foo     10:wrt dgroup
4775 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4776 \c common  baz     24:wrt data:6
4779 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4781 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4782 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4783 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4784 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4786 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4788 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4789 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4790 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4791 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4792 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4793 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4794 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4795 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4798 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4799 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4801 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4802 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4803 and properties of sections you declare. Section types and properties
4804 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4805 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4806 these qualifiers.
4808 The available qualifiers are:
4810 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4811 code section. This marks the section as readable and executable, but
4812 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4813 section is code.
4815 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4816 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4817 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4818 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4820 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4821 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4822 constants in it.
4824 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4825 which is not included in the executable file by the linker, but may
4826 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4827 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4828 linker to interpret the contents of the section as command-line
4829 options.
4831 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4832 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4833 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4834 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4835 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4836 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4837 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4838 for data (and BSS) sections.
4839 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4840 alignment), though the value does not matter.
4842 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4843 qualifiers are:
4845 \c section .text    code  align=16
4846 \c section .data    data  align=4
4847 \c section .rdata   rdata align=8
4848 \c section .bss     bss   align=4
4850 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4852 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
4854 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4855 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4856 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4857 designated read-only table and have alleged entry point verified
4858 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4859 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4860 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4861 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4862 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4863 will not be performed for application in question. Table omission is by
4864 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4865 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4866 \c{/safeseh} command line option.
4868 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4869 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4870 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4872 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4874 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4876 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4877 line to source code:
4879 \c $@feat.00 equ 1
4881 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4882 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4883 developer would choose to assign another value in source file, it would
4884 still be perfectly possible.
4886 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4887 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4888 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4889 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4890 table." Its typical use would be:
4892 \c section .text
4893 \c extern  _MessageBoxA@16
4894 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4895 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4896 \c %endif
4897 \c handler:
4898 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4899 \c         push    DWORD caption
4900 \c         push    DWORD text
4901 \c         push    DWORD 0
4902 \c         call    _MessageBoxA@16
4903 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4904 \c                         ; for exception handler
4905 \c         ret
4906 \c global  _main
4907 \c _main:
4908 \c         push    DWORD handler
4909 \c         push    DWORD [fs:0]
4910 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4911 \c         xor     eax,eax
4912 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4913 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4914 \c         add     esp,4
4915 \c         ret
4916 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4917 \c caption:db      'SEGV',0
4918 \c 
4919 \c section .drectve info
4920 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4922 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4923 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4924 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4925 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4926 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4927 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4928 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4929 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4930 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4931 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4932 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4933 no notification is provided and user is left with no clue on what
4934 caused application failure.
4936 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4937 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4938 data for "safe exception handler table" causes no backward
4939 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4940 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4943 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4945 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4946 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4947 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4948 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4949 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4951 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
4953 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4954 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4955 references. Consider a switch dispatch table:
4957 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4958 \c         ...
4959 \c dsptch: dq      case0
4960 \c         dq      case1
4961 \c         ...
4963 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4964 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4965 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4966 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4967 following:
4969 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4970 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4972 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4973 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4974 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4975 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4976 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4977 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4978 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4979 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4980 But no worry, it's trivial to fix:
4982 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4983 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4984 \c         jmp     rbx
4985 \c         ...
4986 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4987 \c         dq      case1-dsptch
4988 \c         ...
4990 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4991 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4992 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4993 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4994 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4995 these image-relative references:
4997 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4998 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4999 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5000 \c         add     rbx,rax
5001 \c         jmp     rbx
5002 \c         ...
5003 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5004 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5006 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5007 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5008 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5009 become apparent in next paragraph.
5011 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5012 operand only:
5014 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5015 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5016 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5017 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5019 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5021 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5022 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5023 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5024 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5025 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5026 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5027 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5028 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5029 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5030 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5031 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5032 top of the stack.
5034 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5035 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5036 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5037 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5038 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5039 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5040 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5041 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5042 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5043 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5044 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5045 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5046 copying caller's return address to the top of stack and this would
5047 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5048 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5049 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5050 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5051 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5052 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5053 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5054 no, no trace of failure is left.
5056 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5057 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5058 is checked for presence of reference to custom language-specific
5059 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5060 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5061 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5062 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5063 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5064 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5065 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5066 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5067 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5068 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5069 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5070 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5071 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5072 terminating the application.
