Document the new dependency options.
[nasm/avx512.git] / doc / nasmdoc.src
blobcff4096ddc86089247c53f3ab8b10edbb12dbd8a
1 \#
2 \# Source code to NASM documentation
3 \#
4 \M{category}{Programming}
5 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
6 \M{year}{2008}
7 \M{author}{The NASM Development Team}
8 \M{license}{All rights reserved. This document is redistributable under the license given in the file "COPYING" distributed in the NASM archive.}
9 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
10 \M{infoname}{NASM}
11 \M{infofile}{nasm}
12 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
13 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
14 \IR{-D} \c{-D} option
15 \IR{-E} \c{-E} option
16 \IR{-F} \c{-F} option
17 \IR{-I} \c{-I} option
18 \IR{-M} \c{-M} option
19 \IR{-MD} \c{-MD} option
20 \IR{-MF} \c{-MF} option
21 \IR{-MG} \c{-MG} option
22 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
23 \IR{-MT} \c{-MT} option
24 \IR{-On} \c{-On} option
25 \IR{-P} \c{-P} option
26 \IR{-U} \c{-U} option
27 \IR{-X} \c{-X} option
28 \IR{-a} \c{-a} option
29 \IR{-d} \c{-d} option
30 \IR{-e} \c{-e} option
31 \IR{-f} \c{-f} option
32 \IR{-g} \c{-g} option
33 \IR{-i} \c{-i} option
34 \IR{-l} \c{-l} option
35 \IR{-o} \c{-o} option
36 \IR{-p} \c{-p} option
37 \IR{-s} \c{-s} option
38 \IR{-u} \c{-u} option
39 \IR{-v} \c{-v} option
40 \IR{-w} \c{-w} option
41 \IR{-y} \c{-y} option
42 \IR{-Z} \c{-Z} option
43 \IR{!=} \c{!=} operator
44 \IR{$, here} \c{$}, Here token
45 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
46 \IR{$$} \c{$$} token
47 \IR{%} \c{%} operator
48 \IR{%%} \c{%%} operator
49 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
50 \IA{%-1}{%+1}
51 \IR{%0} \c{%0} parameter count
52 \IR{&} \c{&} operator
53 \IR{&&} \c{&&} operator
54 \IR{*} \c{*} operator
55 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
56 \IR{/} \c{/} operator
57 \IR{//} \c{//} operator
58 \IR{<} \c{<} operator
59 \IR{<<} \c{<<} operator
60 \IR{<=} \c{<=} operator
61 \IR{<>} \c{<>} operator
62 \IR{=} \c{=} operator
63 \IR{==} \c{==} operator
64 \IR{>} \c{>} operator
65 \IR{>=} \c{>=} operator
66 \IR{>>} \c{>>} operator
67 \IR{?} \c{?} MASM syntax
68 \IR{^} \c{^} operator
69 \IR{^^} \c{^^} operator
70 \IR{|} \c{|} operator
71 \IR{||} \c{||} operator
72 \IR{~} \c{~} operator
73 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
74 \IA{%$$}{%$}
75 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
76 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
77 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
78 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
79 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
80 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
81 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
82 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
83 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
84 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
85 variables
86 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
87 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
88 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
89 \IR{autoconf} Autoconf
90 \IR{bin} bin
91 \IR{bitwise and} bitwise AND
92 \IR{bitwise or} bitwise OR
93 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
94 \IR{block ifs} block IFs
95 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
96 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
97 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
98 \IR{bsd} BSD
99 \IR{c calling convention} C calling convention
100 \IR{c symbol names} C symbol names
101 \IA{critical expressions}{critical expression}
102 \IA{command line}{command-line}
103 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
104 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
105 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
106 \IA{character constants}{character constant}
107 \IR{common object file format} Common Object File Format
108 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
109 in \c{elf}
110 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
111 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
112 \IR{declaring structure} declaring structures
113 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
114 \IR{devpac} DevPac
115 \IR{djgpp} DJGPP
116 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
117 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
118 \IR{dos} DOS
119 \IR{dos archive} DOS archive
120 \IR{dos source archive} DOS source archive
121 \IA{effective address}{effective addresses}
122 \IA{effective-address}{effective addresses}
123 \IR{elf} ELF
124 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
125 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
126 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
127 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
128 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
129 \IR{freebsd} FreeBSD
130 \IR{freelink} FreeLink
131 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
132 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
133 convention
134 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
135 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
136 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
137 \IR{got} GOT
138 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
139 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
140 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
141 \IR{intel number formats} Intel number formats
142 \IR{linux, elf} Linux, ELF
143 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
144 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
145 \IR{logical and} logical AND
146 \IR{logical or} logical OR
147 \IR{logical xor} logical XOR
148 \IR{masm} MASM
149 \IA{memory reference}{memory references}
150 \IR{minix} Minix
151 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
152 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
153 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
154 \IR{mmx registers} MMX registers
155 \IA{modr/m}{modr/m byte}
156 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
157 \IR{ms-dos} MS-DOS
158 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
159 \IR{multipush} \c{multipush} macro
160 \IR{nan} NaN
161 \IR{nasm version} NASM version
162 \IR{netbsd} NetBSD
163 \IR{omf} OMF
164 \IR{openbsd} OpenBSD
165 \IR{operating system} operating system
166 \IR{os/2} OS/2
167 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
168 \IR{passes} passes, assembly
169 \IR{perl} Perl
170 \IR{pic} PIC
171 \IR{pharlap} PharLap
172 \IR{plt} PLT
173 \IR{plt} \c{PLT} relocations
174 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
175 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
176 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
177 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
178 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
179 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
180 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
181 Object File Format
182 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
183 \IA{repeating}{repeating code}
184 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
185 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
186 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
187 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
188 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
189 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
190 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
191 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
192 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
193 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
194 \IR{shift command} \c{shift} command
195 \IA{sib}{sib byte}
196 \IR{sib byte} SIB byte
197 \IR{solaris x86} Solaris x86
198 \IA{standard section names}{standardized section names}
199 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
200 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
201 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
202 \IR{tlink} \c{TLINK}
203 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
204 \IR{unix} Unix
205 \IA{sco unix}{unix, sco}
206 \IR{unix, sco} Unix, SCO
207 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
208 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
209 \IA{unix system v}{unix, system v}
210 \IR{unix, system v} Unix, System V
211 \IR{unixware} UnixWare
212 \IR{val} VAL
213 \IR{version number of nasm} version number of NASM
214 \IR{visual c++} Visual C++
215 \IR{www page} WWW page
216 \IR{win32} Win32
217 \IR{win32} Win64
218 \IR{windows} Windows
219 \IR{windows 95} Windows 95
220 \IR{windows nt} Windows NT
221 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
222 \# \IC{program entry point}{start point, program}
223 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
224 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
225 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
228 \C{intro} Introduction
230 \H{whatsnew} Documentation Changes for Version 2.00
232 \S{p64Bit} 64-Bit Support
234 \b Writing 64-bit Code \k{64bit}
236 \b elf32 and elf64 output formats \k{elffmt}
238 \b win64 output format \k{win64fmt}
240 \b Numeric constants in DQ directive \k{db}
242 \b oword, do and reso \k{db}
244 \b Stack Relative Preprocessor Directives \k{stackrel}
246 \S{fpenhance} Floating Point Enhancements
248 \b 8-, 16- and 128-bit floating-point format \k{fltconst}
250 \b Floating-point option control \k{FLOAT}
252 \b Infinity and NaN \k{fltconst}
254 \S{elfenhance} ELF Enhancements
256 \b Symbol Visibility \k{elfglob}
258 \b Setting OSABI value in ELF header \k{abisect}
260 \b Debug Formats \k{elfdbg}
262 \S{cmdenhance} Command Line Options
264 \b Generate Makefile Dependencies \k{opt-MG}
266 \b Send Errors to a File \k{opt-Z}
268 \b Unlimited Optimization Passes \k{opt-On}
270 \S{oenhance} Other Enhancements
272 \b %IFN and %ELIFN \k{condasm}
274 \b Logical Negation Operator \c{!} \k{expmul}
276 \b Current BITS Mode \k{bitsm}
278 \b Use of \c{%+} \k{concat%+}
280 \H{whatsnasm} What Is NASM?
