match: Check the number of elements in broadcasting operands
[nasm/avx512.git] / doc / nasmdoc.src
blob8386eacd32931f45a5419e144d931a5bc7229425
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#
3 \#   Copyright 1996-2012 The NASM Authors - All Rights Reserved
4 \#   See the file AUTHORS included with the NASM distribution for
5 \#   the specific copyright holders.
6 \#
7 \#   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8 \#   modification, are permitted provided that the following
9 \#   conditions are met:
11 \#   * Redistributions of source code must retain the above copyright
12 \#     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13 \#   * Redistributions in binary form must reproduce the above
14 \#     copyright notice, this list of conditions and the following
15 \#     disclaimer in the documentation and/or other materials provided
16 \#     with the distribution.
18 \#     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
19 \#     CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
20 \#     INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
21 \#     MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22 \#     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
23 \#     CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24 \#     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
25 \#     NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
26 \#     LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27 \#     HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
28 \#     CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
29 \#     OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
30 \#     EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
32 \# --------------------------------------------------------------------------
34 \# Source code to NASM documentation
36 \M{category}{Programming}
37 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
38 \M{year}{1996-2012}
39 \M{author}{The NASM Development Team}
40 \M{copyright_tail}{-- All Rights Reserved}
41 \M{license}{This document is redistributable under the license given in the file "LICENSE" distributed in the NASM archive.}
42 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
43 \M{infoname}{NASM}
44 \M{infofile}{nasm}
45 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
46 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
47 \M{logoyadj}{-72}
48 \IR{-D} \c{-D} option
49 \IR{-E} \c{-E} option
50 \IR{-F} \c{-F} option
51 \IR{-I} \c{-I} option
52 \IR{-M} \c{-M} option
53 \IR{-MD} \c{-MD} option
54 \IR{-MF} \c{-MF} option
55 \IR{-MG} \c{-MG} option
56 \IR{-MP} \c{-MP} option
57 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
58 \IR{-MT} \c{-MT} option
59 \IR{-O} \c{-O} option
60 \IR{-P} \c{-P} option
61 \IR{-U} \c{-U} option
62 \IR{-X} \c{-X} option
63 \IR{-a} \c{-a} option
64 \IR{-d} \c{-d} option
65 \IR{-e} \c{-e} option
66 \IR{-f} \c{-f} option
67 \IR{-g} \c{-g} option
68 \IR{-i} \c{-i} option
69 \IR{-l} \c{-l} option
70 \IR{-o} \c{-o} option
71 \IR{-p} \c{-p} option
72 \IR{-s} \c{-s} option
73 \IR{-u} \c{-u} option
74 \IR{-v} \c{-v} option
75 \IR{-W} \c{-W} option
76 \IR{-w} \c{-w} option
77 \IR{-y} \c{-y} option
78 \IR{-Z} \c{-Z} option
79 \IR{!=} \c{!=} operator
80 \IR{$, here} \c{$}, Here token
81 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
82 \IR{$$} \c{$$} token
83 \IR{%} \c{%} operator
84 \IR{%%} \c{%%} operator
85 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
86 \IA{%-1}{%+1}
87 \IR{%0} \c{%0} parameter count
88 \IR{&} \c{&} operator
89 \IR{&&} \c{&&} operator
90 \IR{*} \c{*} operator
91 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
92 \IR{/} \c{/} operator
93 \IR{//} \c{//} operator
94 \IR{<} \c{<} operator
95 \IR{<<} \c{<<} operator
96 \IR{<=} \c{<=} operator
97 \IR{<>} \c{<>} operator
98 \IR{=} \c{=} operator
99 \IR{==} \c{==} operator
100 \IR{>} \c{>} operator
101 \IR{>=} \c{>=} operator
102 \IR{>>} \c{>>} operator
103 \IR{?} \c{?} MASM syntax
104 \IR{^} \c{^} operator
105 \IR{^^} \c{^^} operator
106 \IR{|} \c{|} operator
107 \IR{||} \c{||} operator
108 \IR{~} \c{~} operator
109 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
110 \IA{%$$}{%$}
111 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
112 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
113 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
114 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
115 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
116 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
117 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
118 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
119 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
120 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
121 variables
122 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
123 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
124 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
125 \IR{autoconf} Autoconf
126 \IR{bin} bin
127 \IR{bitwise and} bitwise AND
128 \IR{bitwise or} bitwise OR
129 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
130 \IR{block ifs} block IFs
131 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
132 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
133 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
134 \IR{bsd} BSD
135 \IR{c calling convention} C calling convention
136 \IR{c symbol names} C symbol names
137 \IA{critical expressions}{critical expression}
138 \IA{command line}{command-line}
139 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
140 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
141 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
142 \IA{character constants}{character constant}
143 \IR{common object file format} Common Object File Format
144 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
145 in \c{elf}
146 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
147 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
148 \IR{declaring structure} declaring structures
149 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
150 \IR{devpac} DevPac
151 \IR{djgpp} DJGPP
152 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
153 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
154 \IR{dos} DOS
155 \IR{dos archive} DOS archive
156 \IR{dos source archive} DOS source archive
157 \IA{effective address}{effective addresses}
158 \IA{effective-address}{effective addresses}
159 \IR{elf} ELF
160 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
161 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
162 \IR{elf32} \c{elf32}
163 \IR{elf64} \c{elf64}
164 \IR{elfx32} \c{elfx32}
165 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
166 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
167 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
168 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
169 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
170 \IR{freebsd} FreeBSD
171 \IR{freelink} FreeLink
172 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
173 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
174 convention
175 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
176 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
177 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
178 \IR{got} GOT
179 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
180 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
181 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
182 \IR{intel number formats} Intel number formats
183 \IR{linux, elf} Linux, ELF
184 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
185 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
186 \IR{logical and} logical AND
187 \IR{logical or} logical OR
188 \IR{logical xor} logical XOR
189 \IR{mach object file format} Mach, object file format
190 \IR{mach-o} Mach-O
191 \IR{macho32} \c{macho32}
192 \IR{macho64} \c{macho64}
193 \IR{macos x} MacOS X
194 \IR{masm} MASM
195 \IA{memory reference}{memory references}
196 \IR{minix} Minix
197 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
198 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
199 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
200 \IR{mmx registers} MMX registers
201 \IA{modr/m}{modr/m byte}
202 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
203 \IR{ms-dos} MS-DOS
204 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
205 \IR{multipush} \c{multipush} macro
206 \IR{nan} NaN
207 \IR{nasm version} NASM version
208 \IR{netbsd} NetBSD
209 \IR{omf} OMF
210 \IR{openbsd} OpenBSD
211 \IR{operating system} operating system
212 \IR{os/2} OS/2
213 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
214 \IR{passes} passes, assembly
215 \IR{perl} Perl
216 \IR{pic} PIC
217 \IR{pharlap} PharLap
218 \IR{plt} PLT
219 \IR{plt} \c{PLT} relocations
220 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
221 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
222 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
223 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
224 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
225 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
226 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
227 Object File Format
228 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
229 \IA{repeating}{repeating code}
230 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
231 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
232 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
233 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
234 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
235 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
236 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
237 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
238 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
239 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
240 \IR{shift command} \c{shift} command
241 \IA{sib}{sib byte}
242 \IR{sib byte} SIB byte
243 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
244 \IA{sectalign}{sectalign}
245 \IR{solaris x86} Solaris x86
246 \IA{standard section names}{standardized section names}
247 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
248 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
249 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
250 \IR{tlink} \c{TLINK}
251 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
252 \IR{unicode} Unicode
253 \IR{unix} Unix
254 \IR{utf-8} UTF-8
255 \IR{utf-16} UTF-16
256 \IR{utf-32} UTF-32
257 \IA{sco unix}{unix, sco}
258 \IR{unix, sco} Unix, SCO
259 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
260 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
261 \IA{unix system v}{unix, system v}
262 \IR{unix, system v} Unix, System V
263 \IR{unixware} UnixWare
264 \IR{val} VAL
265 \IR{version number of nasm} version number of NASM
266 \IR{visual c++} Visual C++
267 \IR{www page} WWW page
268 \IR{win32} Win32
269 \IR{win32} Win64
270 \IR{windows} Windows
271 \IR{windows 95} Windows 95
272 \IR{windows nt} Windows NT
273 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
274 \# \IC{program entry point}{start point, program}
275 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
276 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
277 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
280 \C{intro} Introduction
282 \H{whatsnasm} What Is NASM?
284 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
285 for portability and modularity. It supports a range of object file
286 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
287 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
288 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
289 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
290 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
291 strong support for macros.
294 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
296 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
297 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
298 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
299 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
301 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
302 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
304 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
305 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
306 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
307 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
308 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
309 it (properly.)
311 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
312 doesn't seem to have much (or any) documentation.
314 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
315 DOS.
317 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
318 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
319 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
320 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
321 It's expensive too. And it's DOS-only.
323 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
324 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
325 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
326 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
327 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
328 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
329 Again.
332 \S{legal} \i{License} Conditions
334 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
335 distribution archive, for the license conditions under which you may
336 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
337 known as the simplified BSD license.
339 Copyright 1996-2011 the NASM Authors - All rights reserved.
341 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
342 modification, are permitted provided that the following conditions are
343 met:
345 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
346 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
348 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
349 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
350 documentation and/or other materials provided with the distribution.
351       
352 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
353 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
354 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
355 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
356 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
357 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
358 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
359 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
360 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
361 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
362 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
363 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
364 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
367 \H{contact} Contact Information
369 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
370 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
371 (see below for the link).
372 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
374 NASM has a \i{website} at
375 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
376 google for us!
378 \i{New releases}, \i{release candidates}, and \I{snapshots, daily
379 development}\i{daily development snapshots} of NASM are available from
380 the official web site.
382 Announcements are posted to
383 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
384 and to the web site
385 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
387 If you want information about the current development status, please
388 subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list; see link from the
389 website.
392 \H{install} Installation
394 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
396 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
397 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
398 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
399 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
401 The archive will contain a set of executable files: the NASM
402 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
403 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
404 RDOFF file format.
406 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
407 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
408 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
409 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
410 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
411 under other versions of Windows as well.)
413 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
414 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
415 so you can delete it if you need to save space; however, you may
416 want to keep the documentation or test programs.
418 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
419 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
420 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
421 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
422 the source archive.
424 Note that a number of files are generated from other files by Perl
425 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
426 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
427 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
428 documentation. It is possible future source distributions may not
429 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
430 platforms, including DOS and Windows, are available from
431 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
434 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
436 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
437 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
438 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
439 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
440 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
442 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
443 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
444 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
445 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
446 accordingly.
448 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
449 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
450 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
451 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
452 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
453 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
454 install the programs yourself.
456 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
457 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
458 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
459 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
462 \C{running} Running NASM
464 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
466 To assemble a file, you issue a command of the form
468 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
470 For example,
472 \c nasm -f elf myfile.asm
474 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
476 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
478 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
480 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
481 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
482 to give a listing file name, for example:
484 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
486 To get further usage instructions from NASM, try typing
488 \c nasm -h
490 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
491 are.
493 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
494 or \c{ELF}, type
496 \c file nasm
498 (in the directory in which you put the NASM binary when you
499 installed it). If it says something like
501 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
503 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
504 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
506 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
508 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
509 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
510 and are rare these days.)
512 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
513 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
514 messages.
517 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
519 NASM will normally choose the name of your output file for you;
520 precisely how it does this is dependent on the object file format.
521 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
522 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
523 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
524 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
525 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{elfx32}, \c{ieee}, \c{macho32} and
526 \c{macho64}) it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith}
527 and \c{srec}, it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec},
528 respectively, and for the \c{bin} format it will simply remove the
529 extension, so that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
531 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
532 has the same name as the input file, in which case it will give a
533 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
535 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
536 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
537 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
538 with the name you wish for the output file, either with or without
539 an intervening space. For example:
541 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
542 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
544 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
545 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
548 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
550 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
551 output file format for you itself. In the distribution versions of
552 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
553 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
554 choose what you want the default to be.
556 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
557 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
559 A complete list of the available output file formats can be given by
560 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
563 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
565 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
566 optional space) by a file name, NASM will generate a
567 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
568 code are listed on the left, and the actual source code, with
569 expansions of multi-line macros (except those which specifically
570 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
571 right. For example:
573 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
575 If a list file is selected, you may turn off listing for a
576 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
577 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
578 form" (without the brackets). This can be used to list only
579 sections of interest, avoiding excessively long listings.
582 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
584 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
585 This can be redirected to a file for further processing. For example:
587 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
590 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
592 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
593 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
594 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
595 dependency list without a prefix.
598 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
600 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
601 output to a file, rather than to stdout.  For example:
603 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
606 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
608 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
609 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
610 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
611 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
612 updated dependencies with every assembly session.  For example:
614 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
617 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
619 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
620 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
621 specified by the \c{-o} option.
624 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
626 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
627 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
628 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
629 quotable in Make.  The default output (if no \c{-MT} or \c{-MQ} option
630 is specified) is automatically quoted.
633 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
635 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
636 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
637 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
638 file has been removed.
641 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
643 This option is used to select the format of the debug information
644 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
645 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
646 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
647 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
648 if \c{-F} is specified.
650 A complete list of the available debug file formats for an output
651 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
652 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
654 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
655 is not built into NASM by default. For information on how
656 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
659 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
661 This option can be used to generate debugging information in the specified
662 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
663 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
664 If no debug information is currently implemented in the selected output
665 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
668 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
670 This option can be used to select an error reporting format for any
671 error messages that might be produced by NASM.
673 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
674 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
675 the default and looks like this:
677 \c filename.asm:65: error: specific error message
679 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
680 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
681 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
682 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
683 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
685 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
686 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
688 \c filename.asm(65) : error: specific error message
690 where the only difference is that the line number is in parentheses
691 instead of being delimited by colons.
693 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
695 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
697 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
698 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
699 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
700 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
701 example) you want to load them into an editor.
703 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
704 which causes errors to be sent to the specified files rather than
705 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
706 the errors into a file by typing
708 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
710 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
711 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
712 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
714 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
716 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
717 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
718 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
719 program, you can type:
721 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
723 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
726 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
728 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
729 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
730 search for the given file not only in the current directory, but also
731 in any directories specified on the command line by the use of the
732 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
733 library}, for example, by typing
735 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
737 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
738 optional).
740 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
741 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
742 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
743 prepended exactly as written to the name of the include file.
744 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
745 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
747 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
748 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
749 to search for the file \c{foobar.i}...)
751 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
752 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
753 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
754 \k{nasmenv}).
756 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
757 be specified as \c{-I}.
760 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
762 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
763 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
764 option. So running
766 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
768 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
769 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
771 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
772 option can also be specified as \c{-P}.
775 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
777 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
778 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
779 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
780 could code
782 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
784 as an alternative to placing the directive
786 \c %define FOO 100
788 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
789 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
790 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
791 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
792 \c{-dDEBUG}.
794 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
795 be specified as \c{-D}.
798 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
800 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
801 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
802 option specified earlier on the command lines.
804 For example, the following command line:
806 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
808 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
809 program. This is useful to override options specified at a different
810 point in a Makefile.
812 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
813 be specified as \c{-U}.
816 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
818 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
819 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
820 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
821 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
822 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
823 if the \c{-o} option is also used).
825 This option cannot be applied to programs which require the
826 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
827 which depend on the values of symbols: so code such as
829 \c %assign tablesize ($-tablestart)
831 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
833 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
834 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
835 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
837 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
839 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
840 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
841 completely and assume the compiler has already done it, to save time
842 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
843 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
844 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
847 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
849 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
850 levels of optimization.  The syntax is:
852 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
853         if a short form is not specified, except conditional jumps.