5074 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5075 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5076 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5077 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5078 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5079 leaf function:
5081 \c default rel
5082 \c section .text
5083 \c extern  MessageBoxA
5084 \c handler:
5085 \c         sub     rsp,40
5086 \c         mov     rcx,0
5087 \c         lea     rdx,[text]
5088 \c         lea     r8,[caption]
5089 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5090 \c         call    MessageBoxA
5091 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5092 \c                         ; for exception handler
5093 \c         add     rsp,40
5094 \c         ret
5095 \c global  main
5096 \c main:
5097 \c         xor     rax,rax
5098 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5099 \c         ret
5100 \c main_end:
5101 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5102 \c caption:db      'SEGV',0
5103 \c 
5104 \c section .pdata  rdata align=4
5105 \c         dd      main wrt ..imagebase
5106 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5107 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5108 \c section .xdata  rdata align=8
5109 \c xmain:  db      9,0,0,0
5110 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5111 \c section .drectve info
5112 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5114 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5115 start and end addresses of function" along with reference to associated
5116 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5117 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5118 designated exception handler. References are \e{required} to be
5119 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5120 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5121 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5122 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5123 references, not only above listed required ones, placed into these two
5124 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5125 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5126 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5127 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5129 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5130 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5131 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5132 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5133 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5134 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5135 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5136 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5137 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5138 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5139 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5140 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5141 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5142 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5143 unwinding procedure. Consider following example:
5145 \c function:
5146 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5147 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5148 \c         push    rbx
5149 \c         push    rbp
5150 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5151 \c         sub     r11,rcx
5152 \c         and     r11,-64
5153 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5154 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5155 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5156 \c magic_point:
5157 \c         ...
5158 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5159 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5160 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5161 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5162 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5163 \c         ret
5165 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5166 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5167 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5168 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5169 custom language-specific exception handler would look like this:
5171 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5172 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5173 \c {   ULONG64 *rsp;
5174 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5175 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5176 \c     else
5177 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5178 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5179 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5180 \c         context->R15 = rsp[-1];
5181 \c     }
5182 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5183 \c 
5184 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5185 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5186 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5187 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5188 \c     return ExceptionContinueSearch;
5189 \c }
5191 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5192 structure does not have to contain any information about stack frame
5193 and its layout.
5195 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5197 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5198 linking with the \i{DJGPP} linker.
5200 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5202 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5203 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5204 the \c{info} section type are not supported.
5206 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
5208 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
5209 linking with the \i{Mac OSX} linker.
5211 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5213 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5214 Format} Object Files
5216 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},
5217 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5218 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5219 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5221 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5223 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5224 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5225  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5226  most systems which support ELF.
5228 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5229 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5231 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5232 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5233 and properties of sections you declare. Section types and properties
5234 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5235 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
5236 overridden by these qualifiers.
5238 The available qualifiers are:
5240 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5241 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5242 which is not, such as an informational or comment section.
5244 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5245 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5246 which should not.
5248 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5249 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5250 not.
5252 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5253 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5254 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5255 contents given, such as a BSS section.
5257 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5258 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5259 requirements of the section.
5261 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5262 qualifiers are:
5264 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
5265 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
5266 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
5267 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
5268 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
5270 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
5271 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
5274 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5275 Symbols and \i\c{WRT}
5277 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5278 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5279 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5280 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
5281 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5283 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5284 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5285 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5286 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5287 types.
5289 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5290 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5291 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5292 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5294 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5295 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5296 beginning of the current section to the global offset table.
5297 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5298 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5299 result to get the real address of the GOT.
5301 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5302 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5303 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5304 would give the real address of the location you wanted.
5306 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5307 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5308 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5309 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5310 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5311 address of the symbol.
5313 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5314 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5315 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5316 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5317 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5318 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5319 entries absolutely.
5321 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5322 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5323 relative to the start of the section and then adding on the offset
5324 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5325 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5326 peculiarity of the dynamic linker.
5328 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5329 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5332 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5333 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5335 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5336 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5337 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5338 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5339 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5340 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5341 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5342 to specify these features.
5344 You can specify whether a global variable is a function or a data
5345 object by suffixing the name with a colon and the word
5346 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5347 \c{data}.) For example:
5349 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5351 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5352 \c{hashtable} as a data object.
5354 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5355 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5356 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5357 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5359 \c global   hashlookup:function hidden
5361 You can also specify the size of the data associated with the
5362 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5363 forward references) after the type specifier. Like this:
5365 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5367 \c hashtable:
5368 \c         db this,that,theother  ; some data here
5369 \c .end:
5371 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5372 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5374 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5375 writing shared library code. For more information, see
5376 \k{picglobal}.
5379 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5380 \I{COMMON, elf extensions to}
5382 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5383 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5384 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5385 power of two) after the name and size of the common variable,
5386 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5387 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5389 \c common  dwordarray 128:4
5391 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5392 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5395 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5396 \I{ELF, 16-bit code and}
5398 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5399 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5400 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5401 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5402 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5403 these relocations is generated.
5405 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5406 \I{ELF, Debug formats and}
5408 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5409 Line number information is generated for all executable sections, but please
5410 note that only the ".text" section is executable by default.
5412 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5414 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5415 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5416 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5417 the magic number in the first four bytes of the file is
5418 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5419 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5420 implementation does not.
5422 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5424 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5425 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5426 extensions to any standard directives. It supports only the three
5427 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5430 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5431 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5433 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5434 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5435 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5436 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5437 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5438 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5439 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5441 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5443 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5444 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5445 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5446 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5447 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5449 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5450 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5451 this.
5454 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5456 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5457 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5458 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5459 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5460 itself \c{a.out}.