282 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed for
283 portability and modularity. It supports a range of object file
284 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF}, \c{Mach-O},
285 Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will also output plain
286 binary files. Its syntax is designed to be simple and easy to understand, similar
287 to Intel's but less complex. It supports from the upto and including \c{Pentium},
288 \c{P6}, \c{MMX}, \c{3DNow!}, \c{SSE}, \c{SSE2}, \c{SSE3} and \c{x64} opcodes. NASM has
289 a strong support for macro conventions.
292 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
294 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
295 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
296 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
297 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
299 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
300 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
302 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
303 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
304 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
305 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
306 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
307 it (properly.)
309 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
310 doesn't seem to have much (or any) documentation.
312 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
313 DOS.
315 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
316 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
317 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
318 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
319 It's expensive too. And it's DOS-only.
321 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
322 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
323 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
324 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
325 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
326 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
327 Again.
330 \S{legal} License Conditions
332 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
333 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
334 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
335 Public License, LGPL.
338 \H{contact} Contact Information
340 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
341 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
342 (see below for the link).
343 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
345 NASM has a \i{WWW page} at
346 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
347 not there, google for us!
350 The original authors are \i{e\-mail}able as
351 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
352 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
353 The latter is no longer involved in the development team.
355 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
356 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
357 and to
358 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
360 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
362 Announcements are posted to
363 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
364 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
365 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
367 If you want information about NASM beta releases, and the current
368 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
369 by registering at
370 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
373 \H{install} Installation
375 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
377 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
378 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
379 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
380 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
382 The archive will contain a set of executable files: the NASM
383 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
384 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
385 RDOFF file format.
387 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
388 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
389 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
390 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
391 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
392 under other versions of Windows as well.)
394 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
395 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
396 so you can delete it if you need to save space; however, you may
397 want to keep the documentation or test programs.
399 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
400 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
401 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
402 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
403 the source archive.
405 Note that a number of files are generated from other files by Perl
406 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
407 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
408 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
409 documentation. It is possible future source distributions may not
410 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
411 platforms, including DOS and Windows, are available from
412 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
415 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
417 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
418 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
419 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
420 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
421 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
423 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
424 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
425 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
426 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
427 accordingly.
429 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
430 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
431 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
432 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
433 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
434 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
435 install the programs yourself.
437 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
438 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
439 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
440 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
443 \C{running} Running NASM
445 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
447 To assemble a file, you issue a command of the form
449 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
451 For example,
453 \c nasm -f elf myfile.asm
455 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
457 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
459 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
461 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
462 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
463 to give a listing file name, for example:
465 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
467 To get further usage instructions from NASM, try typing
469 \c nasm -h
471 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
472 are.
474 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
475 or \c{ELF}, type
477 \c file nasm
479 (in the directory in which you put the NASM binary when you
480 installed it). If it says something like
482 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
484 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
485 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
487 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
489 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
490 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
491 and are rare these days.)
493 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
494 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
495 messages.
498 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
500 NASM will normally choose the name of your output file for you;
501 precisely how it does this is dependent on the object file format.
502 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
503 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
504 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
505 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
506 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
507 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
508 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
509 the output file \c{myfile}.
511 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
512 has the same name as the input file, in which case it will give a
513 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
515 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
516 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
517 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
518 with the name you wish for the output file, either with or without
519 an intervening space. For example:
521 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
522 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
524 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
525 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
528 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
530 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
531 output file format for you itself. In the distribution versions of
532 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
533 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
534 choose what you want the default to be.
536 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
537 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
539 A complete list of the available output file formats can be given by
540 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
543 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
545 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
546 optional space) by a file name, NASM will generate a
547 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
548 code are listed on the left, and the actual source code, with
549 expansions of multi-line macros (except those which specifically
550 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
551 right. For example:
553 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
555 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
556 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
557 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
558 form" (without the brackets). This can be used to list only 
559 sections of interest, avoiding excessively long listings.
562 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
564 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
565 This can be redirected to a file for further processing. For example:
567 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
570 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
572 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
573 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
574 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
575 dependency list without a prefix.
578 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
580 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
581 output to a file, rather than to stdout.  For example:
583 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
586 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
588 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
589 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
590 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
591 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
592 updated dependencies with every assembly session.  For example:
594 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
597 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
599 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
600 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
601 specified by the \c{-o} option.
604 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
606 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
607 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
608 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
609 quotable in Make.
612 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
614 This option is used to select the format of the debug information emitted 
615 into the output file, to be used by a debugger (or \e{will} be). Use
616 of this switch does \e{not} enable output of the selected debug info format.