854         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
856 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
857         which will fit in a signed byte are optimized,
858         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
859         to the long form unless otherwise specified.
861 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
862         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
863         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
864         has been used (see \k{strict}).  For compatibility with earlier
865         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
866         one. This number has no effect on the actual number of passes.
868 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses, and is the default
869 since NASM 2.09.
871 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
872 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
875 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
877 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
878 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
880 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
882 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
883 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
884 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
885 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
886 Note that you lose the ability to override the default address type for
887 the instruction.
889 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
890 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
891 \c{include}, \c{local})
893 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
895 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
896 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
897 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
898 conditions are reported like errors, but come up with the word
899 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
900 generating an output file and returning a success status to the
901 operating system.
903 Some conditions are even less severe than that: they are only
904 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
905 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
906 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
907 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
908 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
909 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
911 The \i{suppressible warning} classes are:
913 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
914 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
915 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
916 you might want to disable it.
918 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
919 warning class is disabled by default.
921 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
922 parameters than optional parameters. This warning class
923 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
925 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
926 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
927 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
928 see \k{syntax} for more information.
930 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
931 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
933 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
934 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
935 This warning class is disabled by default.
937 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
938 Enabled by default.
940 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
941 Disabled by default.
943 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
944 Disabled by default.
946 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
947 Enabled by default.
949 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
950 Enabled by default.
952 \b \i\c{lock} warns about \c{LOCK} prefixes on unlockable instructions.
953 Enabled by default.
955 \b \i\c{hle} warns about invalid use of the HLE \c{XACQUIRE} or \c{XRELEASE}
956 prefixes.
957 Enabled by default.
959 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
960 default.
962 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
963 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
965 In addition, you can set warning classes across sections.
966 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
967 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
968 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
969 (without the brackets) exists.
971 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
972 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
973 \c{-w-warning}, respectively.
976 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
978 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
979 and the date on which it was compiled.
981 You will need the version number if you report a bug.
983 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
985 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
986 debug info formats for the given output format. The default format
987 is indicated by an asterisk. For example:
989 \c nasm -f elf -y
991 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
992 \c   ('*' denotes default):
993 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
994 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
997 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
999 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
1000 (respectively) the given argument to all \c{global} or
1001 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
1002 underscore to all global and external variables, as C sometimes
1003 (but not always) likes it.
1006 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
1008 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1009 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1010 processed before the real command line. You can use this to define
1011 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1012 options in the \c{NASMENV} variable.
1014 The value of the variable is split up at white space, so that the
1015 value \c{-s -ic:\\nasmlib\\} will be treated as two separate options.
1016 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1017 what you might want, because it will be split at the space and the
1018 NASM command-line processing will get confused by the two
1019 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1021 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1022 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1023 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1024 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1025 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib\\} is equivalent to setting it to \c{-s
1026 -ic:\\nasmlib\\}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1028 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1029 changed with version 0.98.31.
1032 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1034 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1035 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1036 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1037 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1038 skipping this section.
1041 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1043 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1044 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1045 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1046 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1047 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1048 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1049 will distinguish between labels differing only in case.
1052 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1054 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1055 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1056 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1057 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1058 if you declare, for example,
1060 \c foo     equ     1
1061 \c bar     dw      2
1063 then the two lines of code
1065 \c         mov     ax,foo
1066 \c         mov     ax,bar
1068 generate completely different opcodes, despite having
1069 identical-looking syntaxes.
1071 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1072 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1073 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1074 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1075 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1076 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1077 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1078 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1080 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1081 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1082 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1083 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1084 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1085 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1087 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1088 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1089 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1090 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1091 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1092 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1093 \e{everything} is a label.
1095 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1096 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1097 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1098 portion outside square brackets and another portion inside. The
1099 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1100 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1103 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1105 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1106 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1107 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1108 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1109 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1110 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1111 \c{mov word [var],2}.
1113 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1114 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1115 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1116 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1117 the strings being manipulated.
1120 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1122 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1123 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1124 choose to put in your segment registers, and will never
1125 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1128 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1130 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1131 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1132 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1133 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1134 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1135 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1136 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1137 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1138 track of which external variable definitions are far and which are
1139 near.
1142 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1144 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1145 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1146 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1147 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1149 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1150 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1151 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1152 on a misunderstanding by the authors.
1155 \S{qsother} Other Differences
1157 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1158 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1160 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1161 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1162 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1163 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1164 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1165 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1166 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1168 In addition to all of this, macros and directives work completely
1169 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1170 details.
1173 \C{lang} The NASM Language
1175 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1177 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1178 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1179 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1181 \c label:    instruction operands        ; comment
1183 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1184 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1185 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1186 presence and nature of the instruction field.
1188 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1189 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1190 backslash-ended line.
1192 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1193 have white space before them, or instructions may have no space
1194 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1195 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1196 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1197 valid source line which does nothing but define a label. Running
1198 NASM with the command-line option
1199 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1200 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1202 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1203 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1204 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1205 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1206 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1207 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1208 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1209 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1210 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1211 an identifier is 4095 characters.
1213 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1214 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1215 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1216 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1217 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1218 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1219 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1220 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1221 override}segment register as an instruction prefix: coding
1222 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1223 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1224 syntactic features of the language, but for instructions such as
1225 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1226 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1227 \c{es lodsb}.
1229 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1230 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1231 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1233 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1234 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1236 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1237 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1238 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1239 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1240 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1241 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1243 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1244 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1245 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1246 \# Details of
1247 \# all forms of each supported instruction are given in
1248 \# \k{iref}.
1249 For example, you can code:
1251 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1252 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1254 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1255 \c         fadd    to st1          ; so does this
1257 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1258 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1259 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1262 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1264 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1265 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1266 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1267 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1268 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1269 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1270 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1271 prefix.
1274 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1276 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1277 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1278 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1279 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1281 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1282 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1283 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1284 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1285 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1286 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1287 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1288 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1289 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1290 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1291 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1292 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1293 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1295 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1298 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1300 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1301 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1302 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1303 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1304 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1305 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1306 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1307 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1308 expression}: see \k{crit}.
1310 For example:
1312 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1313 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1314 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1315 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1317 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1319 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1320 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1321 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1322 directly into a game executable file. It can be called in one of
1323 these three ways:
1325 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1326 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1327 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1328 \c                                    ; actually include at most 512
1330 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1331 macro version searches for the file in the include file search path
1332 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1333 overridden if desired.
1336 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1338 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1339 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1340 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1341 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1342 example,
1344 \c message         db      'hello, world'
1345 \c msglen          equ     $-message
1347 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1348 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1349 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1350 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1351 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1352 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1355 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1357 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1358 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1359 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1360 code
1362 \c zerobuf:        times 64 db 0
1364 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1365 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1366 \e{expression}, so you can do things like
1368 \c buffer: db      'hello, world'
1369 \c         times 64-$+buffer db ' '
1371 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1372 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1373 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1375 \c         times 100 movsb
1377 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1378 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1379 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1381 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1383 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1384 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1385 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1386 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1387 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1390 \H{effaddr} Effective Addresses
1392 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1393 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1394 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1395 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1396 example:
1398 \c wordvar dw      123
1399 \c         mov     ax,[wordvar]
1400 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1401 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1403 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1404 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1406 More complicated effective addresses, such as those involving more
1407 than one register, work in exactly the same way:
1409 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1410 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1412 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1413 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1414 all right:
1416 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1417 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1419 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1420 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1421 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1422 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1423 generate the latter on the grounds that the former requires four
1424 bytes to store a zero offset.
1426 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1427 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1428 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1429 default segment registers.
1431 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1432 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1433 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1434 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1435 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1436 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1437 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1438 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1439 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1440 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1441 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1443 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1444 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1445 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1446 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1447 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1448 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1449 the offset to be lost.
1451 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1452 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1453 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1454 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1455 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1456 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1458 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1459 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1460 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1461 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1464 \H{const} \i{Constants}
1466 NASM understands four different types of constant: numeric,
1467 character, string and floating-point.
1470 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1472 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1473 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1474 suffix \c{H} or \c{X}, \c{D} or \c{T}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} or
1475 \c{Y} for \i{hexadecimal}, \i{decimal}, \i{octal} and \i{binary}
1476 respectively, or you can prefix \c{0x}, for hexadecimal in the style
1477 of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal in the style of Borland
1478 Pascal or Motorola Assemblers. Note, though, that the \I{$,
1479 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1480 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1481 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1482 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0d} or
1483 \c{0t} for decimal, \c{0o} or \c{0q} for octal, and \c{0b} or \c{0y}
1484 for binary.  Please note that unlike C, a \c{0} prefix by itself does
1485 \e{not} imply an octal constant!
1487 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1488 up long strings.
1490 Some examples (all producing exactly the same code):
1492 \c         mov     ax,200          ; decimal
1493 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1494 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1495 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1496 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1497 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1498 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1499 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1500 \c         mov     ax,310q         ; octal
1501 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1502 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1503 \c         mov     ax,0q310        ; octal yet again
1504 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1505 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1506 \c         mov     ax,1100_1000y   ; same binary constant once more
1507 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1508 \c         mov     ax,0y1100_1000  ; same binary constant yet again
1510 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1512 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1513 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1514 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1515 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1516 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1517 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1518 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1521 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1523 \c       \'          single quote (')
1524 \c       \"          double quote (")
1525 \c       \`          backquote (`)
1526 \c       \\\          backslash (\)
1527 \c       \?          question mark (?)
1528 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1529 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1530 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1531 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1532 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1533 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1534 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1535 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1536 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1537 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1538 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1539 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1541 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1542 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1543 sequence.
1545 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1546 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1548 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1549 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1550 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1553 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1555 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1556 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1558 A character constant with more than one byte will be arranged
1559 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1561 \c           mov eax,'abcd'
1563 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1564 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1565 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1566 the sense of character constants understood by the Pentium's
1567 \i\c{CPUID} instruction.
1570 \S{strconst} \i{String Constants}
1572 String constants are character strings used in the context of some
1573 pseudo-instructions, namely the
1574 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1575 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1576 certain preprocessor directives.
1578 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1579 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1580 for the conditions. So the following are equivalent:
1582 \c       db    'hello'               ; string constant
1583 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1585 And the following are also equivalent:
1587 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1588 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1589 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1591 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1592 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1593 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1594 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1595 or four-character constants are treated as strings when they are
1596 operands to \c{DW}, and so forth.
1598 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1600 The special operators \i\c{__utf16__}, \i\c{__utf16le__},
1601 \i\c{__utf16be__}, \i\c{__utf32__}, \i\c{__utf32le__} and
1602 \i\c{__utf32be__} allows definition of Unicode strings.  They take a
1603 string in UTF-8 format and converts it to UTF-16 or UTF-32,
1604 respectively.  Unless the \c{be} forms are specified, the output is
1605 littleendian.
1607 For example:
1609 \c %define u(x) __utf16__(x)
1610 \c %define w(x) __utf32__(x)
1612 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1613 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1615 The UTF operators can be applied either to strings passed to the
1616 \c{DB} family instructions, or to character constants in an expression
1617 context.
1619 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1621 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1622 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1623 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1624 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1625 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1626 \i\c{__float128h__}.
1628 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1629 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1630 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1631 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1632 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.
1634 NASM also support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x},
1635 hexadecimal digits, period, optionally more hexadeximal digits, then
1636 optionally a \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent
1637 in decimal notation.  As an extension, NASM additionally supports the
1638 \c{0h} and \c{$} prefixes for hexadecimal, as well binary and octal
1639 floating-point, using the \c{0b} or \c{0y} and \c{0o} or \c{0q}
1640 prefixes, respectively.
1642 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1643 floating-point constants as well.
1645 Some examples:
1647 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1648 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1649 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1650 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1651 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1652 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1653 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1654 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1655 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1656 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1657 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1659 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1660 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1661 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1662 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1663 called a "\i{minifloat}."
1665 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1666 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1667 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1668 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1669 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1670 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1671 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1672 floating-point number, respectively.
1674 For example:
1676 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1678 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1679 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1681 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1683 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1684 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1685 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1686 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1687 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1688 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1689 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1690 of floating-point routines, which would significantly increase the
1691 size of the assembler for very little benefit.
1693 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1694 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1695 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1696 respectively.  These are normally used as macros:
1698 \c %define Inf __Infinity__
1699 \c %define NaN __QNaN__
1701 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1703 The \c{%use fp} standard macro package contains a set of convenience
1704 macros.  See \k{pkg_fp}.
1706 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1708 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1709 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1710 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1712 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1713 digits.
1715 For example:
1717 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1718 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1719 \c       dt +0p33
1720 \c       dt 33p
1723 \H{expr} \i{Expressions}
1725 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1726 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1727 appropriate size.
1729 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1730 calculations to involve the current assembly position: the
1731 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1732 position at the beginning of the line containing the expression; so
1733 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1734 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1735 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1737 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1738 increasing order of \i{precedence}.
1741 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1743 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1744 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1745 arithmetic operator supported by NASM.
1748 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1750 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1753 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1755 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1758 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1760 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1761 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1762 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1763 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1764 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1767 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1768 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1770 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1771 subtraction.
1774 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1775 \i{Multiplication} and \i{Division}
1777 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1778 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1779 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1780 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1781 \i{signed modulo} operators respectively.
1783 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1784 operation of the signed modulo operator.
1786 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1787 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1788 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1791 \S{expmul} \i{Unary Operators}
1793 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are those
1794 which only apply to one argument.  These are \I{+ opunary}\c{+}, \I{-
1795 opunary}\c{-}, \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!}, \i\c{SEG}, and the
1796 \i{integer functions} operators.
1798 \c{-} negates its operand, \c{+} does nothing (it's provided for
1799 symmetry with \c{-}), \c{~} computes the \i{one's complement} of its
1800 operand, \c{!} is the \i{logical negation} operator.
1802 \c{SEG} provides the \i{segment address}
1803 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1805 A set of additional operators with leading and trailing double
1806 underscores are used to implement the integer functions of the
1807 \c{ifunc} macro package, see \k{pkg_ifunc}.
1810 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1812 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1813 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1814 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1815 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1817 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1818 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1819 the symbol makes sense. So the code
1821 \c         mov     ax,seg symbol
1822 \c         mov     es,ax
1823 \c         mov     bx,symbol
1825 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1827 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1828 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1829 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1830 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1831 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1833 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1834 \c         mov     es,ax
1835 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1837 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1838 pointer to the symbol \c{symbol}.
1840 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1841 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1842 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1843 could code either of
1845 \c         call    (seg procedure):procedure
1846 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1848 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1849 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1850 practice.)
1852 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1853 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1854 to \c{CALL} in these examples.
1856 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1857 must code
1859 \c         dw      symbol, seg symbol
1861 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1862 invent one using the macro processor.
1865 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1867 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1868 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1869 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1870 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1871 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1872 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1873 in \c{BITS 16} mode,
1875 \c         push dword 33
1877 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1879 \c         push strict dword 33
1881 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1882 21 00 00 00}.
1884 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1885 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1888 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1890 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1891 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1892 called \e{Critical Expressions}.
1894 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1895 code and data, so that the second pass, when generating all the
1896 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1897 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1898 symbol declared after the code in question. For example,
1900 \c         times (label-$) db 0
1901 \c label:  db      'Where am I?'
1903 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1904 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1905 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1906 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1907 code
1909 \c         times (label-$+1) db 0
1910 \c label:  db      'NOW where am I?'