5462 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5463 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5465 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5466 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5467 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5468 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5469 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5472 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5473 Format}
5475 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5476 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5477 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5478 format the internal structure of the assembler.
5480 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5481 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5482 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5483 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5485 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5486 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5487 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5488 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5489 execute an RDF executable under Linux.
5491 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5492 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5495 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5497 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5498 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5499 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5500 which is the name of the module:
5502 \c     library  mylib.rdl
5505 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5507 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5508 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5509 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5510 of current module:
5512 \c     module  mymodname
5514 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5515 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5516 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5518 \c     module  $kernel.core
5521 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5522 rdf extensions to}
5524 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5525 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5526 telling the linker do not strip it from target executable or library
5527 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5528 is a procedure (function) or data object.
5530 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5531 symbol exported:
5533 \c     global  sys_open:export
5535 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5536 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5538 \c     global  sys_open:export proc
5540 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5541 or \i\c{object} to the directive:
5543 \c     global  kernel_ticks:export data
5546 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5547 rdf extensions to}
5549 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5550 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5551 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5552 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5553 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5554 (function) or data object. For example:
5556 \c     library $libc
5557 \c     extern  _open:import
5558 \c     extern  _printf:import proc
5559 \c     extern  _errno:import data
5561 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5562 a hint as to where to find requested symbols.
5565 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5567 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5568 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5569 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5570 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5572 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5573 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5574 transactions between the main body of NASM and the output-format
5575 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5576 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5577 of the various requests the main program makes of the output driver,
5578 and in what order they happen.
5580 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5582 \c nasm -f dbg filename.asm
5584 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5585 However, this will not work well on files which were designed for a
5586 different object format, because each object format defines its own
5587 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5588 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5589 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5590 native object format selected:
5592 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5593 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5595 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5596 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5597 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5598 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5599 the final diagnostic output.
5601 This workaround will still typically not work for programs intended
5602 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5603 directives have side effects of defining the segment and group names
5604 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5605 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5606 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5607 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5609 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5610 them all to its output file.
5613 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5615 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5616 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5617 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5618 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5619 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5622 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5624 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5625 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5626 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5627 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5628 support the \c{.COM} format.
5630 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5631 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5632 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5633 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5634 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5635 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5636 Yann Guidon for contributing the code for this.
5638 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5639 future releases.
5642 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5644 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5645 by linking \c{.OBJ} files together.
5647 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5648 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5649 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5650 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5651 An LZH archiver can be found at
5652 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5653 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5654 sources) called \i{FREELINK}, available from
5655 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5656 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5657 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5658 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5659 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5661 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5662 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5663 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5664 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5665 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5666 field in the output file header; if more than one defines a start
5667 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5669 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5670 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5671 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5672 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5673 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5674 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5676 \c segment code
5678 \c ..start:
5679 \c         mov     ax,data
5680 \c         mov     ds,ax
5681 \c         mov     ax,stack
5682 \c         mov     ss,ax
5683 \c         mov     sp,stacktop
5685 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5686 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5687 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5688 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5689 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5690 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5691 execute on.
5693 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5694 beginning of this code, which means that will be the entry point
5695 into the resulting executable file.
5697 \c         mov     dx,hello
5698 \c         mov     ah,9
5699 \c         int     0x21
5701 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5702 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5703 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5704 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5706 \c         mov     ax,0x4c00
5707 \c         int     0x21
5709 This terminates the program using another DOS system call.
5711 \c segment data
5713 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5715 The data segment contains the string we want to display.
5717 \c segment stack stack
5718 \c         resb 64
5719 \c stacktop:
5721 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5722 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5723 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5724 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5725 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5726 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5727 type \c{STACK}.
5729 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5730 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5731 world' and then exit.
5734 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5736 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5737 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5738 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5739 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5740 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5741 \c{.EXE} files.
5743 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5744 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5745 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5747 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5748 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5749 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5750 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5751 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5752 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5753 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5754 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5755 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5757 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5758 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5759 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5760 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5761 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5762 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5763 explicitly issue one of your own.
5765 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5766 since this would require a relocation in the header, and things
5767 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5768 base by copying it out of \c{CS} instead.
5770 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5771 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5772 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5773 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5774 \c{EXE_stack 64}.
5776 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5777 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5778 \c{binexe.asm}.
5781 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5783 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5784 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5785 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5786 output format.
5789 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5791 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5792 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5793 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5794 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5795 like
5797 \c         org 100h
5799 \c section .text
5801 \c start:
5802 \c         ; put your code here
5804 \c section .data
5806 \c         ; put data items here
5808 \c section .bss
5810 \c         ; put uninitialized data here
5812 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5813 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5814 you want to and the code will still end up at the front of the file
5815 where it belongs.
5817 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5818 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5819 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5820 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5821 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5822 run.
5824 To assemble the above program, you should use a command line like
5826 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5828 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5829 explicit output file name were specified, so you have to override it
5830 and give the desired file name.
5833 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5835 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5836 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5837 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5838 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5839 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5840 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5841 file.