617 Use \c{-g}, see \k{opt-g}, to enable output.
619 A complete list of the available debug file formats for an output format
620 can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format> -y}. (As of 2.00,
621 only "-f elf32", "-f elf64", "-f ieee", and "-f obj" provide debug information.) 
622 See \k{opt-y}.
624 This should not be confused with the "-f dbg" output format option which 
625 is not built into NASM by default. For information on how
626 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}
629 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
631 This option can be used to generate debugging information in the specified
632 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
633 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
634 If no debug information is currently implemented in the selected output 
635 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
638 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
640 This option can be used to select an error reporting format for any 
641 error messages that might be produced by NASM.
643 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
644 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
645 the default and looks like this:
647 \c filename.asm:65: error: specific error message 
649 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
650 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
651 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
652 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
653 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
655 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
656 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
658 \c filename.asm(65) : error: specific error message
660 where the only difference is that the line number is in parentheses
661 instead of being delimited by colons.  
663 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
665 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
667 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
668 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
669 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
670 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
671 example) you want to load them into an editor.
673 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
674 which causes errors to be sent to the specified files rather than
675 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
676 the errors into a file by typing
678 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
680 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
681 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
682 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
684 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
686 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
687 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
688 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
689 program, you can type:
691 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
693 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
696 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
698 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{incbin} directive in 
699 a source file (see \k{include} or \k{incbin}), 
700 it will search for the given file not only in the
701 current directory, but also in any directories specified on the
702 command line by the use of the \c{-i} option. Therefore you can
703 include files from a \i{macro library}, for example, by typing
705 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
707 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
708 optional).
710 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
711 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
712 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
713 prepended exactly as written to the name of the include file.
714 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
715 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
717 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
718 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
719 to search for the file \c{foobar.i}...)
721 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
722 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
723 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
724 \k{nasmenv}).
726 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
727 be specified as \c{-I}.
730 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
732 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
733 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
734 option. So running
736 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
738 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
739 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
741 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
742 option can also be specified as \c{-P}.
745 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
747 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
748 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
749 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
750 could code
752 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
754 as an alternative to placing the directive
756 \c %define FOO 100
758 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
759 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
760 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
761 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
762 \c{-dDEBUG}.
764 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
765 be specified as \c{-D}.
768 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
770 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
771 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
772 option specified earlier on the command lines.
774 For example, the following command line:
776 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
778 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
779 program. This is useful to override options specified at a different
780 point in a Makefile.
782 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
783 be specified as \c{-U}.
786 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
788 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
789 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
790 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
791 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
792 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
793 if the \c{-o} option is also used).
795 This option cannot be applied to programs which require the
796 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
797 which depend on the values of symbols: so code such as
799 \c %assign tablesize ($-tablestart)
801 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
803 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
804 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
805 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
807 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
809 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
810 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
811 completely and assume the compiler has already done it, to save time
812 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
813 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
814 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
817 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
819 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
820 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
821 optimally, you have to enable extra passes.
823 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
824 The syntax is:
826 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
827         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
828         Immediate operands take their long forms if a short form is
829         not specified.
831 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
832         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
833         -O0, but will produce successful assembly more often if
834         branch offset sizes are not specified.
835         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
836         are optimized, unless the long form is specified.
838 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
839         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
840         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
841         The number specifies the maximum number of passes.  The more
842         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
844 \b \c{-Ox} where \c{x} is the actual letter \c{x}, indicates to NASM
845         to do unlimited passes.
847 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
848 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
851 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
853 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
854 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
856 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
858 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
859 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
860 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
861 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
862 Note that you lose the ability to override the default address type for
863 the instruction.
865 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
866 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
867 \c{include}, \c{local})
869 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
871 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
872 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
873 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
874 conditions are reported like errors, but come up with the word
875 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
876 generating an output file and returning a success status to the
877 operating system.
879 Some conditions are even less severe than that: they are only
880 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
881 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
882 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
883 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
884 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
885 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
887 The \i{suppressible warning} classes are:
889 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
890 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
891 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
892 you might want to disable it.
894 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
895 warning class is enabled by default.
897 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
898 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
899 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
900 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
902 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
903 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
904 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
905 enabled by default.
907 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
908 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
909 This warning class is enabled by default.
911 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
912 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
913 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
914 brackets) exists. 
917 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
919 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
920 and the date on which it was compiled.
922 You will need the version number if you report a bug.
924 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
926 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
927 debug info formats for the given output format. The default format 
928 is indicated by an asterisk. For example:
930 \c nasm -f elf -y
932 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
933 \c   ('*' denotes default):
934 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
935 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
938 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
940 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
941 (respectively) the given argument to all \c{global} or
942 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
943 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
944 (but not always) likes it.
947 \S{nasmenv} The \c{NASMENV} \i{Environment} Variable
949 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
950 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
951 processed before the real command line. You can use this to define
952 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
953 options in the \c{NASMENV} variable.
955 The value of the variable is split up at white space, so that the
956 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
957 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
958 what you might want, because it will be split at the space and the
959 NASM command-line processing will get confused by the two
960 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
962 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
963 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
964 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
965 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
966 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
967 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
969 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
970 changed with version 0.98.31.
973 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
975 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
976 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
977 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
978 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
979 skipping this section.
982 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
984 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
985 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
986 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
987 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
988 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
989 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
990 will distinguish between labels differing only in case.
993 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
995 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
996 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
997 practical, for the user to look at a single line of NASM code
998 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
999 if you declare, for example,
1001 \c foo     equ     1
1002 \c bar     dw      2
1004 then the two lines of code
1006 \c         mov     ax,foo
1007 \c         mov     ax,bar
1009 generate completely different opcodes, despite having
1010 identical-looking syntaxes.
1012 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1013 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1014 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1015 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1016 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1017 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1018 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1019 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1021 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1022 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1023 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1024 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1025 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1026 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1028 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1029 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1030 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1031 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1032 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1033 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1034 \e{everything} is a label.
1036 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1037 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1038 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1039 portion outside square brackets and another portion inside. The
1040 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1041 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1044 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1046 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1047 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1048 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1049 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1050 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1051 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1052 \c{mov word [var],2}.
1054 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1055 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1056 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1057 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1058 the strings being manipulated.