1912 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1913 wrong!
1915 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1916 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1917 value is required to be computable in the first pass, and which must
1918 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1919 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1921 \H{locallab} \i{Local Labels}
1923 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1924 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1925 label, which means that it is associated with the previous non-local
1926 label. So, for example:
1928 \c label1  ; some code
1930 \c .loop
1931 \c         ; some more code
1933 \c         jne     .loop
1934 \c         ret
1936 \c label2  ; some code
1938 \c .loop
1939 \c         ; some more code
1941 \c         jne     .loop
1942 \c         ret
1944 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1945 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1946 are kept separate by virtue of each being associated with the
1947 previous non-local label.
1949 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1950 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1951 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1952 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1953 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1954 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1955 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1956 to, you could write
1958 \c label3  ; some more code
1959 \c         ; and some more
1961 \c         jmp label1.loop
1963 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1964 define a label which can be referenced from anywhere but which
1965 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1966 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1967 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1968 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1969 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1970 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1971 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1972 to the local label mechanism. So you could code
1974 \c label1:                         ; a non-local label
1975 \c .local:                         ; this is really label1.local
1976 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1977 \c label2:                         ; another non-local label
1978 \c .local:                         ; this is really label2.local
1980 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1982 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1983 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1984 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}),
1985 \c{..imagebase} is used to find out the offset from a base address
1986 of the current image in the \c{win64} output format (see \k{win64pic}).
1987 So just keep in mind that symbols beginning with a double period are
1988 special.
1991 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1993 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1994 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1995 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1996 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1997 sign.
1999 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
2000 character into a single line.  Thus:
2002 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
2003 \c         THIS_VALUE
2005 will work like a single-line macro without the backslash-newline
2006 sequence.
2008 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
2010 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
2012 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
2013 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
2014 things like
2016 \c %define ctrl    0x1F &
2017 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
2019 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
2021 which will expand to
2023 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
2025 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
2026 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
2027 not at definition time. Thus the code
2029 \c %define a(x)    1+b(x)
2030 \c %define b(x)    2*x
2032 \c         mov     ax,a(8)
2034 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2035 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2037 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2038 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2039 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2040 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2041 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2042 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2043 \c{bar}.
2045 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2046 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2047 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2048 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2049 Hence, if you code
2051 \c %define a(x)    1+a(x)
2053 \c         mov     ax,a(3)
2055 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2056 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2057 for an example of its use.
2059 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2060 macros: if you write
2062 \c %define foo(x)   1+x
2063 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2065 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2066 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2067 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2068 you define
2070 \c %define foo bar
2072 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2073 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2074 \e{with} parameters, and vice versa.
2076 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2077 perfectly well define a macro with
2079 \c %define foo bar
2081 and then re-define it later in the same source file with
2083 \c %define foo baz
2085 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2086 according to the most recent definition. This is particularly useful
2087 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2089 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2090 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2093 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2095 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2096 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2097 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2098 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2099 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2101 Suppose you have the following code:
2103 \c %define  isTrue  1
2104 \c %define  isFalse isTrue
2105 \c %define  isTrue  0
2107 \c val1:    db      isFalse
2109 \c %define  isTrue  1
2111 \c val2:    db      isFalse
2113 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2114 This is because, when a single-line macro is defined using
2115 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2116 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2117 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2118 time it is 1.
2120 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2121 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2122 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2124 \c %xdefine isTrue  1
2125 \c %xdefine isFalse isTrue
2126 \c %xdefine isTrue  0
2128 \c val1:    db      isFalse
2130 \c %xdefine isTrue  1
2132 \c val2:    db      isFalse
2134 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2135 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2136 the time that \c{isFalse} was defined.
2139 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2141 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2142 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2143 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2144 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2146 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2148 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2149 select between them.  Similarly, the two statements:
2151 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2152 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2154 have, in fact, exactly the same effect.
2156 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2157 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2160 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2162 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2163 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2164 several similar macros that perform similar functions.
2166 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2167 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2169 As an example, consider the following:
2171 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2173 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2174 \c         .COM1addr       RESW    1
2175 \c         .COM2addr       RESW    1
2176 \c         ; ..and so on
2177 \c endstruc
2179 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2180 we can end up with:
2182 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2183 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2185 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2186 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2188 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2190 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2192 Now the above code can be written as:
2194 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2195 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2197 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2198 in turn, reduce typing errors).
2201 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2203 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2204 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2205 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2206 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2207 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2208 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2210 For example:
2212 \c %idefine Foo mov %?,%??
2214 \c         foo
2215 \c         FOO
2217 will expand to:
2219 \c         mov foo,Foo
2220 \c         mov FOO,Foo
2222 The sequence:
2224 \c %idefine keyword $%?
2226 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2227 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2229 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2232 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2234 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2235 example, the following sequence:
2237 \c %define foo bar
2238 \c %undef  foo
2240 \c         mov     eax, foo
2242 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2243 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2245 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2246 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2247 \k{opt-u}.
2250 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2252 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2253 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2254 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2255 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2257 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2258 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2259 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2260 \c{%assign} directive is processed.
2262 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2263 later, so you can do things like
2265 \c %assign i i+1
2267 to increment the numeric value of a macro.
2269 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2270 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2271 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2273 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2274 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2275 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2276 involving a register).
2279 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2281 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2282 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2283 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2284 before definition.
2286 For example:
2288 \c %defstr test TEST
2290 is equivalent to
2292 \c %define test 'TEST'
2294 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2295 \k{getenv}):
2297 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2300 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2302 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2303 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2304 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2306 For example:
2308 \c %deftok test 'TEST'
2310 is equivalent to
2312 \c %define test TEST
2315 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2317 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2318 supports a few simple string handling macro operators from which
2319 more complex operations can be constructed.
2321 All the string operators define or redefine a value (either a string
2322 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2323 value, it may change the style of quoting of the input string or
2324 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2326 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2328 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2329 a single-line macro.
2331 For example:
2333 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2335 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2336 Similarly:
2338 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2340 ... would assign the value \c{`"foo"\\\\'bar'`} to \c{beta}.
2342 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2345 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2347 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2348 For example:
2350 \c %strlen charcnt 'my string'
2352 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2353 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2354 was a literal string but it could also have been a single-line
2355 macro that expands to a string, as in the following example:
2357 \c %define sometext 'my string'
2358 \c %strlen charcnt sometext
2360 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2361 assigned the value of 9.
2364 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2366 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2367 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2368 than the description:
2370 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2371 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2372 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2373 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2374 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2375 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2377 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2378 single-line macro to be created and the second is the string. The
2379 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2380 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2381 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2382 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2383 values out of range result in an empty string.  A negative length
2384 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2385 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2388 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2390 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2391 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2392 this.
2394 \c %macro  prologue 1
2396 \c         push    ebp
2397 \c         mov     ebp,esp
2398 \c         sub     esp,%1
2400 \c %endmacro
2402 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2403 invoke the macro with a call such as
2405 \c myfunc:   prologue 12
2407 which would expand to the three lines of code
2409 \c myfunc: push    ebp
2410 \c         mov     ebp,esp
2411 \c         sub     esp,12
2413 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2414 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2415 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2416 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2417 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2418 \c{%3} and so on.
2420 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2421 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2423 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2424 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2425 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2426 things like
2428 \c %macro  silly 2
2430 \c     %2: db      %1
2432 \c %endmacro
2434 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2435 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2436 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2439 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2441 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2442 defining the same macro name several times with different numbers of
2443 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2444 parameters at all. So you could define
2446 \c %macro  prologue 0
2448 \c         push    ebp
2449 \c         mov     ebp,esp
2451 \c %endmacro
2453 to define an alternative form of the function prologue which
2454 allocates no local stack space.
2456 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2457 instruction; for example, you might want to define
2459 \c %macro  push 2
2461 \c         push    %1
2462 \c         push    %2
2464 \c %endmacro
2466 so that you could code
2468 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2469 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2471 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2472 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2473 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2474 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2475 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2476 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2479 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2481 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2482 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2483 calling the same macro multiple times will use a different label
2484 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2485 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2486 flag is set by doing this:
2488 \c %macro  retz 0
2490 \c         jnz     %%skip
2491 \c         ret
2492 \c     %%skip:
2494 \c %endmacro
2496 You can call this macro as many times as you want, and every time
2497 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2498 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2499 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2500 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2501 interfering with the local label mechanism, as described in
2502 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2503 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2504 they interfere with macro-local labels.
2507 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2509 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2510 command line into one parameter definition, possibly after
2511 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2512 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2513 you might want to be able to write
2515 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2517 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2518 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2519 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2520 the last defined one along with the separating commas. So if you
2521 code:
2523 \c %macro  writefile 2+
2525 \c         jmp     %%endstr
2526 \c   %%str:        db      %2
2527 \c   %%endstr:
2528 \c         mov     dx,%%str
2529 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2530 \c         mov     bx,%1
2531 \c         mov     ah,0x40
2532 \c         int     0x21
2534 \c %endmacro
2536 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2537 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2538 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2539 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2540 \c{db}.
2542 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2543 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2544 \c{%macro} line.
2546 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2547 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2548 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2549 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2550 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2551 into account when overloading macros, and will not allow you to
2552 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2553 example).
2555 Of course, the above macro could have been implemented as a
2556 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2557 look like
2559 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2561 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2562 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2563 definition.
2565 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2567 \S{mlmacrange} \i{Macro Parameters Range}
2569 NASM allows you to expand parameters via special construction \c{%\{x:y\}}
2570 where \c{x} is the first parameter index and \c{y} is the last. Any index can
2571 be either negative or positive but must never be zero.
2573 For example
2575 \c %macro mpar 1-*
2576 \c      db %{3:5}
2577 \c %endmacro
2579 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2581 expands to \c{3,4,5} range.
2583 Even more, the parameters can be reversed so that
2585 \c %macro mpar 1-*
2586 \c      db %{5:3}
2587 \c %endmacro
2589 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2591 expands to \c{5,4,3} range.
2593 But even this is not the last. The parameters can be addressed via negative
2594 indices so NASM will count them reversed. The ones who know Python may see
2595 the analogue here.
2597 \c %macro mpar 1-*
2598 \c      db %{-1:-3}
2599 \c %endmacro
2601 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2603 expands to \c{6,5,4} range.
2605 Note that NASM uses \i{comma} to separate parameters being expanded.
2607 By the way, here is a trick - you might use the index \c{%{-1:-1}}
2608 which gives you the \i{last} argument passed to a macro.
2610 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2612 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2613 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2614 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2616 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2618 \c         writefile 2,%1
2619 \c         mov     ax,0x4c01
2620 \c         int     0x21
2622 \c %endmacro
2624 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2625 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2626 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2627 called with no parameters, in which case it will use the default
2628 error message supplied in the macro definition.
2630 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2631 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2632 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2633 optional ones. So if a macro definition began with the line
2635 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2637 then it could be called with between one and three parameters, and
2638 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2639 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2640 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2642 You can provide extra information to a macro by providing
2643 too many default parameters:
2645 \c %macro quux 1 something
2647 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2648 more information.
2649 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2650 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2651 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2652 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2653 when the macro is defined, not when it is expanded.
2655 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2656 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2657 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2658 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2659 parameters were really passed to the macro call.
2661 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2662 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2663 and more useful, by changing the first line of the definition to
2665 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2667 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2668 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2669 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2672 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2674 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2675 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2676 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2677 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2678 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2679 Examples are given in \k{rotate}.
2682 \S{percent00} \i\c{%00}: \I{label preceeding macro}Label Preceeding Macro
2684 \c{%00} will return the label preceeding the macro invocation, if any. The
2685 label must be on the same line as the macro invocation, may be a local label
2686 (see \k{locallab}), and need not end in a colon.
2689 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2691 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2692 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2693 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2694 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2695 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2696 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2698 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2699 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2700 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2701 argument list reappear on the right, and vice versa.
2703 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2704 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2705 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2706 parameters are rotated to the right.
2708 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2709 restore a set of registers might work as follows:
2711 \c %macro  multipush 1-*
2713 \c   %rep  %0
2714 \c         push    %1
2715 \c   %rotate 1
2716 \c   %endrep
2718 \c %endmacro
2720 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2721 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2722 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2723 one place to the left, so that the original second argument is now
2724 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2725 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2726 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2728 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2729 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2730 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2732 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2733 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2734 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2735 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2736 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2737 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2738 order from the one in which they were pushed.
2740 This can be done by the following definition:
2742 \c %macro  multipop 1-*
2744 \c   %rep %0
2745 \c   %rotate -1
2746 \c         pop     %1
2747 \c   %endrep
2749 \c %endmacro
2751 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2752 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2753 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2754 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2755 iterated through in reverse order.
2758 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2760 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2761 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2762 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2763 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2764 table, you could code something like
2766 \c %macro keytab_entry 2
2768 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2769 \c                 db      %2
2771 \c %endmacro
2773 \c keytab:
2774 \c           keytab_entry F1,128+1
2775 \c           keytab_entry F2,128+2
2776 \c           keytab_entry Return,13
2778 which would expand to
2780 \c keytab:
2781 \c keyposF1        equ     $-keytab
2782 \c                 db     128+1
2783 \c keyposF2        equ     $-keytab
2784 \c                 db      128+2
2785 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2786 \c                 db      13
2788 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2789 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2791 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2792 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2793 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2794 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2795 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2796 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2797 (literal text to be concatenated to the parameter).
2799 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2800 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2801 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2802 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2803 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2804 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2805 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2806 real names of macro-local labels means that the two usages
2807 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2808 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2810 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2811 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2812 purpose of concatenation.
2814 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2817 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2819 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2820 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2821 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2822 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2823 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2824 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2825 condition code.
2827 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2828 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2829 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2830 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2832 \c %macro  retc 1
2834 \c         j%-1    %%skip
2835 \c         ret
2836 \c   %%skip:
2838 \c %endmacro
2840 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2841 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2842 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2843 \c{JPE}.
2845 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2846 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2847 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2848 because no inverse condition code exists.
2851 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2853 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2854 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2855 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2856 see which instructions in the macro expansion are generating what
2857 code; however, for some macros this clutters the listing up
2858 unnecessarily.
2860 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2861 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2862 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2863 the number of parameters, like this:
2865 \c %macro foo 1.nolist
2867 Or like this:
2869 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2871 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2873 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2874 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2875 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2876 that argument specification.
2878 For example:
2880 \c %macro foo 1-3
2881 \c         ; Do something
2882 \c %endmacro
2883 \c %unmacro foo 1-3
2885 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2887 \c %macro bar 1-3
2888 \c         ; Do something
2889 \c %endmacro
2890 \c %unmacro bar 1
2892 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2893 specification does not match exactly.
2896 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2898 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2899 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2900 syntax of this feature looks like this:
2902 \c %if<condition>
2903 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2904 \c %elif<condition2>
2905 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2906 \c %else
2907 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2908 \c %endif
2910 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2912 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2913 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2915 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2916 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2917 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2918 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2920 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2921 single-line macro existence}
2923 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2924 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2925 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2926 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2928 For example, when debugging a program, you might want to write code
2929 such as
2931 \c           ; perform some function
2932 \c %ifdef DEBUG
2933 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2934 \c %endif
2935 \c           ; go and do something else
2937 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2938 version of the program which produced debugging messages, and remove
2939 the option to generate the final release version of the program.
2941 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2942 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2943 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2944 \i\c{%elifndef}.
2947 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2948 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2950 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2951 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2953 For example, you may be working with a large project and not have control
2954 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2955 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2956 does exist.