5843 If you do this, you need to take care of several things:
5845 \b The first object file containing code should start its code
5846 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5847 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5848 segment, so that the linker or converter program does not have to
5849 adjust address references within the file when generating the
5850 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5851 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5852 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5853 in MASM-compatible assemblers.
5855 \b You don't need to define a stack segment.
5857 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5858 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5859 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5860 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5863 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5865 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5866 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5867 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5868 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5869 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5870 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5871 your code segment.
5873 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5874 the various routines inside the driver which do the work. This
5875 structure should be defined at the start of the code segment, even
5876 though it is not actually code.
5878 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5879 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5880 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5881 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5884 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5886 This section covers the basics of writing assembly routines that
5887 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5888 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5889 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5892 \S{16cunder} External Symbol Names
5894 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5895 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5896 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5897 appears in the C program. So, for example, the function a C
5898 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5899 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5900 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5901 not have to worry about name clashes with C symbols.
5903 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5904 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5906 \c %macro  cglobal 1
5908 \c   global  _%1
5909 \c   %define %1 _%1
5911 \c %endmacro
5913 \c %macro  cextern 1
5915 \c   extern  _%1
5916 \c   %define %1 _%1
5918 \c %endmacro
5920 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5921 \c{%rep} construct could solve this.)
5923 If you then declare an external like this:
5925 \c cextern printf
5927 then the macro will expand it as
5929 \c extern  _printf
5930 \c %define printf _printf
5932 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5933 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5935 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5936 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5937 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5939 Also see \k{opt-pfix}.
5941 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5943 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5944 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5945 writing for. This means you have to keep track of the following
5946 things:
5948 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5949 functions are near. This means that function pointers, when stored
5950 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5951 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5952 never changes its value, and always gives the segment part of the
5953 full function address), and that functions are called using ordinary
5954 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5955 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5956 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5957 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5959 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5960 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5961 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5962 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5963 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5964 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5965 \c{CALL FAR} to call external routines.
5967 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5968 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5969 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5970 segment part of the full data item address).
5972 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5973 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5974 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5975 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5976 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5977 pointers you are passed.
5979 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5980 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5981 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5982 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5983 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5985 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5986 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5987 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5988 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5989 and global data items can both be accessed easily without changing
5990 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5991 segments. However, some memory models (though not the standard
5992 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5993 same value to be removed. Be careful about functions' local
5994 variables in this latter case.
5996 In models with a single code segment, the segment is called
5997 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5998 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5999 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6000 called \i\c{_DATA}.
6003 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6005 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6006 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6007 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6008 doing the calling and the function which gets called.
6010 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6011 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6012 argument specified to the function is pushed last).
6014 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6015 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6016 memory model.
6018 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6019 actually necessary, in functions which do not need to access their
6020 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6021 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6022 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6023 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6024 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6025 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6027 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6028 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6029 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6030 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6031 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6032 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6033 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6034 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6035 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6036 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6037 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6038 parameters in reverse order means that the function knows where to
6039 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6040 remaining ones.
6042 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6043 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6044 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6046 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6047 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6048 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6049 compiler) returned in \c{ST0}.
6051 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6052 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6053 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6054 memory model.
6056 \b When the caller regains control from the callee, the function
6057 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6058 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6059 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6060 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6061 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6062 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6063 removing.
6065 It is instructive to compare this calling convention with that for
6066 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6067 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6068 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6069 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6070 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6071 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6072 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6073 which means that a compiler can give better guarantees about
6074 sequence points without performance suffering.
6076 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6077 The following example is for small model:
6079 \c global  _myfunc
6081 \c _myfunc:
6082 \c         push    bp
6083 \c         mov     bp,sp
6084 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6085 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6087 \c         ; some more code
6089 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6090 \c         pop     bp
6091 \c         ret
6093 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6094 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6095 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6096 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6097 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6098 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6100 At the other end of the process, to call a C function from your
6101 assembly code, you would do something like this:
6103 \c extern  _printf
6105 \c       ; and then, further down...
6107 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6108 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6109 \c       call    _printf
6110 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6112 \c       ; then those data items...
6114 \c segment _DATA
6116 \c myint         dw    1234
6117 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6119 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6120 code
6122 \c     int myint = 1234;
6123 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6125 In large model, the function-call code might look more like this. In
6126 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6127 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6128 it first.
6130 \c       push    word [myint]
6131 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6132 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6133 \c       call    far _printf
6134 \c       add    sp,byte 6
6136 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6137 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6138 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6139 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6140 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6141 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6142 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6143 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6144 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6145 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6146 word of parameters.
6149 \S{16cdata} Accessing Data Items
6151 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6152 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6153 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6154 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6155 accessed from assembler as
6157 \c extern _i
6159 \c         mov ax,[_i]
6161 And to declare your own integer variable which C programs can access
6162 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6163 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6165 \c global  _j
6167 \c _j      dw      0
6169 To access a C array, you need to know the size of the components of
6170 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6171 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6172 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6173 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6174 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6175 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6176 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6178 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6179 the base of the structure to the field you are interested in. You
6180 can either do this by converting the C structure definition into a
6181 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6182 one offset and using just that.