1061 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1063 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1064 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1065 choose to put in your segment registers, and will never
1066 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1069 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1071 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1072 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1073 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1074 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1075 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1076 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1077 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1078 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1079 track of which external variable definitions are far and which are
1080 near.
1083 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1085 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1086 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1087 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1088 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1090 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1091 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1092 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1093 on a misunderstanding by the authors.
1096 \S{qsother} Other Differences
1098 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1099 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1101 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1102 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1103 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1104 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1105 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1106 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1107 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1109 In addition to all of this, macros and directives work completely
1110 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1111 details.
1114 \C{lang} The NASM Language
1116 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1118 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1119 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1120 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1122 \c label:    instruction operands        ; comment
1124 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1125 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1126 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1127 presence and nature of the instruction field.
1129 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1130 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1131 backslash-ended line.
1133 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1134 have white space before them, or instructions may have no space
1135 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1136 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1137 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1138 valid source line which does nothing but define a label. Running
1139 NASM with the command-line option
1140 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1141 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1143 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1144 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1145 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1146 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1147 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1148 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1149 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1150 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1151 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1152 an identifier is 4095 characters.
1154 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1155 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1156 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1157 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1158 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1159 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1160 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1161 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1162 override}segment register as an instruction prefix: coding
1163 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1164 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1165 syntactic features of the language, but for instructions such as
1166 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1167 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1168 \c{es lodsb}.
1170 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1171 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1172 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1174 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1175 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1177 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1178 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1179 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1180 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1181 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1182 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1184 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1185 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1186 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1187 \# Details of
1188 \# all forms of each supported instruction are given in
1189 \# \k{iref}.
1190 For example, you can code:
1192 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1193 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1195 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1196 \c         fadd    to st1          ; so does this
1198 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1199 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1200 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1203 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1205 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1206 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1207 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1208 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1209 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1210 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1211 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1212 prefix.
1215 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1217 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1218 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1219 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1220 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1222 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1223 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1224 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1225 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1226 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1227 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1228 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1229 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1230 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1231 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1232 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1233 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1234 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1236 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1239 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1241 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1242 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1243 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1244 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1245 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1246 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1247 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1248 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1249 expression}: see \k{crit}.
1251 For example:
1253 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1254 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1255 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1256 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1258 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1260 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1261 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1262 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1263 directly into a game executable file. It can be called in one of
1264 these three ways:
1266 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1267 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1268 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1269 \c                                    ; actually include at most 512
1272 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1274 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1275 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1276 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1277 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1278 example,
1280 \c message         db      'hello, world'
1281 \c msglen          equ     $-message
1283 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1284 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1285 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1286 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1287 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1288 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1289 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1290 (\k{crit}).
1293 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1295 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1296 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1297 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1298 code
1300 \c zerobuf:        times 64 db 0
1302 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1303 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1304 \e{expression}, so you can do things like
1306 \c buffer: db      'hello, world'
1307 \c         times 64-$+buffer db ' '
1309 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1310 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1311 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1313 \c         times 100 movsb
1315 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1316 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1317 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1319 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1320 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1322 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1323 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1324 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1325 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1326 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1329 \H{effaddr} Effective Addresses
1331 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1332 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1333 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1334 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1335 example:
1337 \c wordvar dw      123
1338 \c         mov     ax,[wordvar]
1339 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1340 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1342 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1343 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1345 More complicated effective addresses, such as those involving more
1346 than one register, work in exactly the same way:
1348 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1349 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1351 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1352 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1353 all right:
1355 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1356 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1358 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1359 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1360 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1361 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1362 generate the latter on the grounds that the former requires four
1363 bytes to store a zero offset.
1365 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1366 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1367 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1368 default segment registers.
1370 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1371 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1372 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1373 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1374 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1375 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1376 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1377 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1378 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1379 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1380 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1382 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1383 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1384 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1385 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1386 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1387 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1388 the offset to be lost.
1390 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1391 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1392 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1393 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1394 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1395 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1397 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1398 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1399 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1400 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1403 \H{const} \i{Constants}
1405 NASM understands four different types of constant: numeric,
1406 character, string and floating-point.
1409 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1411 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1412 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1413 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1414 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1415 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1416 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1417 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1418 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1420 Some examples:
1422 \c         mov     ax,100          ; decimal
1423 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1424 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1425 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1426 \c         mov     ax,777q         ; octal
1427 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1428 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1431 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1433 A character constant consists of up to four characters enclosed in
1434 either single or double quotes. The type of quote makes no
1435 difference to NASM, except of course that surrounding the constant
1436 with single quotes allows double quotes to appear within it and vice
1437 versa.
1439 A character constant with more than one character will be arranged
1440 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1442 \c           mov eax,'abcd'
1444 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1445 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1446 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1447 the sense of character constants understood by the Pentium's
1448 \i\c{CPUID} instruction.
1449 \# (see \k{insCPUID})
1452 \S{strconst} String Constants
1454 String constants are only acceptable to some pseudo-instructions,
1455 namely the \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB}
1456 family and \i\c{INCBIN}.
1458 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1459 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1460 for the conditions. So the following are equivalent:
1462 \c       db    'hello'               ; string constant
1463 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1465 And the following are also equivalent:
1467 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1468 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1469 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1471 Note that when used as operands to the \c{DB} family
1472 pseudo-instructions, quoted strings are treated as a string constants
1473 even if they are short enough to be a character constant, because
1474 otherwise \c{db 'ab'} would have the same effect as \c{db 'a'}, which
1475 would be silly. Similarly, three-character or four-character constants
1476 are treated as strings when they are operands to \c{DW}, and so forth.
1479 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1481 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1482 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1483 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1484 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1485 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1486 \i\c{__float128h__}.
1488 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1489 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1490 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1491 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1492 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1493 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1494 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1495 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1496 notation.
1498 Some examples:
1500 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1501 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1502 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1503 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1504 \c       dq    1.e10                   ; 10,000,000,000
1505 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1506 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1507 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1508 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1510 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1511 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1512 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1513 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1514 called a "\i{minifloat}."
1516 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1517 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1518 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1519 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1520 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1521 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1522 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1523 floating-point number, respectively.
1525 For example:
1527 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1529 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1530 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1532 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1534 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1535 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1536 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1537 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1538 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1539 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1540 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1541 of floating-point routines, which would significantly increase the
1542 size of the assembler for very little benefit.