2958 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2959 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2961 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2963 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2965 \c %else
2967 \c      %macro MyMacro 1-3
2969 \c              ; insert code to define the macro
2971 \c      %endmacro
2973 \c %endif
2975 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2976 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2977 conflict.
2979 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2980 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2981 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2984 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2985 stack}
2987 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2988 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2989 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2990 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2991 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2993 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2994 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2997 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2998 arbitrary numeric expressions}
3000 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
3001 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
3002 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
3003 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
3004 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
3006 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
3007 a critical expression (see \k{crit}).
3009 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
3010 set of \i{relational operators} which are not normally available in
3011 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
3012 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
3013 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
3014 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
3015 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
3016 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
3017 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
3018 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
3019 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
3020 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
3021 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
3022 for true and 0 for false.
3024 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
3025 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
3027 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
3028 Identity\I{testing, exact text identity}
3030 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
3031 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
3032 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
3033 Differences in white space are not counted.
3035 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
3037 For example, the following macro pushes a register or number on the
3038 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
3040 \c %macro  pushparam 1
3042 \c   %ifidni %1,ip
3043 \c         call    %%label
3044 \c   %%label:
3045 \c   %else
3046 \c         push    %1
3047 \c   %endif
3049 \c %endmacro
3051 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
3052 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
3053 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
3054 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
3056 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
3057 Types\I{testing, token types}
3059 Some macros will want to perform different tasks depending on
3060 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
3061 example, a string output macro might want to be able to cope with
3062 being passed either a string constant or a pointer to an existing
3063 string.
3065 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
3066 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
3067 the first token in the parameter exists and is an identifier.
3068 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3069 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3071 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3072 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3074 \c %macro writefile 2-3+
3076 \c   %ifstr %2
3077 \c         jmp     %%endstr
3078 \c     %if %0 = 3
3079 \c       %%str:    db      %2,%3
3080 \c     %else
3081 \c       %%str:    db      %2
3082 \c     %endif
3083 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3084 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3085 \c   %else
3086 \c                 mov     dx,%2
3087 \c                 mov     cx,%3
3088 \c   %endif
3089 \c                 mov     bx,%1
3090 \c                 mov     ah,0x40
3091 \c                 int     0x21
3093 \c %endmacro
3095 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3096 the following two ways:
3098 \c         writefile [file], strpointer, length
3099 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3101 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3102 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3103 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3104 it itself and works out the address and length for itself.
3106 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3107 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3108 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3109 which case, all but the first two would be lumped together into
3110 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3112 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3113 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3114 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3115 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3117 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3119 Some macros will want to do different things depending on if it is
3120 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3121 versus a multi-token sequence.
3123 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3124 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3125 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3127 For example:
3129 \c %iftoken 1
3131 will assemble the subsequent code, but
3133 \c %iftoken -1
3135 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3136 \c{-}, and the number \c{1}.
3138 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3139 variants are also provided.
3141 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3143 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3144 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3145 any tokens at all, whitespace excepted.
3147 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3148 variants are also provided.
3150 \S{ifenv} \i\c{%ifenv}: Test If Environment Variable Exists
3152 The conditional assembly construct \c{%ifenv} assembles the
3153 subsequent code if and only if the environment variable referenced by
3154 the \c{%!<env>} directive exists.
3156 The usual \i\c{%elifenv}, \i\c\{%ifnenv}, and \i\c{%elifnenv}
3157 variants are also provided.
3159 Just as for \c{%!<env>} the argument should be written as a string if
3160 it contains characters that would not be legal in an identifier.  See
3161 \k{getenv}.
3163 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3165 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3166 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3167 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3168 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3170 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3171 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3172 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3173 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3175 \c %assign i 0
3176 \c %rep    64
3177 \c         inc     word [table+2*i]
3178 \c %assign i i+1
3179 \c %endrep
3181 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3182 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3183 \c{[table+126]}.
3185 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3186 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3187 terminate the loop, like this:
3189 \c fibonacci:
3190 \c %assign i 0
3191 \c %assign j 1
3192 \c %rep 100
3193 \c %if j > 65535
3194 \c     %exitrep
3195 \c %endif
3196 \c         dw j
3197 \c %assign k j+i
3198 \c %assign i j
3199 \c %assign j k
3200 \c %endrep
3202 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3204 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3205 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3206 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3207 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3208 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3209 be gradually used up and other applications to start crashing.
3211 Note a maximum repeat count is limited by 62 bit number, though it
3212 is hardly possible that you ever need anything bigger.
3215 \H{files} Source Files and Dependencies
3217 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3219 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3221 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3222 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3223 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3225 \c %include "macros.mac"
3227 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3228 file containing the \c{%include} directive.
3230 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3231 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3232 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3233 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3234 line using the \c{-i} option.
3236 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3237 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3238 the form
3240 \c %ifndef MACROS_MAC
3241 \c     %define MACROS_MAC
3242 \c     ; now define some macros
3243 \c %endif
3245 then including the file more than once will not cause errors,
3246 because the second time the file is included nothing will happen
3247 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3249 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3250 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3251 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3254 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3256 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3257 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3258 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3259 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3261 For example,
3263 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3265 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3266 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3269 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3271 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3272 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3273 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3275 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3276 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3277 \c{INCBIN} directive looks like:
3279 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3280 \c %pathsearch dep %1
3281 \c %depend dep
3282 \c         incbin dep,%2
3283 \c %endmacro
3285 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3286 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3287 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3290 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3292 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3293 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3294 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3295 described in \k{macropkg}.
3297 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3298 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3299 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3300 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3302 \c %use altreg
3303 \c %use 'altreg'
3305 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3306 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3307 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3309 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3311 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3312 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3313 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3314 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3315 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3316 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3317 able to nest these loops.
3319 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3320 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3321 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3322 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3323 define labels that are local to a particular context on the stack.
3326 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3327 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3329 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3330 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3331 which is the name of the context. For example:
3333 \c %push    foobar
3335 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3336 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3337 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3338 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3339 single macro definition.)
3341 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3342 context from the context stack and destroys it, along with any
3343 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3344 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3347 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3349 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3350 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3351 is used to define a label which is local to the context on the top
3352 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3353 above could be implemented by means of:
3355 \c %macro repeat 0
3357 \c     %push   repeat
3358 \c     %$begin:
3360 \c %endmacro
3362 \c %macro until 1
3364 \c         j%-1    %$begin
3365 \c     %pop
3367 \c %endmacro
3369 and invoked by means of, for example,
3371 \c         mov     cx,string
3372 \c         repeat
3373 \c         add     cx,3
3374 \c         scasb
3375 \c         until   e
3377 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3378 in \c{AL}.
3380 If you need to define, or access, labels local to the context
3381 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3382 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3385 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3387 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3388 a particular context, in just the same way:
3390 \c %define %$localmac 3
3392 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3393 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3394 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3397 \S{ctxfallthrough} \i{Context Fall-Through Lookup}
3399 Context fall-through lookup (automatic searching of outer contexts)
3400 is a feature that was added in NASM version 0.98.03. Unfortunately,
3401 this feature is unintuitive and can result in buggy code that would
3402 have otherwise been prevented by NASM's error reporting. As a result,
3403 this feature has been \e{deprecated}. NASM version 2.09 will issue a
3404 warning when usage of this \e{deprecated} feature is detected. Starting
3405 with NASM version 2.10, usage of this \e{deprecated} feature will simply
3406 result in an \e{expression syntax error}.
3408 An example usage of this \e{deprecated} feature follows:
3410 \c %macro ctxthru 0
3411 \c %push ctx1
3412 \c     %assign %$external 1
3413 \c         %push ctx2
3414 \c             %assign %$internal 1
3415 \c             mov eax, %$external
3416 \c             mov eax, %$internal
3417 \c         %pop
3418 \c %pop
3419 \c %endmacro
3421 As demonstrated, \c{%$external} is being defined in the \c{ctx1}
3422 context and referenced within the \c{ctx2} context. With context
3423 fall-through lookup, referencing an undefined context-local macro
3424 like this implicitly searches through all outer contexts until a match
3425 is made or isn't found in any context. As a result, \c{%$external}
3426 referenced within the \c{ctx2} context would implicitly use \c{%$external}
3427 as defined in \c{ctx1}. Most people would expect NASM to issue an error in
3428 this situation because \c{%$external} was never defined within \c{ctx2} and also
3429 isn't qualified with the proper context depth, \c{%$$external}.
3431 Here is a revision of the above example with proper context depth:
3433 \c %macro ctxthru 0
3434 \c %push ctx1
3435 \c     %assign %$external 1
3436 \c         %push ctx2
3437 \c             %assign %$internal 1
3438 \c             mov eax, %$$external
3439 \c             mov eax, %$internal
3440 \c         %pop
3441 \c %pop
3442 \c %endmacro
3444 As demonstrated, \c{%$external} is still being defined in the \c{ctx1}
3445 context and referenced within the \c{ctx2} context. However, the
3446 reference to \c{%$external} within \c{ctx2} has been fully qualified with
3447 the proper context depth, \c{%$$external}, and thus is no longer ambiguous,
3448 unintuitive or erroneous.
3451 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3453 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3454 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3455 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3456 have the side effect of destroying all context-local labels and
3457 macros associated with the context that was just popped.
3459 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3460 with a different name, without touching the associated macros and
3461 labels. So you could replace the destructive code
3463 \c %pop
3464 \c %push   newname
3466 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3469 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3471 This example makes use of almost all the context-stack features,
3472 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3473 implement a block IF statement as a set of macros.
3475 \c %macro if 1
3477 \c     %push if
3478 \c     j%-1  %$ifnot
3480 \c %endmacro
3482 \c %macro else 0
3484 \c   %ifctx if
3485 \c         %repl   else
3486 \c         jmp     %$ifend
3487 \c         %$ifnot:
3488 \c   %else
3489 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3490 \c   %endif
3492 \c %endmacro
3494 \c %macro endif 0
3496 \c   %ifctx if
3497 \c         %$ifnot:
3498 \c         %pop
3499 \c   %elifctx      else
3500 \c         %$ifend:
3501 \c         %pop
3502 \c   %else
3503 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3504 \c   %endif
3506 \c %endmacro
3508 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3509 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3510 that the macros are issued in the right order (for example, not
3511 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3512 not.
3514 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3515 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3516 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3517 to do different things depending on whether the context on top of
3518 the stack is \c{if} or \c{else}.
3520 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3521 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3522 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3523 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3524 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3526 A sample usage of these macros might look like:
3528 \c         cmp     ax,bx
3530 \c         if ae
3531 \c                cmp     bx,cx
3533 \c                if ae
3534 \c                        mov     ax,cx
3535 \c                else
3536 \c                        mov     ax,bx
3537 \c                endif
3539 \c         else
3540 \c                cmp     ax,cx
3542 \c                if ae
3543 \c                        mov     ax,cx
3544 \c                endif
3546 \c         endif
3548 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3549 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3550 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3551 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3554 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3556 The following preprocessor directives provide a way to use
3557 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3559 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3561 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3563 \b\c{%local}  (see \k{local})
3566 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3568 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3569 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3570 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3572 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3573 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3574 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3575 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3577 \c some_function:
3579 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3580 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3581 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3583 \c         mov     ax,[i]
3584 \c         mov     bx,[j_ptr]
3585 \c         add     ax,[bx]
3586 \c         ret
3588 \c     %pop                       ; restore original context
3590 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3591 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3592 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3593 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3596 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3598 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3599 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3600 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3601 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3602 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3604 \c %stacksize flat
3606 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3607 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3608 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3610 \c %stacksize flat64
3612 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3613 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3614 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3616 \c %stacksize large
3618 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3619 assumes that a far form of call was used to get to this address
3620 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3622 \c %stacksize small
3624 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3625 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3626 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3627 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3628 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3629 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3630 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3631 (see \k{local}).
3634 \S{local} \i\c{%local} Directive
3636 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3637 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3638 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3639 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3640 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3641 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3642 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3643 instruction.
3644 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3645 An example of its use is the following:
3647 \c silly_swap:
3649 \c     %push mycontext             ; save the current context
3650 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3651 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3652 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3654 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3655 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3656 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3657 \c         mov     ax,bx
3658 \c         mov     dx,cx
3659 \c         mov     bx,[old_ax]
3660 \c         mov     cx,[old_dx]
3661 \c         leave                   ; restore old bp
3662 \c         ret                     ;
3664 \c     %pop                        ; restore original context
3666 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3667 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3668 current context before the \c{%local} directive may be used.
3669 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3670 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3671 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3672 as shown in the example.
3675 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3677 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3678 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3679 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3680 right macros by means of code like this:
3682 \c %ifdef F1
3683 \c     ; do some setup
3684 \c %elifdef F2
3685 \c     ; do some different setup
3686 \c %else
3687 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3688 \c %endif
3690 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3691 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3692 having to wait until the program crashes on being run and then not
3693 knowing what went wrong.
3695 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3697 \c %ifdef F1
3698 \c     ; do some setup
3699 \c %elifdef F2
3700 \c     ; do some different setup
3701 \c %else
3702 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3703 \c     %define F1
3704 \c %endif
3706 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3707 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3708 depend on symbol values.
3710 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3711 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3712 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3713 messages.
3715 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3716 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3717 are expanded in it, which can be used to display more information to
3718 the user.  For example:
3720 \c %if foo > 64
3721 \c     %assign foo_over foo-64
3722 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3723 \c %endif
3726 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3728 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3729 information from external sources. Currently they include:
3731 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3732 preprocessor (see \k{line}).
3734 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3735 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3737 \S{line} \i\c{%line} Directive
3739 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3740 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3741 this other file would be an original source file, with the current
3742 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3743 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3744 number of the original source file, instead of the file that is being
3745 read by NASM.
3747 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3748 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3749 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3751 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3753 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3754 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3755 which specifies a line increment value; each line of the input file
3756 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3757 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3758 specifies the file name of the original source file.
3760 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3761 all file name and line numbers relative to the values specified
3762 therein.
3765 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3767 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3768 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3769 to store the contents of an environment variable into a string, which
3770 could be used at some other point in your code.
3772 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3773 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3774 could do that as follows:
3776 \c %defstr FOO          %!FOO
3778 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3780 If the name of the environment variable contains non-identifier
3781 characters, you can use string quotes to surround the name of the
3782 variable, for example:
3784 \c %defstr C_colon      %!'C:'
3787 \H{comment} Comment Blocks: \i\c{%comment}
3789 The \c{%comment} and \c{%endcomment} directives are used to specify
3790 a block of commented (i.e. unprocessed) code/text. Everything between
3791 \c{%comment} and \c{%endcomment} will be ignored by the preprocessor.
3793 \c %comment
3794 \c     ; some code, text or data to be ignored
3795 \c %endcomment
3798 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3800 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3801 when it starts to process any source file. If you really need a
3802 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3803 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3804 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3806 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3807 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3808 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3809 described here.
3812 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3814 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3815 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3816 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3817 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3818 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3819 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3820 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3822 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3823 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3826 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3828 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3829 representing the full version number of the version of nasm being used.
3830 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3831 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3832 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3833 would be equivalent to:
3835 \c         dd      0x00622001
3839 \c         db      1,32,98,0
3841 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3842 line is used just to give an indication of the order that the separate
3843 values will be present in memory.
3846 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3848 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3849 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3851 \c         db      __NASM_VER__
3853 would expand to
3855 \c         db      "0.98.32"
3858 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3860 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3861 name and line number containing the current instruction. The macro
3862 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3863 current input file (which may change through the course of assembly
3864 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3865 numeric constant giving the current line number in the input file.