6184 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6185 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6186 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6187 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6188 Typically, you might find that a structure like
6190 \c struct {
6191 \c     char c;
6192 \c     int i;
6193 \c } foo;
6195 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6196 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6197 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6198 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6199 out how your own compiler does it.
6202 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6204 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6205 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6206 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6207 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6208 the work involved in keeping track of the calling convention.
6210 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6211 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6213 An example of an assembly function using the macro set is given
6214 here:
6216 \c proc    _nearproc
6218 \c %$i     arg
6219 \c %$j     arg
6220 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6221 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6222 \c         add     ax,[bx]
6224 \c endproc
6226 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6227 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6228 integer. It returns \c{i + *j}.
6230 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6231 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6232 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6233 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6234 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6235 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6236 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6238 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6239 compact-model code) by default. You can have it generate far
6240 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6241 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6242 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6243 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6244 dependency on whether data pointers are far or not.
6246 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6247 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6248 many function parameters will be of type \c{int}.
6250 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6252 \c %define FARCODE
6254 \c proc    _farproc
6256 \c %$i     arg
6257 \c %$j     arg     4
6258 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6259 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6260 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6261 \c         add     ax,[bx]
6263 \c endproc
6265 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6266 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6267 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6270 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6272 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6273 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6275 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6276 not required for Pascal.
6278 \b The memory model is always large: functions are far, data
6279 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6280 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6281 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6282 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6283 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6284 data declared in a Pascal program goes into the default data
6285 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6286 when control is passed to your assembly code. The only things that
6287 do not live in the default data segment are local variables (they
6288 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6289 data \e{pointers}, however, are far.
6291 \b The function calling convention is different - described below.
6293 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6295 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6296 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6297 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6300 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6302 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6303 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6304 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6305 used to denote the function doing the calling and the function which
6306 gets called.
6308 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6309 after another, in normal order (left to right, so that the first
6310 argument specified to the function is pushed first).
6312 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6313 control to the callee.
6315 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6316 actually necessary, in functions which do not need to access their
6317 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6318 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6319 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6320 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6321 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6322 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6324 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6325 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6326 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6327 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6328 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6329 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6330 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6332 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6333 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6334 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6336 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6337 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6338 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6339 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6340 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6341 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6342 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6343 places the returned string value at that location. The pointer is
6344 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6345 \c{RETF} instruction.
6347 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6348 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6349 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6350 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6351 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6352 to be removed from the stack as a side effect of the return
6353 instruction.
6355 \b When the caller regains control from the callee, the function
6356 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6357 do nothing further.
6359 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6360 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6362 \c global  myfunc
6364 \c myfunc: push    bp
6365 \c         mov     bp,sp
6366 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6367 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6368 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6370 \c         ; some more code
6372 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6373 \c         pop     bp
6374 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6376 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6377 assembly code, you would do something like this:
6379 \c extern  SomeFunc
6381 \c        ; and then, further down...
6383 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6384 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6385 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6386 \c        call   far SomeFunc
6388 This is equivalent to the Pascal code
6390 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6391 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6394 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6395 Name Restrictions
6397 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6398 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6399 reading and understanding the various information contained in a
6400 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6401 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6402 restrictions:
6404 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6405 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6407 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6408 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6410 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6411 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6413 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6414 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6417 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6419 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6420 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6421 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6422 definition ensures that functions are far (it implies
6423 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6424 generated with an operand.
6426 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6427 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6428 reverse order. For example:
6430 \c %define PASCAL
6432 \c proc    _pascalproc
6434 \c %$j     arg 4
6435 \c %$i     arg
6436 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6437 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6438 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6439 \c         add     ax,[bx]
6441 \c endproc
6443 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6444 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6445 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6446 and the contents of the pointer. The only difference between this
6447 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6448 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6449 reverse order.
6452 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6454 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6455 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6456 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6457 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6458 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6459 shared libraries.
6461 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6462 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6463 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6464 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6465 address space no matter what segment you work relative to, and that
6466 you should ignore all segment registers completely. When writing
6467 flat-model application code, you never need to use a segment
6468 override or modify any segment register, and the code-section
6469 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6470 space as the data-section addresses you access your variables by and
6471 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6472 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6473 offset part.
6476 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6478 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6479 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6480 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6483 \S{32cunder} External Symbol Names
6485 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6486 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6487 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6488 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6489 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6490 underscore on their assembly-language names.
6492 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6493 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6494 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6495 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6496 though, the leading underscore should not be used.
6498 See also \k{opt-pfix}.
6500 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6502 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6503 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6504 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6505 the function doing the calling and the function which gets called.
6507 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6508 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6509 argument specified to the function is pushed last).
6511 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6512 control to the callee.
6514 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6515 actually necessary, in functions which do not need to access their
6516 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6517 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6518 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6519 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6520 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6521 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6523 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6524 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6525 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6526 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6527 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6528 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6529 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6530 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6531 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6532 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6533 and type of the remaining ones.