1544 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1545 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1546 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1547 respectively.  These are normally used as macros:
1549 \c %define Inf __Infinity__
1550 \c %define NaN __QNaN__
1552 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1554 \H{expr} \i{Expressions}
1556 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1557 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1558 appropriate size.
1560 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1561 calculations to involve the current assembly position: the
1562 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1563 position at the beginning of the line containing the expression; so
1564 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1565 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1566 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1568 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1569 increasing order of \i{precedence}.
1572 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1574 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1575 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1576 arithmetic operator supported by NASM.
1579 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1581 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1584 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1586 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1589 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1591 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1592 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1593 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1594 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1595 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1598 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1599 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1601 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1602 subtraction.
1605 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1606 \i{Multiplication} and \i{Division}
1608 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1609 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1610 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1611 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1612 \i{signed modulo} operators respectively.
1614 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1615 operation of the signed modulo operator.
1617 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1618 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1619 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1622 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1623 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1625 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1626 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1627 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1628 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1629 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1630 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1633 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1635 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1636 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1637 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1638 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1640 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1641 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1642 the symbol makes sense. So the code
1644 \c         mov     ax,seg symbol
1645 \c         mov     es,ax
1646 \c         mov     bx,symbol
1648 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1650 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1651 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1652 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1653 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1654 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1656 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1657 \c         mov     es,ax
1658 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1660 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1661 pointer to the symbol \c{symbol}.
1663 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1664 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1665 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1666 could code either of
1668 \c         call    (seg procedure):procedure
1669 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1671 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1672 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1673 practice.)
1675 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1676 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1677 to \c{CALL} in these examples.
1679 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1680 must code
1682 \c         dw      symbol, seg symbol
1684 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1685 invent one using the macro processor.
1688 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1690 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1691 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1692 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1693 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1694 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1695 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1696 in \c{BITS 16} mode,
1698 \c         push dword 33
1700 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1702 \c         push strict dword 33
1704 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1705 21 00 00 00}.
1707 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1708 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1711 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1713 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1714 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1715 called \e{Critical Expressions}.
1717 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1718 code and data, so that the second pass, when generating all the
1719 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1720 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1721 symbol declared after the code in question. For example,
1723 \c         times (label-$) db 0
1724 \c label:  db      'Where am I?'
1726 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1727 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1728 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1729 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1730 code
1732 \c         times (label-$+1) db 0
1733 \c label:  db      'NOW where am I?'
1735 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1736 wrong!
1738 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1739 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1740 value is required to be computable in the first pass, and which must
1741 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1742 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1743 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1744 also critical expressions.
1746 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1747 the following code.
1749 \c                 mov     ax,symbol1
1750 \c symbol1         equ     symbol2
1751 \c symbol2:
1753 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1754 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1755 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1756 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1757 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1758 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1759 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1761 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1762 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1763 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1765 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1766 this code fragment.
1768 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1769 \c offset  equ     10
1771 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1772 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1773 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1774 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1775 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1776 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1777 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1778 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1779 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1780 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1781 generated in this case is not as small as it could have been. This
1782 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1783 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1784 ebx+offset]}.
1786 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1787 no longer true (see \k{opt-On}).
1789 \H{locallab} \i{Local Labels}
1791 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1792 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1793 label, which means that it is associated with the previous non-local
1794 label. So, for example:
1796 \c label1  ; some code
1798 \c .loop
1799 \c         ; some more code
1801 \c         jne     .loop
1802 \c         ret
1804 \c label2  ; some code
1806 \c .loop
1807 \c         ; some more code
1809 \c         jne     .loop
1810 \c         ret
1812 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1813 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1814 are kept separate by virtue of each being associated with the
1815 previous non-local label.
1817 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1818 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1819 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1820 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1821 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1822 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1823 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1824 to, you could write
1826 \c label3  ; some more code
1827 \c         ; and some more
1829 \c         jmp label1.loop
1831 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1832 define a label which can be referenced from anywhere but which
1833 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1834 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1835 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1836 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1837 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1838 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1839 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1840 to the local label mechanism. So you could code
1842 \c label1:                         ; a non-local label
1843 \c .local:                         ; this is really label1.local
1844 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1845 \c label2:                         ; another non-local label
1846 \c .local:                         ; this is really label2.local
1848 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1850 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1851 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1852 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1855 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1857 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1858 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1859 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1860 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1861 sign.
1863 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1864 character into a single line.  Thus:
1866 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1867 \c         THIS_VALUE
1869 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1870 sequence.
1872 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1874 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1876 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1877 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1878 things like
1880 \c %define ctrl    0x1F &
1881 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1883 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1885 which will expand to
1887 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1889 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1890 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1891 not at definition time. Thus the code
1893 \c %define a(x)    1+b(x)
1894 \c %define b(x)    2*x
1896 \c         mov     ax,a(8)
1898 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1899 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1901 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1902 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1903 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1904 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1905 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1906 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1907 \c{bar}.
1909 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1910 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1911 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1912 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1913 Hence, if you code
1915 \c %define a(x)    1+a(x)
1917 \c         mov     ax,a(3)
1919 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1920 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1921 for an example of its use.
1923 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1924 macros: if you write
1926 \c %define foo(x)   1+x
1927 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1929 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1930 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1931 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1932 you define
1934 \c %define foo bar
1936 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1937 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1938 \e{with} parameters, and vice versa.
1940 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1941 perfectly well define a macro with
1943 \c %define foo bar
1945 and then re-define it later in the same source file with
1947 \c %define foo baz
1949 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1950 according to the most recent definition. This is particularly useful
1951 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1953 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1954 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1957 \S{xdefine} Enhancing %define: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
1959 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1960 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1961 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1962 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1963 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
1965 Suppose you have the following code:
1967 \c %define  isTrue  1
1968 \c %define  isFalse isTrue
1969 \c %define  isTrue  0
1971 \c val1:    db      isFalse
1973 \c %define  isTrue  1
1975 \c val2:    db      isFalse
1977 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1978 This is because, when a single-line macro is defined using
1979 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1980 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
1981 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
1982 time it is 1.
1984 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
1985 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
1986 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
1988 \c %xdefine isTrue  1
1989 \c %xdefine isFalse isTrue
1990 \c %xdefine isTrue  0
1992 \c val1:    db      isFalse
1994 \c %xdefine isTrue  1
1996 \c val2:    db      isFalse
1998 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
1999 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2000 the time that \c{isFalse} was defined.
2003 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2005 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2006 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2007 several similar macros that perform similar functions.