3867 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3868 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3869 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3870 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3871 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3872 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3873 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3874 here'. You could then write a macro
3876 \c %macro  notdeadyet 0
3878 \c         push    eax
3879 \c         mov     eax,__LINE__
3880 \c         call    stillhere
3881 \c         pop     eax
3883 \c %endmacro
3885 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3886 find the crash point.
3889 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3891 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3892 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3893 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3894 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3895 mode-dependent macros.
3897 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3899 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3900 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3901 list.
3903 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3904 \c  %define NEWLINE 13, 10
3905 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3906 \c  %define NEWLINE 10
3907 \c %endif
3910 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3912 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3913 assembly session.
3915 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3916 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3917 respectively.)
3919 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3920 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3921 \c{HHMMSS} respectively.
3923 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3924 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3925 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3926 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3928 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3929 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3930 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3931 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3932 undefined.
3934 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3935 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3936 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3937 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3938 local time as if it was UTC.
3940 All instances of time and date macros in the same assembly session
3941 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3942 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3943 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3944 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3945 clock:
3947 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3948 \c       __TIME__             "00:00:42"
3949 \c       __DATE_NUM__         20100101
3950 \c       __TIME_NUM__         000042
3951 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3952 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3953 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3954 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3955 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3958 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3959 Include Test
3961 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3962 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3963 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3964 testing if a particular package is invoked or not.
3966 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3967 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3970 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
3972 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
3973 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
3974 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
3975 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
3977 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
3978 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
3979 change in future versions of NASM.}
3982 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3984 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3985 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3986 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3987 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3989 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
3990 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
3991 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
3992 the value of the base offset, and the name of the data type with the
3993 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
3994 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
3995 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
3996 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
3997 the definition.
3999 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
4000 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
4002 \c struc   mytype
4004 \c   mt_long:      resd    1
4005 \c   mt_word:      resw    1
4006 \c   mt_byte:      resb    1
4007 \c   mt_str:       resb    32
4009 \c endstruc
4011 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
4012 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
4013 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
4014 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
4016 The reason why the structure type name is defined at zero by default
4017 is a side effect of allowing structures to work with the local label
4018 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
4019 more than one structure, you can define the above structure like this:
4021 \c struc mytype
4023 \c   .long:        resd    1
4024 \c   .word:        resw    1
4025 \c   .byte:        resb    1
4026 \c   .str:         resb    32
4028 \c endstruc
4030 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
4031 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
4033 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
4034 support any form of period notation to refer to the elements of a
4035 structure once you have one (except the above local-label notation),
4036 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
4037 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
4038 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
4039 ax,[mystruc+mytype.word]}.
4041 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
4042 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
4044 \c push ebp
4045 \c mov ebp, esp
4046 \c sub esp, 40
4048 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
4050 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
4052 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
4053 a base offset:
4055 \c struc mytype, -40
4057 And access an element this way:
4059 \c mov [ebp + mytype.word], ax
4062 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
4063 \i{Instances of Structures}
4065 Having defined a structure type, the next thing you typically want
4066 to do is to declare instances of that structure in your data
4067 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
4068 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
4069 you code something like this:
4071 \c mystruc:
4072 \c     istruc mytype
4074 \c         at mt_long, dd      123456
4075 \c         at mt_word, dw      1024
4076 \c         at mt_byte, db      'x'
4077 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
4079 \c     iend
4081 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
4082 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
4083 specified structure field, and then to declare the specified data.
4084 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
4085 they were specified in the structure definition.
4087 If the data to go in a structure field requires more than one source
4088 line to specify, the remaining source lines can easily come after
4089 the \c{AT} line. For example:
4091 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
4092 \c                     db      190,100,0
4094 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
4095 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
4096 line:
4098 \c         at mt_str
4099 \c                 db      'hello, world'
4100 \c                 db      13,10,0
4103 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
4105 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
4106 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
4107 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
4108 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
4110 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
4111 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
4112 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
4113 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
4114 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
4116 Both macros require their first argument to be a power of two; they
4117 both compute the number of additional bytes required to bring the
4118 length of the current section up to a multiple of that power of two,
4119 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
4120 perform the alignment.
4122 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
4123 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
4124 second argument is specified, the two macros are equivalent.
4125 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
4126 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
4127 except for special purposes.
4129 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
4130 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
4131 power of two, or if their second argument generates more than one
4132 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
4133 thing.
4135 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4136 be used within structure definitions:
4138 \c struc mytype2
4140 \c   mt_byte:
4141 \c         resb 1
4142 \c         alignb 2
4143 \c   mt_word:
4144 \c         resw 1
4145 \c         alignb 4
4146 \c   mt_long:
4147 \c         resd 1
4148 \c   mt_str:
4149 \c         resb 32
4151 \c endstruc
4153 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4154 relative to the base of the structure.
4156 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4157 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4158 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4159 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4160 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4161 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4162 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4164 Both \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} do call \c{SECTALIGN} macro implicitly.
4165 See \k{sectalign} for details.
4167 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4170 \S{sectalign} \i\c{SECTALIGN}: Section Alignment
4172 The \c{SECTALIGN} macros provides a way to modify alignment attribute
4173 of output file section. Unlike the \c{align=} attribute (which is allowed
4174 at section definition only) the \c{SECTALIGN} macro may be used at any time.
4176 For example the directive
4178 \c SECTALIGN 16
4180 sets the section alignment requirements to 16 bytes. Once increased it can
4181 not be decreased, the magnitude may grow only.
4183 Note that \c{ALIGN} (see \k{align}) calls the \c{SECTALIGN} macro implicitly
4184 so the active section alignment requirements may be updated. This is by default
4185 behaviour, if for some reason you want the \c{ALIGN} do not call \c{SECTALIGN}
4186 at all use the directive
4188 \c SECTALIGN OFF
4190 It is still possible to turn in on again by
4192 \c SECTALIGN ON
4195 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4197 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4198 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4199 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4200 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4202 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4203 quoted or not.
4206 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4208 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4209 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4210 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4211 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4212 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4213 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4215 Example use:
4217 \c %use altreg
4219 \c proc:
4220 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4221 \c       ret
4223 See also \k{reg64}.
4226 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4228 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4229 macro which is more powerful than the default (and
4230 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4231 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4232 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4233 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4234 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4235 sequence.
4237 The specific instructions generated can be controlled with the
4238 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4239 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4240 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1
4241 (or set it to \c{nojmp}). The following modes are possible:
4243 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4244 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4245 default.
4247 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4248 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4249 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4251 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4252 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4253 threshold is 16.
4255 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4256 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4257 threshold is 16.
4259 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4260 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4261 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4262 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4264 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4265 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4266 are used internally by this macro package.
4269 \H{pkg_fp} \i\c\{fp}: Floating-point macros
4271 This packages contains the following floating-point convenience macros:
4273 \c %define Inf             __Infinity__
4274 \c %define NaN             __QNaN__
4275 \c %define QNaN            __QNaN__
4276 \c %define SNaN            __SNaN__
4277 \c 
4278 \c %define float8(x)       __float8__(x)
4279 \c %define float16(x)      __float16__(x)
4280 \c %define float32(x)      __float32__(x)
4281 \c %define float64(x)      __float64__(x)
4282 \c %define float80m(x)     __float80m__(x)
4283 \c %define float80e(x)     __float80e__(x)
4284 \c %define float128l(x)    __float128l__(x)
4285 \c %define float128h(x)    __float128h__(x)
4288 \H{pkg_ifunc} \i\c{ifunc}: \i{Integer functions}
4290 This package contains a set of macros which implement integer
4291 functions.  These are actually implemented as special operators, but
4292 are most conveniently accessed via this macro package.
4294 The macros provided are:
4296 \S{ilog2} \i{Integer logarithms}
4298 These functions calculate the integer logarithm base 2 of their
4299 argument, considered as an unsigned integer.  The only differences
4300 between the functions is their behavior if the argument provided is
4301 not a power of two.
4303 The function \i\c{ilog2e()} (alias \i\c{ilog2()}) generate an error if
4304 the argument is not a power of two.
4306 The function \i\c{ilog2w()} generate a warning if the argument is not
4307 a power of two.
4309 The function \i\c{ilog2f()} rounds the argument down to the nearest
4310 power of two; if the argument is zero it returns zero.
4312 The function \i\c{ilog2c()} rounds the argument up to the nearest
4313 power of two.
4316 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4318 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4319 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4320 directives. These are described in this chapter.
4322 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4323 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4324 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4325 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4326 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4327 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4329 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4330 directives are not.
4332 In addition to the universal directives described in this chapter,
4333 each object file format can optionally supply extra directives in
4334 order to control particular features of that file format. These
4335 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4336 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4339 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4341 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4342 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4343 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4344 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4346 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4347 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4348 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4349 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4350 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4351 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4352 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4353 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4355 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4356 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4357 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4358 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4359 device drivers and boot loader software.
4361 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4362 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4363 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4364 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4366 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4367 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4368 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4369 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4370 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4371 need an 0x67.
4373 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4374 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4375 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4377 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4378 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4379 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4380 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4381 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4382 necessary.
4384 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4385 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4386 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4387 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4388 REX prefix is used.
4390 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4391 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4392 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4394 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4396 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4398 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4399 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4402 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4404 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4405 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4406 specify most features directly.  However, this is occationally
4407 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4408 to use.
4410 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4411 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4412 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4413 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4414 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4415 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4417 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4418 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4419 other special functions in 64-bit mode, and generating
4420 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4422 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4424 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4425 Sections}
4427 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4428 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4429 which section of the output file the code you write will be
4430 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4431 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4432 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4433 define a new section, if you try to switch to a section that does
4434 not (yet) exist.
4436 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4437 \k{multisec}, all support
4438 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4439 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4440 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4441 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4442 name that has one.
4445 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4447 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4448 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4449 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4450 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4451 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4452 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4453 it. So the user-level directive
4455 \c         SECTION .text
4457 expands to the two lines
4459 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4460 \c         [SECTION .text]
4462 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4463 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4464 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4466 \c %macro  writefile 2+
4468 \c         [section .data]
4470 \c   %%str:        db      %2
4471 \c   %%endstr:
4473 \c         __SECT__
4475 \c         mov     dx,%%str
4476 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4477 \c         mov     bx,%1
4478 \c         mov     ah,0x40
4479 \c         int     0x21
4481 \c %endmacro
4483 This form of the macro, once passed a string to output, first
4484 switches temporarily to the data section of the file, using the
4485 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4486 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4487 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4488 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4489 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4490 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4491 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4492 code in any of several separate code sections.
4495 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4497 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4498 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4499 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4500 given absolute address. The only instructions you can use in this
4501 mode are the \c{RESB} family.
4503 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4505 \c absolute 0x1A
4507 \c     kbuf_chr    resw    1
4508 \c     kbuf_free   resw    1
4509 \c     kbuf        resw    16
4511 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4512 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4513 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4515 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4516 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4518 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4519 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4521 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4522 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4523 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4524 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4526 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4528 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4530 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4531 \c setup:
4532 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4534 \c absolute setup
4536 \c runtimevar1     resw    1
4537 \c runtimevar2     resd    20
4539 \c tsr_end:
4541 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4542 after the setup has finished running, the space it took up can be
4543 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4544 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4545 needs to be made resident.
4548 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4550 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4551 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4552 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4553 defined in some other module and needs to be referred to by this
4554 one. Not every object-file format can support external variables:
4555 the \c{bin} format cannot.
4557 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4558 argument is the name of a symbol:
4560 \c extern  _printf
4561 \c extern  _sscanf,_fscanf
4563 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4564 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4565 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4566 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4567 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4568 by means of the directive
4570 \c extern  _variable:wrt dgroup
4572 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4573 only in that it can take only one argument at a time: the support
4574 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4576 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4577 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4578 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4581 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4583 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4584 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4585 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4586 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4587 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4589 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4590 the definition of the symbol.
4592 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4593 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4594 \c{GLOBAL} directive. For example:
4596 \c global _main
4597 \c _main:
4598 \c         ; some code
4600 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4601 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4602 example, lets you specify whether global data items are functions or
4603 data:
4605 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4607 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4608 user-level form only in that it can take only one argument at a
4609 time.
4612 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4614 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4615 A common variable is much like a global variable declared in the
4616 uninitialized data section, so that
4618 \c common  intvar  4
4620 is similar in function to
4622 \c global  intvar
4623 \c section .bss
4625 \c intvar  resd    1
4627 The difference is that if more than one module defines the same
4628 common variable, then at link time those variables will be
4629 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4630 at the same piece of memory.
4632 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4633 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4634 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4635 specify the alignment requirements of a common variable:
4637 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4638 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4640 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4641 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4642 only one argument at a time.
4645 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4647 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4648 are available on the specified CPU.
4650 Options are:
4652 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4654 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4656 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4658 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4660 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4662 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4664 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4666 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4668 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4670 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4672 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4674 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4676 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4678 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4680 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4682 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4684 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4686 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4687 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4688 instructions are available.
4691 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4693 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4694 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4695 this behaviour:
4697 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4699 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4701 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4703 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4705 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4707 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4709 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4711 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4712 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4713 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4715 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4716 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4719 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4721 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4722 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4723 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4724 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4725 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4726 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4728 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4729 output file based on the input file name and the chosen output
4730 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4731 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4732 name, and substituting an extension defined by the output format.
4733 The extensions are given with each format below.
4736 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4738 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4739 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4740 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4741 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4742 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4743 development.
4745 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4746 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4748 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4749 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4750 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4751 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4753 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4754 leaves your file name as it is once the original extension has been
4755 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4756 into a binary file called \c{binprog}.
4759 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4761 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4762 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4763 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4764 the program begins at when it is loaded into memory.
4766 For example, the following code will generate the longword
4767 \c{0x00000104}:
4769 \c         org     0x100
4770 \c         dd      label
4771 \c label:
4773 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4774 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4775 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4776 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4777 offset which is added to all internal address references within the
4778 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4779 does. See \k{proborg} for further comments.
4782 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4783 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4785 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4786 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4787 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4788 end of the section-definition line. For example,
4790 \c section .data   align=16
4792 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4793 aligned on a 16-byte boundary.
4795 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4796 section start address must be forced to zero. The alignment value
4797 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4798 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4801 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4803 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4804 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4806 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4807 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4808 of course).
4810 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4811 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4812 \i\c{start=}.
4814 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4815 for the calculation of all memory references within that section
4816 with \i\c{vstart=}.
4818 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4819 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4820 start address.
4822 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4823 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4824 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4826 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4827 is directed by default into the \c{.text} section.
4829 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4830 by default.
4832 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4833 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4834 has been specified.
4836 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4837 alignment has been specified.
4839 \b Sections may not overlap.
4841 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4842 which may be used in your code.
4844 \S{map}\i{Map Files}
4846 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4847 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4848 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4849 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4850 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4851 brackets must be used.
4854 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4856 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4857 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4858 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4859 similar utilities.
4861 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4862 the \c{ith} file format.
4864 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4867 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4869 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4870 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4871 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4872 similar utilities.
4874 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4875 the \c{srec} file format.
4877 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4880 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4882 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4883 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4884 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4885 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4887 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4889 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4890 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4891 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4892 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4893 file format.