6535 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6536 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6537 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6539 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6540 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6541 of the value. Floating-point results are typically returned in
6542 \c{ST0}.
6544 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6545 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6546 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6548 \b When the caller regains control from the callee, the function
6549 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6550 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6551 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6552 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6553 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6554 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6555 removing.
6557 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6558 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6559 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6560 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6561 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6562 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6563 still pushed in right-to-left order.
6565 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6567 \c global  _myfunc
6569 \c _myfunc:
6570 \c         push    ebp
6571 \c         mov     ebp,esp
6572 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6573 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6575 \c         ; some more code
6577 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6578 \c         ret
6580 At the other end of the process, to call a C function from your
6581 assembly code, you would do something like this:
6583 \c extern  _printf
6585 \c         ; and then, further down...
6587 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6588 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6589 \c         call    _printf
6590 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6592 \c         ; then those data items...
6594 \c segment _DATA
6596 \c myint       dd   1234
6597 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6599 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6601 \c     int myint = 1234;
6602 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6605 \S{32cdata} Accessing Data Items
6607 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6608 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6609 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6610 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6611 accessed from assembler as
6613 \c           extern _i
6614 \c           mov eax,[_i]
6616 And to declare your own integer variable which C programs can access
6617 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6618 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6620 \c           global _j
6621 \c _j        dd 0
6623 To access a C array, you need to know the size of the components of
6624 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6625 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6626 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6627 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6628 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6629 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6630 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6631 are also 4 bytes long.
6633 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6634 the base of the structure to the field you are interested in. You
6635 can either do this by converting the C structure definition into a
6636 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6637 one offset and using just that.
6639 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6640 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6641 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6642 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6643 Typically, you might find that a structure like
6645 \c struct {
6646 \c     char c;
6647 \c     int i;
6648 \c } foo;
6650 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6651 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6652 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6653 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6654 out how your own compiler does it.
6657 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6659 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6660 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6661 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6662 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6663 the work involved in keeping track of the calling convention.
6665 An example of an assembly function using the macro set is given
6666 here:
6668 \c proc    _proc32
6670 \c %$i     arg
6671 \c %$j     arg
6672 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6673 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6674 \c         add     eax,[ebx]
6676 \c endproc
6678 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6679 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6680 integer. It returns \c{i + *j}.
6682 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6683 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6684 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6685 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6686 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6687 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6688 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6690 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6691 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6692 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6695 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6696 Libraries}
6698 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6699 because it contains support for \i{position-independent code}
6700 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6701 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6702 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6704 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6705 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6706 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6707 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6709 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6710 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6711 of the running process. The contents of the library's code section
6712 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6714 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6715 this:
6717 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6719 Instead, the linker provides an area of memory called the
6720 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6721 constant distance from your library's code, so if you can find out
6722 where your library is loaded (which is typically done using a
6723 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6724 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6725 linker-generated entries in the GOT.
6727 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6728 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6729 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6730 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6731 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6732 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6735 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6737 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6738 external symbol:
6740 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6741 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6743 At the beginning of any function in your shared library which plans
6744 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6745 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6746 in this form:
6748 \c func:   push    ebp
6749 \c         mov     ebp,esp
6750 \c         push    ebx
6751 \c         call    .get_GOT
6752 \c .get_GOT:
6753 \c         pop     ebx
6754 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6756 \c         ; the function body comes here
6758 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6759 \c         mov     esp,ebp
6760 \c         pop     ebp
6761 \c         ret
6763 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6764 second leading underscore.)
6766 The first two lines of this function are simply the standard C
6767 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6768 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6769 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6770 libraries use this register to store the address of the GOT.
6772 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6773 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6774 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6775 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6776 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6777 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6778 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6779 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6780 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6781 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6782 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6783 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6784 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6785 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6786 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6787 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6789 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6790 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6791 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6793 \c %macro  get_GOT 0
6795 \c         call    %%getgot
6796 \c   %%getgot:
6797 \c         pop     ebx
6798 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6800 \c %endmacro
6802 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6804 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6805 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6806 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6807 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6808 way this works is like this:
6810 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6812 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6813 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6814 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6815 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6817 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6818 them, they are shared between code modules in the library, but do
6819 not get exported from the library to the program that loaded it.
6820 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6821 can access them in the same way as local variables, using the above
6822 \c{..gotoff} mechanism.
6824 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6825 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6826 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6829 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6831 If your library needs to get at an external variable (external to
6832 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6833 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6834 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6835 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6836 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6837 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6838 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6839 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6840 you would code
6842 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6844 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6845 linker, when it builds the shared library, collects together every
6846 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6847 has every necessary entry present.
6849 Common variables must also be accessed in this way.
6852 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6854 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6855 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6856 you have to give the size of the data item. This is because the
6857 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6858 entries for any exported functions, and also moves exported data
6859 items away from the library's data section in which they were
6860 declared.