2009 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2010 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2012 As an example, consider the following:
2014 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2016 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2017 \c         .COM1addr       RESW    1
2018 \c         .COM2addr       RESW    1
2019 \c         ; ..and so on
2020 \c endstruc
2022 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2023 we can end up with:
2025 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2026 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2028 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2029 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2031 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2033 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2035 Now the above code can be written as:
2037 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2038 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2040 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2041 in turn, reduce typing errors).
2044 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2046 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2047 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2048 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2049 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2050 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2051 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2053 For example:
2055 \c %idefine Foo mov %?,%??
2057 \c         foo
2058 \c         FOO
2060 will expand to:
2062 \c         mov foo,Foo
2063 \c         mov FOO,Foo
2065 The sequence:
2067 \c %idefine keyword $%?
2069 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2070 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2072 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2074 \S{undef} Undefining macros: \i\c{%undef}
2076 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
2077 example, the following sequence:
2079 \c %define foo bar
2080 \c %undef  foo
2082 \c         mov     eax, foo
2084 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2085 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2087 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2088 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2089 \k{opt-u}.
2092 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2094 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2095 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2096 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2097 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2099 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2100 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2101 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2102 \c{%assign} directive is processed.
2104 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2105 later, so you can do things like
2107 \c %assign i i+1
2109 to increment the numeric value of a macro.
2111 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2112 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2113 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2115 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2116 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2117 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2118 involving a register).
2121 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
2123 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2124 supports two simple string handling macro operators from which
2125 more complex operations can be constructed.
2128 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2130 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
2131 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
2132 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
2133 example of the use of this would be:
2135 \c %strlen charcnt 'my string'
2137 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2138 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2139 was a literal string but it could also have been a single-line
2140 macro that expands to a string, as in the following example:
2142 \c %define sometext 'my string'
2143 \c %strlen charcnt sometext
2145 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2146 assigned the value of 9.
2149 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
2151 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
2152 An example of its use is probably more useful than the description:
2154 \c %substr mychar  'xyz' 1         ; equivalent to %define mychar 'x'
2155 \c %substr mychar  'xyz' 2         ; equivalent to %define mychar 'y'
2156 \c %substr mychar  'xyz' 3         ; equivalent to %define mychar 'z'
2158 In this example, mychar gets the value of 'y'. As with \c{%strlen}
2159 (see \k{strlen}), the first parameter is the single-line macro to
2160 be created and the second is the string. The third parameter
2161 specifies which character is to be selected. Note that the first
2162 index is 1, not 0 and the last index is equal to the value that
2163 \c{%strlen} would assign given the same string. Index values out
2164 of range result in an empty string.
2167 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2169 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2170 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2171 this.
2173 \c %macro  prologue 1
2175 \c         push    ebp
2176 \c         mov     ebp,esp
2177 \c         sub     esp,%1
2179 \c %endmacro
2181 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2182 invoke the macro with a call such as
2184 \c myfunc:   prologue 12
2186 which would expand to the three lines of code
2188 \c myfunc: push    ebp
2189 \c         mov     ebp,esp
2190 \c         sub     esp,12
2192 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2193 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2194 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2195 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2196 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2197 \c{%3} and so on.
2199 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2200 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2202 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2203 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2204 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2205 things like
2207 \c %macro  silly 2
2209 \c     %2: db      %1
2211 \c %endmacro
2213 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2214 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2215 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2218 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2220 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2221 defining the same macro name several times with different numbers of
2222 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2223 parameters at all. So you could define
2225 \c %macro  prologue 0
2227 \c         push    ebp
2228 \c         mov     ebp,esp
2230 \c %endmacro
2232 to define an alternative form of the function prologue which
2233 allocates no local stack space.
2235 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2236 instruction; for example, you might want to define
2238 \c %macro  push 2
2240 \c         push    %1
2241 \c         push    %2
2243 \c %endmacro
2245 so that you could code
2247 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2248 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2250 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2251 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2252 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2253 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2254 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2255 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2258 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2260 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2261 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2262 calling the same macro multiple times will use a different label
2263 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2264 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2265 flag is set by doing this:
2267 \c %macro  retz 0
2269 \c         jnz     %%skip
2270 \c         ret
2271 \c     %%skip:
2273 \c %endmacro
2275 You can call this macro as many times as you want, and every time
2276 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2277 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2278 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2279 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2280 interfering with the local label mechanism, as described in
2281 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2282 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2283 they interfere with macro-local labels.
2286 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2288 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2289 command line into one parameter definition, possibly after
2290 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2291 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2292 you might want to be able to write
2294 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2296 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2297 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2298 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2299 the last defined one along with the separating commas. So if you
2300 code:
2302 \c %macro  writefile 2+
2304 \c         jmp     %%endstr
2305 \c   %%str:        db      %2
2306 \c   %%endstr:
2307 \c         mov     dx,%%str
2308 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2309 \c         mov     bx,%1
2310 \c         mov     ah,0x40
2311 \c         int     0x21
2313 \c %endmacro
2315 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2316 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2317 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2318 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2319 \c{db}.
2321 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2322 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2323 \c{%macro} line.
2325 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2326 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2327 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2328 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2329 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2330 into account when overloading macros, and will not allow you to
2331 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2332 example).
2334 Of course, the above macro could have been implemented as a
2335 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2336 look like
2338 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2340 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2341 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2342 definition.
2344 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2347 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2349 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2350 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2351 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2353 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2355 \c         writefile 2,%1
2356 \c         mov     ax,0x4c01
2357 \c         int     0x21
2359 \c %endmacro
2361 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2362 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2363 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2364 called with no parameters, in which case it will use the default
2365 error message supplied in the macro definition.
2367 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2368 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2369 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2370 optional ones. So if a macro definition began with the line
2372 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2374 then it could be called with between one and three parameters, and
2375 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2376 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2377 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2379 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2380 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2381 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2382 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2383 parameters were really passed to the macro call.
2385 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2386 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2387 and more useful, by changing the first line of the definition to
2389 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2391 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2392 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2393 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2396 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2398 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2399 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2400 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2401 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2402 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2405 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2407 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2408 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2409 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2410 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2411 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2412 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2414 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2415 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2416 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2417 argument list reappear on the right, and vice versa.
2419 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2420 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2421 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2422 parameters are rotated to the right.