4895 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4896 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4897 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4899 If your source file contains code before specifying an explicit
4900 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4901 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4903 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4904 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4905 address of the segment. So, for example:
4907 \c segment data
4909 \c dvar:   dw      1234
4911 \c segment code
4913 \c function:
4914 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4915 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4916 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4917 \c         ret
4919 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4920 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4921 like
4923 \c extern  foo
4925 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4926 \c       mov   ds,ax
4927 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4928 \c       mov   es,ax
4929 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4930 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4933 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4934 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4936 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4937 directive to allow you to specify various properties of the segment
4938 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4939 end of the segment-definition line. For example,
4941 \c segment code private align=16
4943 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4944 segment, and requires that the portion of it described in this code
4945 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4947 The available qualifiers are:
4949 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4950 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4951 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4952 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4953 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4954 than stuck end-to-end.
4956 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4957 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4958 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4959 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4960 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4961 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4962 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4963 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4964 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4966 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4967 indicates to the linker that segments of the same class should be
4968 placed near each other in the output file. The class name can be any
4969 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4971 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4972 as an argument, and provides overlay information to an
4973 overlay-capable linker.
4975 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4976 the effect of recording the choice in the object file and also
4977 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4978 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4980 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4981 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4982 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4983 defines the group if it is not already defined.
4985 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4986 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4987 are currently known to make sensible use of this feature;
4988 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4989 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4990 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4992 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4993 class, no overlay, and \c{USE16}.
4996 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4998 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4999 single segment register can be used to refer to all the segments in
5000 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
5001 you can code
5003 \c segment data
5005 \c         ; some data
5007 \c segment bss
5009 \c         ; some uninitialized data
5011 \c group dgroup data bss
5013 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
5014 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
5015 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
5016 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
5017 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
5018 segment register.
5020 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
5021 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
5022 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
5023 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
5024 base rather than the segment base.
5026 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
5027 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
5028 segment which is part of more than one group will default to being
5029 relative to the first group that was defined to contain the segment.
5031 A group does not have to contain any segments; you can still make
5032 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
5033 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
5034 \c{FLAT} with no segments in it.
5037 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
5039 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
5040 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
5041 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
5042 segment, group and symbol names that are written to the object file
5043 to be forced to upper case just before being written. Within a
5044 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
5045 be written entirely in upper case if desired.
5047 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
5050 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
5051 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
5053 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
5054 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
5055 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
5056 as well as using the \c{IMPORT} directive.
5058 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
5059 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
5060 wish to import and the name of the library you wish to import it
5061 from. For example:
5063 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
5065 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
5066 known in the library you are importing it from, in case this is not
5067 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
5068 once you have imported it. For example:
5070 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
5073 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
5074 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
5076 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
5077 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
5078 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
5079 using the \c{EXPORT} directive.
5081 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
5082 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
5083 optional second parameter (separated by white space from the first)
5084 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
5085 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
5086 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
5087 off.
5089 Further parameters can be given to define attributes of the exported
5090 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
5091 space. If further parameters are given, the external name must also
5092 be specified, even if it is the same as the internal name. The
5093 available attributes are:
5095 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
5096 resident by the system loader. This is an optimisation for
5097 frequently used symbols imported by name.
5099 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
5100 does not make use of any initialized data.
5102 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
5103 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
5104 between 32-bit and 16-bit segments.
5106 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
5107 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
5108 the desired number.
5110 For example:
5112 \c     export  myfunc
5113 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
5114 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
5115 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
5118 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
5119 Point}
5121 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
5122 define the program entry point, where execution will begin when the
5123 program is run. If the object file that defines the entry point is
5124 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
5125 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
5126 begin.
5129 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
5130 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
5132 If you declare an external symbol with the directive
5134 \c     extern  foo
5136 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
5137 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
5138 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
5139 \c{foo} you will usually need to do something like
5141 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
5142 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
5143 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
5145 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
5146 is going to be accessible from a given segment or group, say
5147 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
5148 simply code
5150 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
5152 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
5153 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
5154 alternative form
5156 \c     extern  foo:wrt dgroup
5158 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
5159 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
5160 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
5161 \c{foo wrt dgroup}.
5163 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
5164 to make externals appear to be relative to any group or segment in
5165 your program. It can also be applied to common variables: see
5166 \k{objcommon}.
5169 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
5170 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
5172 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
5173 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
5174 specify which your variables should be by the use of the syntax
5176 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
5177 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
5179 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
5180 OMF specification says that they are declared as a number of
5181 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
5182 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
5183 five-byte elements or one ten-byte element.
5185 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
5186 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
5187 the variable size, to match when resolving common variables declared
5188 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
5189 the element size on your far common variables. This is done by the
5190 following syntax:
5192 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
5193 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
5195 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
5196 keyword is not required when an element size is specified, since
5197 only far commons may have element sizes at all. So the above
5198 declarations could equivalently be
5200 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
5201 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
5203 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
5204 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
5205 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
5207 \c common  foo     10:wrt dgroup
5208 \c common  bar     16:far 2:wrt data
5209 \c common  baz     24:wrt data:6
5212 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5214 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5215 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5216 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5217 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5219 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5221 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5222 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5223 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5224 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5225 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5226 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5227 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5228 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5231 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5232 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5234 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5235 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5236 and properties of sections you declare. Section types and properties
5237 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5238 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5239 these qualifiers.
5241 The available qualifiers are:
5243 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5244 code section. This marks the section as readable and executable, but
5245 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5246 section is code.
5248 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5249 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5250 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5251 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5253 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5254 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5255 constants in it.
5257 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5258 which is not included in the executable file by the linker, but may
5259 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5260 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5261 linker to interpret the contents of the section as command-line
5262 options.
5264 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5265 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5266 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5267 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5268 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5269 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5270 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5271 for data (and BSS) sections.
5272 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5273 alignment), though the value does not matter.
5275 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5276 qualifiers are:
5278 \c section .text    code  align=16
5279 \c section .data    data  align=4
5280 \c section .rdata   rdata align=8
5281 \c section .bss     bss   align=4
5283 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5285 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5287 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5288 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5289 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5290 designated read-only table and have alleged entry point verified
5291 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5292 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5293 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5294 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5295 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5296 will not be performed for application in question. Table omission is by
5297 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5298 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5299 \c{/safeseh} command line option.
5301 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5302 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5303 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5305 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5307 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5309 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5310 line to source code:
5312 \c $@feat.00 equ 1
5314 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5315 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5316 developer would choose to assign another value in source file, it would
5317 still be perfectly possible.
5319 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5320 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5321 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5322 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5323 table." Its typical use would be:
5325 \c section .text
5326 \c extern  _MessageBoxA@16
5327 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5328 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5329 \c %endif
5330 \c handler:
5331 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5332 \c         push    DWORD caption
5333 \c         push    DWORD text
5334 \c         push    DWORD 0
5335 \c         call    _MessageBoxA@16
5336 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5337 \c                         ; for exception handler
5338 \c         ret
5339 \c global  _main
5340 \c _main:
5341 \c         push    DWORD handler
5342 \c         push    DWORD [fs:0]
5343 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5344 \c         xor     eax,eax
5345 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5346 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5347 \c         add     esp,4
5348 \c         ret
5349 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5350 \c caption:db      'SEGV',0
5352 \c section .drectve info
5353 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5355 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5356 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5357 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5358 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5359 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5360 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5361 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5362 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5363 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5364 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5365 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5366 no notification is provided and user is left with no clue on what
5367 caused application failure.
5369 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5370 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5371 data for "safe exception handler table" causes no backward
5372 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5373 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5376 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5378 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5379 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5380 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5381 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5382 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5384 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5386 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5387 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5388 references. Consider a switch dispatch table:
5390 \c         jmp     qword [dsptch+rax*8]
5391 \c         ...
5392 \c dsptch: dq      case0
5393 \c         dq      case1
5394 \c         ...
5396 Even a novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5397 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5399 \c 'ADDR32' relocation to '.text' invalid without /LARGEADDRESSAWARE:NO
5401 So [s]he will have to split jmp instruction as following:
5403 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5404 \c         jmp     qword [rbx+rax*8]
5406 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5407 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5408 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5409 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5410 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5411 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5412 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5413 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5414 But no worry, it's trivial to fix:
5416 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5417 \c         add     rbx,[rbx+rax*8]
5418 \c         jmp     rbx
5419 \c         ...
5420 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5421 \c         dq      case1-dsptch
5422 \c         ...
5424 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5425 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5426 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5427 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5428 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5429 these image-relative references:
5431 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5432 \c         mov     eax,[rbx+rax*4]
5433 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5434 \c         add     rbx,rax
5435 \c         jmp     rbx
5436 \c         ...
5437 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5438 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5440 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5441 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5442 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5443 become apparent in next paragraph.
5445 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5446 operand only:
5448 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5449 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5450 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5451 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5453 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5455 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5456 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5457 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5458 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5459 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5460 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5461 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5462 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5463 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5464 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5465 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5466 top of the stack.
5468 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5469 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5470 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5471 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5472 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5473 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5474 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5475 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5476 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5477 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5478 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5479 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5480 copying caller's return address to the top of stack and this would
5481 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5482 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5483 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5484 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5485 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5486 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5487 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5488 no, no trace of failure is left.
5490 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5491 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5492 is checked for presence of reference to custom language-specific
5493 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5494 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5495 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5496 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5497 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5498 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5499 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5500 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5501 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5502 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5503 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5504 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5505 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5506 terminating the application.
5508 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5509 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5510 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5511 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5512 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5513 leaf function:
5515 \c default rel
5516 \c section .text
5517 \c extern  MessageBoxA
5518 \c handler:
5519 \c         sub     rsp,40
5520 \c         mov     rcx,0
5521 \c         lea     rdx,[text]
5522 \c         lea     r8,[caption]
5523 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5524 \c         call    MessageBoxA
5525 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5526 \c                         ; for exception handler
5527 \c         add     rsp,40
5528 \c         ret
5529 \c global  main
5530 \c main:
5531 \c         xor     rax,rax
5532 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5533 \c         ret
5534 \c main_end:
5535 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5536 \c caption:db      'SEGV',0
5538 \c section .pdata  rdata align=4
5539 \c         dd      main wrt ..imagebase
5540 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5541 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5542 \c section .xdata  rdata align=8
5543 \c xmain:  db      9,0,0,0
5544 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5545 \c section .drectve info
5546 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5548 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5549 start and end addresses of function" along with reference to associated
5550 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5551 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5552 designated exception handler. References are \e{required} to be
5553 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5554 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5555 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5556 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5557 references, not only above listed required ones, placed into these two
5558 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5559 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5560 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5561 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5563 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5564 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5565 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5566 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5567 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5568 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5569 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5570 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5571 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5572 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5573 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5574 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5575 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5576 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5577 unwinding procedure. Consider following example:
5579 \c function:
5580 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5581 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5582 \c         push    rbx
5583 \c         push    rbp
5584 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5585 \c         sub     r11,rcx
5586 \c         and     r11,-64
5587 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5588 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5589 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5590 \c magic_point:
5591 \c         ...
5592 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5593 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5594 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5595 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5596 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5597 \c         ret
5599 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5600 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5601 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5602 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5603 custom language-specific exception handler would look like this:
5605 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5606 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5607 \c {   ULONG64 *rsp;
5608 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5609 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5610 \c     else
5611 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5612 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5613 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5614 \c         context->R15 = rsp[-1];
5615 \c     }
5616 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5618 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5619 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5620 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5621 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5622 \c     return ExceptionContinueSearch;
5623 \c }
5625 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5626 structure does not have to contain any information about stack frame
5627 and its layout.
5629 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5631 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5632 linking with the \i{DJGPP} linker.
5634 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5636 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5637 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5638 the \c{info} section type are not supported.
5640 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5642 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5643 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5644 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5646 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5648 \H{elffmt} \i\c{elf32}, \i\c{elf64}, \i\c{elfx32}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5649 Format} Object Files
5651 The \c{elf32}, \c{elf64} and \c{elfx32} output formats generate
5652 \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as
5653 used by Linux as well as \i{Unix System V}, including \i{Solaris x86},
5654 \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf} provides a default output
5655 file-name extension of \c{.o}.  \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5657 The \c{elfx32} format is used for the \i{x32} ABI, which is a 32-bit
5658 ABI with the CPU in 64-bit mode.
5660 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5662 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5663 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5664  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5665  most systems which support ELF.
5667 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5668 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5670 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5671 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5672 and properties of sections you declare. Section types and properties
5673 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5674 names}, but may still be
5675 overridden by these qualifiers.
5677 The available qualifiers are:
5679 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5680 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5681 which is not, such as an informational or comment section.
5683 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5684 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5685 which should not.
5687 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5688 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5689 not.
5691 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5692 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5693 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5694 contents given, such as a BSS section.
5696 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5697 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5698 requirements of the section.
5700 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5701 thread local variables.
5703 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5704 qualifiers are:
5706 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5707 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5709 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5710 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5711 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5712 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5713 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5714 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5715 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5716 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5717 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5718 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5719 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5721 (Any section name other than those in the above table
5722  is treated by default like \c{other} in the above table.
5723  Please note that section names are case sensitive.)
5726 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5727 Symbols and \i\c{WRT}
5729 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5730 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5731 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5732 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5733 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5735 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5736 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5737 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5738 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5739 types.
5741 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5742 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5743 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5744 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5746 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5747 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5748 beginning of the current section to the global offset table.
5749 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5750 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5751 result to get the real address of the GOT.
5753 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5754 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5755 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5756 would give the real address of the location you wanted.
5758 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5759 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5760 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5761 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5762 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5763 address of the symbol.
5765 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5766 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5767 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5768 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5769 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5770 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5771 entries absolutely.
5773 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5774 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5775 relative to the start of the section and then adding on the offset
5776 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5777 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5778 peculiarity of the dynamic linker.
5780 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5781 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5783 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5784 Symbols and \i\c{WRT}
5786 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5787 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5788 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5789 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5790 of the symbol with code such as:
5792 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5793 \c        mov  [gs:eax],ebx
5796 \b In ELF64 or ELFx32 mode, referring to an external or global symbol using
5797 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5798 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5799 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5800 of the symbol with code such as:
5802 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5803 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5806 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5807 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5809 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5810 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5811 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5812 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5813 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5814 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5815 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5816 to specify these features.
5818 You can specify whether a global variable is a function or a data
5819 object by suffixing the name with a colon and the word
5820 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5821 \c{data}.) For example:
5823 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5825 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5826 \c{hashtable} as a data object.
5828 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5829 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5830 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5831 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5833 \c global   hashlookup:function hidden
5835 You can also specify the size of the data associated with the
5836 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5837 forward references) after the type specifier. Like this:
5839 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5841 \c hashtable:
5842 \c         db this,that,theother  ; some data here
5843 \c .end:
5845 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5846 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5848 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5849 writing shared library code. For more information, see
5850 \k{picglobal}.
5853 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5854 \I{COMMON, elf extensions to}
5856 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5857 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5858 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5859 power of two) after the name and size of the common variable,
5860 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5861 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5863 \c common  dwordarray 128:4
5865 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5866 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5869 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5870 \I{ELF, 16-bit code and}
5872 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5873 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5874 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5875 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5876 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5877 these relocations is generated.
5879 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5880 \I{ELF, Debug formats and}
5882 ELF provides debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5883 Line number information is generated for all executable sections, but please
5884 note that only the ".text" section is executable by default.
5886 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5888 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5889 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5890 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5891 the magic number in the first four bytes of the file is
5892 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5893 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5894 implementation does not.
5896 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5898 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5899 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5900 extensions to any standard directives. It supports only the three
5901 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5904 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5905 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5907 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5908 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5909 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5910 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5911 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5912 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5913 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5915 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5917 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5918 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5919 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5920 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5921 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5923 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5924 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5925 this.