6862 So to export a function to users of the library, you must use
6864 \c global  func:function           ; declare it as a function
6866 \c func:   push    ebp
6868 \c         ; etc.
6870 And to export a data item such as an array, you would have to code
6872 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6874 \c array:  resd    128
6875 \c .end:
6877 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6878 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6879 end up living in the data section of the main program, rather than
6880 in your library's data section, where you declared it. So you will
6881 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6882 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6883 effectively, it has become).
6885 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6886 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6887 sort of code:
6889 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6891 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6892 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6893 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6894 pointing at your data section instead of at the exported global
6895 which resides elsewhere.
6897 Instead of the above code, then, you must write
6899 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6901 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6902 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6903 at that address, rather than just relocating by section base.
6905 Either method will work for functions: referring to one of your
6906 functions by means of
6908 \c funcptr:        dd      my_function
6910 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6912 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6914 will give the address of the procedure linkage table for the
6915 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6916 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6919 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6921 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6922 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6923 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6924 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6925 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6926 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6927 in the main program can be transparently passed off to their real
6928 destinations.
6930 To call an external routine, you must use another special PIC
6931 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6932 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6933 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6934 ..plt}.
6937 \S{link} Generating the Library File
6939 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6940 you then generate your shared library with a command such as
6942 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6943 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6945 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6946 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6947 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6948 library file name, with a version number, into the library:
6950 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6952 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6953 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6956 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6958 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6959 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6960 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6961 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6962 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6963 one, or jumps between different-size segments.
6966 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6968 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6969 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6970 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6971 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6972 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6973 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6974 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6975 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6977 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6978 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6979 segment, so just coding, for example,
6981 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6983 will not work, since the offset part of the address will be
6984 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6985 one.
6987 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6988 generate the required instruction by coding it manually, using
6989 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6990 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6992 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6994 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6995 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6996 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6997 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6998 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6999 segment to a 32-bit one.
7001 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7002 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7004 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7006 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7007 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7008 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7011 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7012 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7014 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7015 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7016 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7017 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7018 32-bit segment, or vice versa.
7020 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7021 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7022 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7023 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7025 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7026 the address, since any effective address containing a 32-bit
7027 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7029 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7030 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7032 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7033 instruction and a register) if you already know the precise offset
7034 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7035 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7036 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7038 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7039 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7041 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7043 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7044 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7045 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7047 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7049 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7050 which controls the size of the data stored at the address, with the
7051 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7052 address itself. The two can quite easily be different:
7054 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7056 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7057 offset.
7059 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7060 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7062 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7064 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7065 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7066 offset), and calls that address.
7069 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7071 The other way you might want to access data might be using the
7072 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7073 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7074 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7075 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7077 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
7078 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7079 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7080 desired address into \c{ESI} and then code
7082 \c         a32     lodsb
7084 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7085 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7086 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7087 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7089 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
7090 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7091 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7092 instructions with implicit addressing:
7093 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7094 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7095 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7096 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7097 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7098 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7099 Also, the
7100 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7101 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
7102 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
7103 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7104 size from the code segment.
7106 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7107 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7108 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7109 give the value of the segment register being manipulated. To force
7110 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7111 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7113 \c         o16 push    ss
7114 \c         o16 push    ds
7116 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7117 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7118 one.
7120 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7121 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7124 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7126 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7127 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7128 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7129 write position-independent code for shared libraries.
7131 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7132 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7133 registers, which still add their bases.
7135 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7136 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7137 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7138 probably desirable to make that the default, using the directive
7139 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7141 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7142 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7143 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7144 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7145 Please see the ABI documentation for your platform.
7147 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7148 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7149 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7150 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7152 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7153 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7154 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7155 set to zero.
7157 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7159 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7160 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7162 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7163 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7164 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7165 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7167 This is consistent with the AMD documentation and most other
7168 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7169 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7170 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7171 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7172 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7173 can be used for this purpose.
7175 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7177 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7178 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7179 immediates to 32 bits.
7181 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7183 \c      MOV reg64,imm64
7185 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7186 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7187 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7188 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7189 immediate as \c{DWORD}:
7191 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7192 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7193 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7194 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7196 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7198 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7199 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7200 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7201 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7202 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7203 displacement size as \c{QWORD}:
7205 \c      default abs
7207 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7208 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7209 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7211 \c      default rel
7213 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7214 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7215 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7216 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7218 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7219 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7221 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7223 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7225 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
7227 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7228 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7230 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7231 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7232 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7233 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7234 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7236 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7238 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7239 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7240 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7241 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
7243 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7245 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7247 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7249 \c      void foo(long a, double b, int c)
7251 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7253 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7255 The Win64 ABI is described at:
7257 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7259 What follows is a simplified summary.
7261 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7262 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7263 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7264 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7265 use by the function without saving.
7267 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7269 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7270 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7271 return is \c{XMM0} only.
7273 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7275 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7277 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7279 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7281 \C{trouble} Troubleshooting
7283 This chapter describes some of the common problems that users have
7284 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7285 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7286 that isn't listed here.