2424 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2425 restore a set of registers might work as follows:
2427 \c %macro  multipush 1-*
2429 \c   %rep  %0
2430 \c         push    %1
2431 \c   %rotate 1
2432 \c   %endrep
2434 \c %endmacro
2436 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2437 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2438 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2439 one place to the left, so that the original second argument is now
2440 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2441 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2442 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2444 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2445 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2446 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2448 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2449 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2450 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2451 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2452 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2453 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2454 order from the one in which they were pushed.
2456 This can be done by the following definition:
2458 \c %macro  multipop 1-*
2460 \c   %rep %0
2461 \c   %rotate -1
2462 \c         pop     %1
2463 \c   %endrep
2465 \c %endmacro
2467 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2468 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2469 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2470 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2471 iterated through in reverse order.
2474 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2476 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2477 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2478 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2479 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2480 something like
2482 \c %macro keytab_entry 2
2484 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2485 \c                 db      %2
2487 \c %endmacro
2489 \c keytab:
2490 \c           keytab_entry F1,128+1
2491 \c           keytab_entry F2,128+2
2492 \c           keytab_entry Return,13
2494 which would expand to
2496 \c keytab:
2497 \c keyposF1        equ     $-keytab
2498 \c                 db     128+1
2499 \c keyposF2        equ     $-keytab
2500 \c                 db      128+2
2501 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2502 \c                 db      13
2504 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2505 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2507 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2508 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2509 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2510 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2511 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2512 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2513 (literal text to be concatenated to the parameter).
2515 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2516 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2517 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2518 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2519 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2520 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2521 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2522 real names of macro-local labels means that the two usages
2523 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2524 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2527 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2529 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2530 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2531 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2532 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2533 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2534 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2535 condition code.
2537 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2538 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2539 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2540 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2542 \c %macro  retc 1
2544 \c         j%-1    %%skip
2545 \c         ret
2546 \c   %%skip:
2548 \c %endmacro
2550 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2551 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2552 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2553 \c{JPE}.
2555 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2556 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2557 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2558 because no inverse condition code exists.
2561 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2563 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2564 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2565 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2566 see which instructions in the macro expansion are generating what
2567 code; however, for some macros this clutters the listing up
2568 unnecessarily.
2570 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2571 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2572 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2573 the number of parameters, like this:
2575 \c %macro foo 1.nolist
2577 Or like this:
2579 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2581 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2583 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2584 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2585 syntax of this feature looks like this:
2587 \c %if<condition>
2588 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2589 \c %elif<condition2>
2590 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2591 \c %else
2592 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2593 \c %endif
2595 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2597 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2598 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2601 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2602 single-line macro existence}
2604 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2605 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2606 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2607 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2609 For example, when debugging a program, you might want to write code
2610 such as
2612 \c           ; perform some function
2613 \c %ifdef DEBUG
2614 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2615 \c %endif
2616 \c           ; go and do something else
2618 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2619 version of the program which produced debugging messages, and remove
2620 the option to generate the final release version of the program.
2622 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2623 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2624 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2625 \i\c{%elifndef}.
2628 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2629 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2631 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2632 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2634 For example, you may be working with a large project and not have control
2635 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2636 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2637 does exist.
2639 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2640 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2642 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2644 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2646 \c %else
2648 \c      %macro MyMacro 1-3
2650 \c              ; insert code to define the macro
2652 \c      %endmacro
2654 \c %endif
2656 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2657 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2658 conflict.
2660 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2661 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2662 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2665 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2666 stack}
2668 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2669 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2670 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2671 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2672 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2674 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2675 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2678 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2679 arbitrary numeric expressions}
2681 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2682 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2683 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2684 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2685 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2687 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2688 a critical expression (see \k{crit}).
2690 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2691 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2692 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2693 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2694 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2695 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2696 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2697 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2698 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2699 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2700 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2701 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2702 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2703 for true and 0 for false.
2705 Like most other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2706 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2708 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2709 Identity\I{testing, exact text identity}
2711 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2712 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2713 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2714 Differences in white space are not counted.
2716 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2718 For example, the following macro pushes a register or number on the
2719 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2721 \c %macro  pushparam 1
2723 \c   %ifidni %1,ip
2724 \c         call    %%label
2725 \c   %%label:
2726 \c   %else
2727 \c         push    %1
2728 \c   %endif
2730 \c %endmacro
2732 Like most other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2733 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2734 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2735 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2737 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2738 Types\I{testing, token types}
2740 Some macros will want to perform different tasks depending on
2741 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2742 example, a string output macro might want to be able to cope with
2743 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2744 string.
2746 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2747 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2748 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2749 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2750 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2752 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2753 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2755 \c %macro writefile 2-3+
2757 \c   %ifstr %2
2758 \c         jmp     %%endstr
2759 \c     %if %0 = 3
2760 \c       %%str:    db      %2,%3
2761 \c     %else
2762 \c       %%str:    db      %2
2763 \c     %endif
2764 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2765 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2766 \c   %else
2767 \c                 mov     dx,%2
2768 \c                 mov     cx,%3
2769 \c   %endif
2770 \c                 mov     bx,%1
2771 \c                 mov     ah,0x40
2772 \c                 int     0x21
2774 \c %endmacro
2776 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2777 the following two ways:
2779 \c         writefile [file], strpointer, length
2780 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2782 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2783 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2784 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2785 it itself and works out the address and length for itself.
2787 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2788 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2789 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2790 which case, all but the first two would be lumped together into
2791 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2793 \I\c{%ifnid}\I\c{%elifid}\I\c{%elifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%elifnum}
2794 \I\c{%elifnnum}\I\c{%ifnstr}\I\c{%elifstr}\I\c{%elifnstr}
2795 The usual \c{%elifXXX}, \c{%ifnXXX} and \c{%elifnXXX} versions exist
2796 for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2798 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test For A Single Token
2800 Some macros will want to do different things depending on if it is
2801 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2802 versus a multi-token sequence.
2804 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
2805 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
2806 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
2808 For example, \c{1} will assemble the subsequent code, but \c{-1} will
2809 not (\c{-} being an operator.)
2811 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
2812 variants are also provided.
2814 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test For Empty Expansion
2816 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
2817 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
2818 any tokens at all, whitespace excepted.
2820 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
2821 variants are also provided.