5928 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5930 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5931 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5932 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5933 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5934 itself \c{a.out}.
5936 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5937 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5939 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5940 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5941 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5942 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5943 only special symbol supported is \c{..start}.
5946 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5947 Format}
5949 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5950 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5951 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5952 format the internal structure of the assembler.
5954 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5955 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5956 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5957 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5959 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5960 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5961 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5962 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5963 execute an RDF executable under Linux.
5965 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5966 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5969 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5971 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5972 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5973 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5974 which is the name of the module:
5976 \c     library  mylib.rdl
5979 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5981 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5982 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5983 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5984 of current module:
5986 \c     module  mymodname
5988 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5989 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5990 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5992 \c     module  $kernel.core
5995 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5996 rdf extensions to}
5998 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5999 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
6000 telling the linker do not strip it from target executable or library
6001 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
6002 is a procedure (function) or data object.
6004 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
6005 symbol exported:
6007 \c     global  sys_open:export
6009 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
6010 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
6012 \c     global  sys_open:export proc
6014 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
6015 or \i\c{object} to the directive:
6017 \c     global  kernel_ticks:export data
6020 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
6021 rdf extensions to}
6023 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
6024 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
6025 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
6026 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
6027 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
6028 (function) or data object. For example:
6030 \c     library $libc
6031 \c     extern  _open:import
6032 \c     extern  _printf:import proc
6033 \c     extern  _errno:import data
6035 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
6036 a hint as to where to find requested symbols.
6039 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
6041 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
6042 configuration. If you are building your own NASM executable from the
6043 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
6044 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
6046 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
6047 it outputs a text file which contains a complete list of all the
6048 transactions between the main body of NASM and the output-format
6049 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
6050 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
6051 of the various requests the main program makes of the output driver,
6052 and in what order they happen.
6054 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
6056 \c nasm -f dbg filename.asm
6058 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
6059 However, this will not work well on files which were designed for a
6060 different object format, because each object format defines its own
6061 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
6062 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
6063 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
6064 native object format selected:
6066 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
6067 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
6069 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
6070 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
6071 directives are converted into primitive form correctly. Then the
6072 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
6073 the final diagnostic output.
6075 This workaround will still typically not work for programs intended
6076 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
6077 directives have side effects of defining the segment and group names
6078 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
6079 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
6080 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
6081 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
6083 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
6084 them all to its output file.
6087 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
6089 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
6090 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
6091 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
6092 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
6093 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
6096 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
6098 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
6099 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
6100 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
6101 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
6102 support the \c{.COM} format.
6104 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
6105 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
6106 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
6107 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
6108 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
6109 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
6110 Yann Guidon for contributing the code for this.
6112 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
6113 future releases.
6116 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
6118 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
6119 by linking \c{.OBJ} files together.
6121 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
6122 linker; if you have none of these, there is a free linker called
6123 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
6124 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
6125 An LZH archiver can be found at
6126 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
6127 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
6128 sources) called \i{FREELINK}, available from
6129 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
6130 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
6131 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
6132 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
6133 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
6135 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
6136 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
6137 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
6138 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
6139 point, the linker will not know what value to give the entry-point
6140 field in the output file header; if more than one defines a start
6141 point, the linker will not know \e{which} value to use.
6143 An example of a NASM source file which can be assembled to a
6144 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
6145 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
6146 the segment registers, and declaring a start point. This file is
6147 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
6148 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
6150 \c segment code
6152 \c ..start:
6153 \c         mov     ax,data
6154 \c         mov     ds,ax
6155 \c         mov     ax,stack
6156 \c         mov     ss,ax
6157 \c         mov     sp,stacktop
6159 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
6160 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
6161 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
6162 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
6163 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
6164 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
6165 execute on.
6167 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
6168 beginning of this code, which means that will be the entry point
6169 into the resulting executable file.
6171 \c         mov     dx,hello
6172 \c         mov     ah,9
6173 \c         int     0x21
6175 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
6176 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
6177 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
6178 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
6180 \c         mov     ax,0x4c00
6181 \c         int     0x21
6183 This terminates the program using another DOS system call.
6185 \c segment data
6187 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
6189 The data segment contains the string we want to display.
6191 \c segment stack stack
6192 \c         resb 64
6193 \c stacktop:
6195 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
6196 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
6197 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
6198 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
6199 necessary to the correct running of the program, but linkers are
6200 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
6201 type \c{STACK}.
6203 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
6204 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
6205 world' and then exit.
6208 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
6210 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
6211 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
6212 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
6213 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
6214 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6215 \c{.EXE} files.
6217 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6218 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6219 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6221 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6222 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6223 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6224 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6225 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6226 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6227 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6228 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6229 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6231 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6232 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6233 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6234 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6235 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6236 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6237 explicitly issue one of your own.
6239 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6240 since this would require a relocation in the header, and things
6241 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6242 base by copying it out of \c{CS} instead.
6244 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6245 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6246 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6247 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6248 \c{EXE_stack 64}.
6250 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6251 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6252 \c{binexe.asm}.
6255 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6257 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6258 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6259 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6260 output format.
6263 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6265 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6266 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6267 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6268 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6269 like
6271 \c         org 100h
6273 \c section .text
6275 \c start:
6276 \c         ; put your code here
6278 \c section .data
6280 \c         ; put data items here
6282 \c section .bss
6284 \c         ; put uninitialized data here
6286 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6287 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6288 you want to and the code will still end up at the front of the file
6289 where it belongs.
6291 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6292 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6293 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6294 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6295 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6296 run.
6298 To assemble the above program, you should use a command line like
6300 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6302 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6303 explicit output file name were specified, so you have to override it
6304 and give the desired file name.
6307 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6309 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6310 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6311 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6312 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6313 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6314 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6315 file.
6317 If you do this, you need to take care of several things:
6319 \b The first object file containing code should start its code
6320 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6321 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6322 segment, so that the linker or converter program does not have to
6323 adjust address references within the file when generating the
6324 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6325 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6326 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6327 in MASM-compatible assemblers.
6329 \b You don't need to define a stack segment.
6331 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6332 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6333 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6334 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6337 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6339 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6340 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6341 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6342 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6343 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6344 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6345 your code segment.
6347 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6348 the various routines inside the driver which do the work. This
6349 structure should be defined at the start of the code segment, even
6350 though it is not actually code.
6352 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6353 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6354 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6355 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6358 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6360 This section covers the basics of writing assembly routines that
6361 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6362 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6363 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6366 \S{16cunder} External Symbol Names
6368 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6369 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6370 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6371 appears in the C program. So, for example, the function a C
6372 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6373 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6374 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6375 not have to worry about name clashes with C symbols.
6377 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6378 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6380 \c %macro  cglobal 1
6382 \c   global  _%1
6383 \c   %define %1 _%1
6385 \c %endmacro
6387 \c %macro  cextern 1
6389 \c   extern  _%1
6390 \c   %define %1 _%1
6392 \c %endmacro
6394 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6395 \c{%rep} construct could solve this.)
6397 If you then declare an external like this:
6399 \c cextern printf
6401 then the macro will expand it as
6403 \c extern  _printf
6404 \c %define printf _printf
6406 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6407 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6409 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6410 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6411 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6413 Also see \k{opt-pfix}.
6415 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6417 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6418 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6419 writing for. This means you have to keep track of the following
6420 things:
6422 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6423 functions are near. This means that function pointers, when stored
6424 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6425 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6426 never changes its value, and always gives the segment part of the
6427 full function address), and that functions are called using ordinary
6428 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6429 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6430 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6431 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6433 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6434 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6435 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6436 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6437 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6438 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6439 \c{CALL FAR} to call external routines.
6441 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6442 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6443 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6444 segment part of the full data item address).
6446 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6447 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6448 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6449 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6450 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6451 pointers you are passed.
6453 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6454 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6455 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6456 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6457 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6459 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6460 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6461 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6462 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6463 and global data items can both be accessed easily without changing
6464 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6465 segments. However, some memory models (though not the standard
6466 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6467 same value to be removed. Be careful about functions' local
6468 variables in this latter case.
6470 In models with a single code segment, the segment is called
6471 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6472 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6473 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6474 called \i\c{_DATA}.
6477 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6479 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6480 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6481 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6482 doing the calling and the function which gets called.
6484 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6485 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6486 argument specified to the function is pushed last).
6488 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6489 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6490 memory model.
6492 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6493 actually necessary, in functions which do not need to access their
6494 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6495 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6496 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6497 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6498 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6499 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6501 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6502 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6503 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6504 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6505 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6506 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6507 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6508 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6509 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6510 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6511 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6512 parameters in reverse order means that the function knows where to
6513 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6514 remaining ones.
6516 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6517 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6518 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6520 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6521 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6522 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6523 compiler) returned in \c{ST0}.
6525 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6526 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6527 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6528 memory model.
6530 \b When the caller regains control from the callee, the function
6531 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6532 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6533 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6534 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6535 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6536 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6537 removing.
6539 It is instructive to compare this calling convention with that for
6540 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6541 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6542 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6543 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6544 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6545 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6546 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6547 which means that a compiler can give better guarantees about
6548 sequence points without performance suffering.
6550 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6551 The following example is for small model:
6553 \c global  _myfunc
6555 \c _myfunc:
6556 \c         push    bp
6557 \c         mov     bp,sp
6558 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6559 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6561 \c         ; some more code
6563 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6564 \c         pop     bp
6565 \c         ret
6567 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6568 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6569 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6570 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6571 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6572 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6574 At the other end of the process, to call a C function from your
6575 assembly code, you would do something like this:
6577 \c extern  _printf
6579 \c       ; and then, further down...
6581 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6582 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6583 \c       call    _printf
6584 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6586 \c       ; then those data items...
6588 \c segment _DATA
6590 \c myint         dw    1234
6591 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6593 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6594 code
6596 \c     int myint = 1234;
6597 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6599 In large model, the function-call code might look more like this. In
6600 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6601 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6602 it first.
6604 \c       push    word [myint]
6605 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6606 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6607 \c       call    far _printf
6608 \c       add    sp,byte 6
6610 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6611 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6612 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6613 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6614 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6615 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6616 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6617 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6618 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6619 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6620 word of parameters.
6623 \S{16cdata} Accessing Data Items
6625 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6626 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6627 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6628 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6629 accessed from assembler as
6631 \c extern _i
6633 \c         mov ax,[_i]
6635 And to declare your own integer variable which C programs can access
6636 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6637 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6639 \c global  _j
6641 \c _j      dw      0
6643 To access a C array, you need to know the size of the components of
6644 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6645 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6646 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6647 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6648 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6649 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6650 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6652 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6653 the base of the structure to the field you are interested in. You
6654 can either do this by converting the C structure definition into a
6655 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6656 one offset and using just that.
6658 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6659 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6660 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6661 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6662 Typically, you might find that a structure like
6664 \c struct {
6665 \c     char c;
6666 \c     int i;
6667 \c } foo;
6669 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6670 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6671 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6672 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6673 out how your own compiler does it.
6676 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6678 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6679 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6680 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6681 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6682 the work involved in keeping track of the calling convention.
6684 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6685 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6687 An example of an assembly function using the macro set is given
6688 here:
6690 \c proc    _nearproc
6692 \c %$i     arg
6693 \c %$j     arg
6694 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6695 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6696 \c         add     ax,[bx]
6698 \c endproc
6700 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6701 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6702 integer. It returns \c{i + *j}.
6704 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6705 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6706 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6707 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6708 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6709 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6710 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6712 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6713 compact-model code) by default. You can have it generate far
6714 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6715 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6716 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6717 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6718 dependency on whether data pointers are far or not.
6720 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6721 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6722 many function parameters will be of type \c{int}.
6724 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6726 \c %define FARCODE
6728 \c proc    _farproc
6730 \c %$i     arg
6731 \c %$j     arg     4
6732 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6733 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6734 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6735 \c         add     ax,[bx]
6737 \c endproc
6739 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6740 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6741 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6744 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6746 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6747 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6749 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6750 not required for Pascal.
6752 \b The memory model is always large: functions are far, data
6753 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6754 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6755 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6756 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6757 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6758 data declared in a Pascal program goes into the default data
6759 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6760 when control is passed to your assembly code. The only things that
6761 do not live in the default data segment are local variables (they
6762 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6763 data \e{pointers}, however, are far.
6765 \b The function calling convention is different - described below.
6767 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6769 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6770 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6771 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6774 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6776 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6777 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6778 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6779 used to denote the function doing the calling and the function which
6780 gets called.
6782 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6783 after another, in normal order (left to right, so that the first
6784 argument specified to the function is pushed first).
6786 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6787 control to the callee.
6789 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6790 actually necessary, in functions which do not need to access their
6791 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6792 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6793 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6794 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6795 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6796 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6798 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6799 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6800 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6801 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6802 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6803 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6804 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6806 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6807 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6808 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6810 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6811 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6812 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6813 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6814 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6815 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6816 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6817 places the returned string value at that location. The pointer is
6818 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6819 \c{RETF} instruction.
6821 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6822 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6823 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6824 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6825 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6826 to be removed from the stack as a side effect of the return
6827 instruction.
6829 \b When the caller regains control from the callee, the function
6830 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6831 do nothing further.
6833 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6834 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6836 \c global  myfunc
6838 \c myfunc: push    bp
6839 \c         mov     bp,sp
6840 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6841 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6842 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6844 \c         ; some more code
6846 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6847 \c         pop     bp
6848 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6850 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6851 assembly code, you would do something like this:
6853 \c extern  SomeFunc
6855 \c        ; and then, further down...
6857 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6858 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6859 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6860 \c        call   far SomeFunc
6862 This is equivalent to the Pascal code
6864 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6865 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6868 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6869 Name Restrictions
6871 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6872 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6873 reading and understanding the various information contained in a
6874 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6875 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6876 restrictions:
6878 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6879 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6881 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6882 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6884 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6885 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6887 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6888 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6891 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6893 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6894 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6895 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6896 definition ensures that functions are far (it implies
6897 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6898 generated with an operand.
6900 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6901 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6902 reverse order. For example:
6904 \c %define PASCAL
6906 \c proc    _pascalproc
6908 \c %$j     arg 4
6909 \c %$i     arg
6910 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6911 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6912 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6913 \c         add     ax,[bx]
6915 \c endproc
6917 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6918 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6919 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6920 and the contents of the pointer. The only difference between this
6921 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6922 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6923 reverse order.
6926 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6928 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6929 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6930 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6931 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6932 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6933 shared libraries.
6935 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6936 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6937 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6938 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6939 address space no matter what segment you work relative to, and that
6940 you should ignore all segment registers completely. When writing
6941 flat-model application code, you never need to use a segment
6942 override or modify any segment register, and the code-section
6943 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6944 space as the data-section addresses you access your variables by and
6945 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6946 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6947 offset part.
6950 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6952 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6953 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6954 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6957 \S{32cunder} External Symbol Names
6959 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6960 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6961 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6962 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6963 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6964 underscore on their assembly-language names.
6966 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6967 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6968 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6969 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6970 though, the leading underscore should not be used.
6972 See also \k{opt-pfix}.
6974 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6976 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6977 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6978 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6979 the function doing the calling and the function which gets called.
6981 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6982 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6983 argument specified to the function is pushed last).
6985 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6986 control to the callee.
6988 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6989 actually necessary, in functions which do not need to access their
6990 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6991 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6992 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6993 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6994 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6995 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6997 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6998 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6999 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
7000 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
7001 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
7002 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
7003 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
7004 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
7005 pushing of the parameters in reverse order means that the function
7006 knows where to find its first parameter, which tells it the number
7007 and type of the remaining ones.