7289 \H{problems} Common Problems
7291 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7293 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7294 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7295 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7296 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7297 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7298 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7299 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7300 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7301 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7304 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7306 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7307 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7308 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7309 longer.
7311 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7312 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7313 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7314 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7315 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7316 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7317 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7318 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7319 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7320 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7321 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7322 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7325 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7327 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7328 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7329 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7330 sector, people who are used to MASM tend to code
7332 \c         ORG 0
7334 \c         ; some boot sector code
7336 \c         ORG 510
7337 \c         DW 0xAA55
7339 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7340 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7341 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7343 \c         ORG 0
7345 \c         ; some boot sector code
7347 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7348 \c         DW 0xAA55
7350 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7351 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7352 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7353 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7354 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7355 find out what's wrong with it.
7358 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7360 The other common problem with the above code is people who write the
7361 \c{TIMES} line as
7363 \c         TIMES 510-$ DB 0
7365 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7366 the difference between them is also a pure number and can happily be
7367 fed to \c{TIMES}.
7369 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7370 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7371 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7372 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7373 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7374 information back to the expression evaluator. So from the
7375 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7376 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7377 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7378 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7380 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7381 line in the form
7383 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7385 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7386 and so their difference is a pure number. This will solve the
7387 problem and generate sensible code.
7390 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7392 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7393 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7394 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7395 \i\c{bugtracker} at
7396 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7397 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7398 contacts in \k{contact}.
7400 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7401 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7402 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7403 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7404 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7405 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7406 there.
7408 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7409 information:
7411 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7412 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7414 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7415 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7416 you were using the standard distribution binaries out of the
7417 archive. If you were using a locally built executable, try to
7418 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7419 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7422 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7423 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7424 \c{NASMENV} environment variable if any.
7426 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7427 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7428 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7429 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7430 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7431 compiler, what version, and what command line or options you used.
7432 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7433 with the command-line version of the compiler.)
7435 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7436 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7437 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7438 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7439 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7440 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7441 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7442 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7443 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7444 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7445 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7446 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7447 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7449 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7450 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7451 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7452 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7453 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7454 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7455 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7456 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7457 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7458 should be 77 instead'.
7460 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7461 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7462 generates the same file, or whether the problem is related to
7463 portability issues between our development platforms and yours. We
7464 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7465 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7466 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7467 for us.
7469 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7470 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7471 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7472 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7473 differently from us.
7476 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7478                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7480 \H{ndisintro} Introduction
7483 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7484 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7485 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7486 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7487 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7489 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7490 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7491 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7492 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7493 disassembles.
7496 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7498 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7499 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7500 are on a Unix system.
7503 \H{ndisrun} Running NDISASM
7505 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7507 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7509 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7510 provided of course that you remember to specify which it is to work
7511 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7512 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7514 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7515 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7516 summary of command line options.
7519 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7521 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7522 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7523 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7524 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7525 this.
7527 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7528 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7529 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7530 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7531 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7533 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7535 \c        ndisasm -o100h filename.com
7537 will do the trick.
7540 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7542 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7543 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7544 will faithfully plough through the data section, producing machine
7545 instructions wherever it can (although most of them will look
7546 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7547 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7548 Then it will reach the code section.
7550 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7551 instruction from part of the data section, and its file position is
7552 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7553 entirely possible that another spurious instruction will get
7554 generated, starting with the final byte of the data section, and
7555 then the correct first instruction in the code section will not be
7556 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7557 ideal.
7559 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7560 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7561 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7562 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7563 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7564 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7565 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7566 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7567 the instructions in your code section.
7569 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7570 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7571 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7574 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7576 rather than
7578 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7580 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7581 to, just by repeating the \c{-s} option.
7584 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7585 \I\c{auto-sync}
7587 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7588 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7589 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7590 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7591 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7592 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7593 needed.
7595 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7596 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7597 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7598 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7600 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7601 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7602 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7603 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7604 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7605 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7606 processed, there isn't much it can do about it...)
7608 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7609 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7610 the register contains) or involves a segment address (in which case
7611 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7612 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7614 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7615 points in all the right places, and save you from having to place
7616 any sync points manually. However, it should be stressed that
7617 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7618 you may still have to place some manually.
7620 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7621 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7622 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7623 options.
7625 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7626 fluke, something in your data section should disassemble to a
7627 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7628 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7629 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7630 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7631 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7632 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7633 suppress disassembly of the data area.
7636 \S{ndisother} Other Options
7638 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7639 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7640 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7641 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7643 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7644 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7645 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7646 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7647 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7648 anyway.
7651 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7653 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7654 possible, should be sent to
7655 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7656 developer's site at
7657 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7658 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7659 new features as well.
7661 \A{inslist} \i{Instruction List}
7663 \H{inslistintro} Introduction
7665 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7666 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7667 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7668  when appropriate, one or more usage flags.
7670 \& inslist.src
7672 \A{changelog} \i{NASM Version History}
7674 \& changes.src