7009 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
7010 allocate space on the stack for local variables, which will then be
7011 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
7013 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
7014 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
7015 of the value. Floating-point results are typically returned in
7016 \c{ST0}.
7018 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
7019 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
7020 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
7022 \b When the caller regains control from the callee, the function
7023 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
7024 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
7025 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
7026 called with the wrong number of parameters due to a prototype
7027 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
7028 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
7029 removing.
7031 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
7032 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
7033 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
7034 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
7035 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
7036 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
7037 still pushed in right-to-left order.
7039 Thus, you would define a function in C style in the following way:
7041 \c global  _myfunc
7043 \c _myfunc:
7044 \c         push    ebp
7045 \c         mov     ebp,esp
7046 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
7047 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
7049 \c         ; some more code
7051 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
7052 \c         ret
7054 At the other end of the process, to call a C function from your
7055 assembly code, you would do something like this:
7057 \c extern  _printf
7059 \c         ; and then, further down...
7061 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
7062 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
7063 \c         call    _printf
7064 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
7066 \c         ; then those data items...
7068 \c segment _DATA
7070 \c myint       dd   1234
7071 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
7073 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
7075 \c     int myint = 1234;
7076 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
7079 \S{32cdata} Accessing Data Items
7081 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
7082 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
7083 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
7084 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
7085 accessed from assembler as
7087 \c           extern _i
7088 \c           mov eax,[_i]
7090 And to declare your own integer variable which C programs can access
7091 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
7092 the \c{_DATA} segment, if necessary):
7094 \c           global _j
7095 \c _j        dd 0
7097 To access a C array, you need to know the size of the components of
7098 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
7099 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
7100 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
7101 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
7102 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
7103 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
7104 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
7105 are also 4 bytes long.
7107 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
7108 the base of the structure to the field you are interested in. You
7109 can either do this by converting the C structure definition into a
7110 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
7111 one offset and using just that.
7113 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
7114 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
7115 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
7116 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
7117 Typically, you might find that a structure like
7119 \c struct {
7120 \c     char c;
7121 \c     int i;
7122 \c } foo;
7124 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
7125 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
7126 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
7127 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
7128 out how your own compiler does it.
7131 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
7133 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
7134 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
7135 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
7136 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
7137 the work involved in keeping track of the calling convention.
7139 An example of an assembly function using the macro set is given
7140 here:
7142 \c proc    _proc32
7144 \c %$i     arg
7145 \c %$j     arg
7146 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
7147 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
7148 \c         add     eax,[ebx]
7150 \c endproc
7152 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
7153 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
7154 integer. It returns \c{i + *j}.
7156 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
7157 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
7158 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
7159 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
7160 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
7161 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
7162 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
7164 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
7165 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
7166 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
7169 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
7170 Libraries}
7172 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
7173 because it contains support for \i{position-independent code}
7174 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
7175 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
7176 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
7178 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
7179 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
7180 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
7181 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
7183 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
7184 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
7185 of the running process. The contents of the library's code section
7186 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
7188 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
7189 this:
7191 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
7193 Instead, the linker provides an area of memory called the
7194 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
7195 constant distance from your library's code, so if you can find out
7196 where your library is loaded (which is typically done using a
7197 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
7198 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
7199 linker-generated entries in the GOT.
7201 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
7202 restrictions: since the data section is writable, it has to be
7203 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
7204 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
7205 you can put ordinary types of relocation in the data section without
7206 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
7209 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
7211 Each code module in your shared library should define the GOT as an
7212 external symbol:
7214 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7215 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7217 At the beginning of any function in your shared library which plans
7218 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7219 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7220 in this form:
7222 \c func:   push    ebp
7223 \c         mov     ebp,esp
7224 \c         push    ebx
7225 \c         call    .get_GOT
7226 \c .get_GOT:
7227 \c         pop     ebx
7228 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7230 \c         ; the function body comes here
7232 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7233 \c         mov     esp,ebp
7234 \c         pop     ebp
7235 \c         ret
7237 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7238 second leading underscore.)
7240 The first two lines of this function are simply the standard C
7241 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7242 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7243 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7244 libraries use this register to store the address of the GOT.
7246 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7247 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7248 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7249 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7250 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7251 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7252 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7253 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7254 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7255 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7256 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7257 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7258 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7259 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7260 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7261 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7263 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7264 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7265 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7267 \c %macro  get_GOT 0
7269 \c         call    %%getgot
7270 \c   %%getgot:
7271 \c         pop     ebx
7272 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7274 \c %endmacro
7276 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7278 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7279 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7280 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7281 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7282 way this works is like this:
7284 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7286 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7287 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7288 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7289 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7291 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7292 them, they are shared between code modules in the library, but do
7293 not get exported from the library to the program that loaded it.
7294 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7295 can access them in the same way as local variables, using the above
7296 \c{..gotoff} mechanism.
7298 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7299 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7300 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7303 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7305 If your library needs to get at an external variable (external to
7306 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7307 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7308 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7309 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7310 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7311 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7312 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7313 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7314 you would code
7316 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7318 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7319 linker, when it builds the shared library, collects together every
7320 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7321 has every necessary entry present.
7323 Common variables must also be accessed in this way.
7326 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7328 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7329 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7330 you have to give the size of the data item. This is because the
7331 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7332 entries for any exported functions, and also moves exported data
7333 items away from the library's data section in which they were
7334 declared.
7336 So to export a function to users of the library, you must use
7338 \c global  func:function           ; declare it as a function
7340 \c func:   push    ebp
7342 \c         ; etc.
7344 And to export a data item such as an array, you would have to code
7346 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7348 \c array:  resd    128
7349 \c .end:
7351 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7352 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7353 end up living in the data section of the main program, rather than
7354 in your library's data section, where you declared it. So you will
7355 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7356 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7357 effectively, it has become).
7359 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7360 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7361 sort of code:
7363 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7365 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7366 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7367 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7368 pointing at your data section instead of at the exported global
7369 which resides elsewhere.
7371 Instead of the above code, then, you must write
7373 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7375 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7376 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7377 at that address, rather than just relocating by section base.
7379 Either method will work for functions: referring to one of your
7380 functions by means of
7382 \c funcptr:        dd      my_function
7384 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7386 \c funcptr:        dd      my_function wrt ..sym
7388 will give the address of the procedure linkage table for the
7389 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7390 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7393 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7395 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7396 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7397 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7398 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7399 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7400 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7401 in the main program can be transparently passed off to their real
7402 destinations.
7404 To call an external routine, you must use another special PIC
7405 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7406 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7407 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7408 ..plt}.
7411 \S{link} Generating the Library File
7413 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7414 you then generate your shared library with a command such as
7416 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7417 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7419 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7420 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7421 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7422 library file name, with a version number, into the library:
7424 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7426 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7427 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7430 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7432 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7433 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7434 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7435 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7436 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7437 one, or jumps between different-size segments.
7440 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7442 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7443 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7444 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7445 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7446 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7447 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7448 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7449 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7451 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7452 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7453 segment, so just coding, for example,
7455 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7457 will not work, since the offset part of the address will be
7458 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7459 one.
7461 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7462 generate the required instruction by coding it manually, using
7463 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7464 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7466 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7468 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7469 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7470 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7471 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7472 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7473 segment to a 32-bit one.
7475 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7476 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7478 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7480 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7481 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7482 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7485 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7486 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7488 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7489 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7490 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7491 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7492 32-bit segment, or vice versa.
7494 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7495 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7496 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7497 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7499 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7500 the address, since any effective address containing a 32-bit
7501 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7503 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7504 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7506 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7507 instruction and a register) if you already know the precise offset
7508 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7509 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7510 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7512 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7513 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7515 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7517 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7518 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7519 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7521 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7523 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7524 which controls the size of the data stored at the address, with the
7525 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7526 address itself. The two can quite easily be different:
7528 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7530 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7531 offset.
7533 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7534 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7536 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7538 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7539 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7540 offset), and calls that address.
7543 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7545 The other way you might want to access data might be using the
7546 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7547 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7548 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7549 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7551 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7552 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7553 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7554 desired address into \c{ESI} and then code
7556 \c         a32     lodsb
7558 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7559 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7560 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7561 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7563 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7564 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7565 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7566 instructions with implicit addressing:
7567 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7568 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7569 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7570 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7571 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7572 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7573 Also, the
7574 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7575 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7576 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7577 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7578 size from the code segment.
7580 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7581 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7582 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7583 give the value of the segment register being manipulated. To force
7584 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7585 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7587 \c         o16 push    ss
7588 \c         o16 push    ds
7590 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7591 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7592 one.
7594 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7595 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7598 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7600 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7601 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7602 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7603 write position-independent code for shared libraries.
7605 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7606 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7607 registers, which still add their bases.
7609 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7610 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7611 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7612 probably desirable to make that the default, using the directive
7613 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7615 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7616 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7617 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7618 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7619 Please see the ABI documentation for your platform.
7621 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7622 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7623 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7624 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7626 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7627 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7628 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7629 set to zero.
7631 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7633 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7634 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respectively:
7636 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7637 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7638 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7639 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7641 This is consistent with the AMD documentation and most other
7642 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7643 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7644 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7645 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7646 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7647 can be used for this purpose.
7649 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7651 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7652 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7653 immediates to 32 bits.
7655 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7657 \c      MOV reg64,imm64
7659 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7660 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7661 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7662 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7663 immediate as \c{DWORD}:
7665 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7666 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7667 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7668 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7670 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7672 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7673 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7674 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7675 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7676 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7677 displacement size as \c{QWORD}:
7679 \c      default abs
7681 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7682 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7683 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7685 \c      default rel
7687 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7688 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7689 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7690 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7692 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7693 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7695 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7697 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7699 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7701 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7702 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7704 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7705 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7706 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7707 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7708 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7710 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7712 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7713 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7714 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7715 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7717 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7719 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7721 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7723 \c      void foo(long a, double b, int c)
7725 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7727 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7729 The Win64 ABI is described at:
7731 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7733 What follows is a simplified summary.
7735 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7736 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7737 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7738 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7739 use by the function without saving.
7741 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7743 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7744 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7745 return is \c{XMM0} only.
7747 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7749 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7751 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7753 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7755 \C{trouble} Troubleshooting
7757 This chapter describes some of the common problems that users have
7758 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7759 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7760 that isn't listed here.
7763 \H{problems} Common Problems
7765 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7767 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7768 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7769 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7770 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7771 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7772 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7773 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7774 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7775 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7778 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7780 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7781 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7782 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7783 longer.
7785 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7786 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7787 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7788 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7789 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7790 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7791 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7792 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7793 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7794 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7795 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7796 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7799 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7801 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7802 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7803 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7804 sector, people who are used to MASM tend to code
7806 \c         ORG 0
7808 \c         ; some boot sector code
7810 \c         ORG 510
7811 \c         DW 0xAA55
7813 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7814 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7815 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7817 \c         ORG 0
7819 \c         ; some boot sector code
7821 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7822 \c         DW 0xAA55
7824 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7825 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7826 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7827 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7828 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7829 find out what's wrong with it.
7832 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7834 The other common problem with the above code is people who write the
7835 \c{TIMES} line as
7837 \c         TIMES 510-$ DB 0
7839 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7840 the difference between them is also a pure number and can happily be
7841 fed to \c{TIMES}.
7843 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7844 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7845 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7846 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7847 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7848 information back to the expression evaluator. So from the
7849 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7850 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7851 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7852 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7854 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7855 line in the form
7857 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7859 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7860 and so their difference is a pure number. This will solve the
7861 problem and generate sensible code.
7864 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7866 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7867 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7868 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7869 \i\c{bugtracker} at
7870 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7871 (click on "Bug Tracker"), or if that fails then through one of the
7872 contacts in \k{contact}.
7874 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7875 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7876 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7877 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7878 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7879 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7880 there.
7882 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7883 information:
7885 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7886 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7888 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7889 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7890 you were using the standard distribution binaries out of the
7891 archive. If you were using a locally built executable, try to
7892 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7893 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7896 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7897 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7898 \c{NASMENV} environment variable if any.
7900 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7901 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7902 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7903 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7904 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7905 compiler, what version, and what command line or options you used.
7906 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7907 with the command-line version of the compiler.)
7909 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7910 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7911 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7912 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7913 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7914 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7915 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7916 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7917 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7918 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7919 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7920 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7921 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7923 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7924 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7925 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7926 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7927 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7928 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7929 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7930 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7931 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7932 should be 77 instead'.
7934 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7935 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7936 generates the same file, or whether the problem is related to
7937 portability issues between our development platforms and yours. We
7938 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7939 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7940 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7941 for us.
7943 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7944 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7945 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7946 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7947 differently from us.
7950 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7952                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7954 \H{ndisintro} Introduction
7957 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7958 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7959 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7960 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7961 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7963 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7964 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7965 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7966 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7967 disassembles.
7970 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7972 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7973 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7974 are on a Unix system.
7977 \H{ndisrun} Running NDISASM
7979 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7981 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7983 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7984 provided of course that you remember to specify which it is to work
7985 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7986 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7988 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7989 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7990 summary of command line options.
7993 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7995 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7996 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7997 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7998 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7999 this.
8001 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
8002 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
8003 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
8004 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
8005 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
8007 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
8009 \c        ndisasm -o100h filename.com
8011 will do the trick.
8014 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
8016 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
8017 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
8018 will faithfully plough through the data section, producing machine
8019 instructions wherever it can (although most of them will look
8020 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
8021 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
8022 Then it will reach the code section.
8024 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
8025 instruction from part of the data section, and its file position is
8026 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
8027 entirely possible that another spurious instruction will get
8028 generated, starting with the final byte of the data section, and
8029 then the correct first instruction in the code section will not be
8030 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
8031 ideal.
8033 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
8034 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
8035 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
8036 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
8037 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
8038 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
8039 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
8040 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
8041 the instructions in your code section.
8043 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
8044 in terms of the program origin, not the file position. So if you
8045 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
8048 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
8050 rather than
8052 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
8054 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
8055 to, just by repeating the \c{-s} option.
8058 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
8059 \I\c{auto-sync}
8061 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
8062 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
8063 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
8064 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
8065 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
8066 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
8067 needed.
8069 On the other hand, why should you have to specify the sync point
8070 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
8071 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
8072 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
8074 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
8075 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
8076 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
8077 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
8078 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
8079 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
8080 processed, there isn't much it can do about it...)
8082 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
8083 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
8084 the register contains) or involves a segment address (in which case
8085 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
8086 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
8088 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
8089 points in all the right places, and save you from having to place
8090 any sync points manually. However, it should be stressed that
8091 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
8092 you may still have to place some manually.
8094 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
8095 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
8096 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
8097 options.
8099 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
8100 fluke, something in your data section should disassemble to a
8101 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
8102 sync point in a totally random place, for example in the middle of
8103 one of the instructions in your code section. So you may end up with
8104 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
8105 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
8106 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
8107 suppress disassembly of the data area.
8110 \S{ndisother} Other Options
8112 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
8113 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
8114 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
8115 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
8117 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
8118 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
8119 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
8120 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
8121 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
8122 anyway.
8125 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
8127 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
8128 possible, should be sent to
8129 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
8130 developer's site at
8131 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
8132 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
8133 new features as well.
8135 \A{inslist} \i{Instruction List}
8137 \H{inslistintro} Introduction
8139 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
8140 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
8141 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
8142  when appropriate, one or more usage flags.
8144 \& inslist.src
8146 \A{changelog} \i{NASM Version History}
8148 \& changes.src