2823 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2825 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2826 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2827 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2828 the right macros by means of code like this:
2830 \c %ifdef SOME_MACRO
2831 \c     ; do some setup
2832 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2833 \c     ; do some different setup
2834 \c %else
2835 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2836 \c %endif
2838 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2839 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2840 having to wait until the program crashes on being run and then not
2841 knowing what went wrong.
2844 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2846 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2847 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2848 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2849 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2851 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2852 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2853 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2854 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2856 \c %assign i 0
2857 \c %rep    64
2858 \c         inc     word [table+2*i]
2859 \c %assign i i+1
2860 \c %endrep
2862 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2863 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2864 \c{[table+126]}.
2866 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2867 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2868 terminate the loop, like this:
2870 \c fibonacci:
2871 \c %assign i 0
2872 \c %assign j 1
2873 \c %rep 100
2874 \c %if j > 65535
2875 \c     %exitrep
2876 \c %endif
2877 \c         dw j
2878 \c %assign k j+i
2879 \c %assign i j
2880 \c %assign j k
2881 \c %endrep
2883 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2885 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2886 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2887 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2888 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2889 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2890 be gradually used up and other applications to start crashing.
2893 \H{include} \i{Including Other Files}
2895 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2896 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2897 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2899 \c %include "macros.mac"
2901 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2902 file containing the \c{%include} directive.
2904 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2905 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2906 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2907 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2908 line using the \c{-i} option.
2910 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2911 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2912 the form
2914 \c %ifndef MACROS_MAC
2915 \c     %define MACROS_MAC
2916 \c     ; now define some macros
2917 \c %endif
2919 then including the file more than once will not cause errors,
2920 because the second time the file is included nothing will happen
2921 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2923 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2924 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2925 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2928 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
2930 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
2931 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
2932 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
2933 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
2934 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
2935 had defined. However, for such a macro you would also want to be
2936 able to nest these loops.
2938 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
2939 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
2940 characterized by a name. You add a new context to the stack using
2941 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
2942 define labels that are local to a particular context on the stack.
2945 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
2946 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
2948 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
2949 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
2950 which is the name of the context. For example:
2952 \c %push    foobar
2954 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
2955 have several contexts on the stack with the same name: they can
2956 still be distinguished.
2958 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
2959 context from the context stack and destroys it, along with any
2960 labels associated with it.
2963 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
2965 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
2966 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
2967 is used to define a label which is local to the context on the top
2968 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
2969 above could be implemented by means of:
2971 \c %macro repeat 0
2973 \c     %push   repeat
2974 \c     %$begin:
2976 \c %endmacro
2978 \c %macro until 1
2980 \c         j%-1    %$begin
2981 \c     %pop
2983 \c %endmacro
2985 and invoked by means of, for example,
2987 \c         mov     cx,string
2988 \c         repeat
2989 \c         add     cx,3
2990 \c         scasb
2991 \c         until   e
2993 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
2994 in \c{AL}.
2996 If you need to define, or access, labels local to the context
2997 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
2998 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3001 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3003 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3004 a particular context, in just the same way:
3006 \c %define %$localmac 3
3008 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3009 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3010 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3013 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3015 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3016 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3017 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3018 have the side effect of destroying all context-local labels and
3019 macros associated with the context that was just popped.
3021 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3022 with a different name, without touching the associated macros and
3023 labels. So you could replace the destructive code
3025 \c %pop
3026 \c %push   newname
3028 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3031 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3033 This example makes use of almost all the context-stack features,
3034 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3035 implement a block IF statement as a set of macros.
3037 \c %macro if 1
3039 \c     %push if
3040 \c     j%-1  %$ifnot
3042 \c %endmacro
3044 \c %macro else 0
3046 \c   %ifctx if
3047 \c         %repl   else
3048 \c         jmp     %$ifend
3049 \c         %$ifnot:
3050 \c   %else
3051 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3052 \c   %endif
3054 \c %endmacro
3056 \c %macro endif 0
3058 \c   %ifctx if
3059 \c         %$ifnot:
3060 \c         %pop
3061 \c   %elifctx      else
3062 \c         %$ifend:
3063 \c         %pop
3064 \c   %else
3065 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3066 \c   %endif
3068 \c %endmacro
3070 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3071 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3072 that the macros are issued in the right order (for example, not
3073 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3074 not.
3076 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3077 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3078 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3079 to do different things depending on whether the context on top of
3080 the stack is \c{if} or \c{else}.
3082 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3083 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3084 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3085 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3086 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3088 A sample usage of these macros might look like:
3090 \c         cmp     ax,bx
3092 \c         if ae
3093 \c                cmp     bx,cx
3095 \c                if ae
3096 \c                        mov     ax,cx
3097 \c                else
3098 \c                        mov     ax,bx
3099 \c                endif
3101 \c         else
3102 \c                cmp     ax,cx
3104 \c                if ae
3105 \c                        mov     ax,cx
3106 \c                endif
3108 \c         endif
3110 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3111 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3112 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3113 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3116 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3118 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3119 when it starts to process any source file. If you really need a
3120 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3121 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3122 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3124 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3125 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3126 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3127 described here.
3130 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3131 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
3133 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3134 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3135 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3136 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3137 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3138 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3139 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3142 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3144 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3145 representing the full version number of the version of nasm being used.
3146 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3147 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3148 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3149 would be equivalent to:
3151 \c         dd      0x00622001
3155 \c         db      1,32,98,0
3157 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3158 line is used just to give an indication of the order that the separate
3159 values will be present in memory.
3162 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3164 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3165 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3167 \c         db      __NASM_VER__
3169 would expand to
3171 \c         db      "0.98.32"
3174 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3176 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3177 name and line number containing the current instruction. The macro
3178 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3179 current input file (which may change through the course of assembly
3180 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3181 numeric constant giving the current line number in the input file.
3183 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3184 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3185 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3186 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3187 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3188 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3189 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3190 here'. You could then write a macro
3192 \c %macro  notdeadyet 0
3194 \c         push    eax
3195 \c         mov     eax,__LINE__
3196 \c         call    stillhere
3197 \c         pop     eax
3199 \c %endmacro
3201 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3202 find the crash point.
3204 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3206 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3207 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3208 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3209 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3210 mode-dependent macros.
3212 \S{datetime} \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__}: Assembly date and time
3214 The \c{__DATE__} and \c{__TIME__} macros give the assembly date and
3215 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3216 respectively.)
3218 All instances of time and date macros in the same assembly session
3219 produce consistent output.
3221 \S{datetimenum} \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__}: Numeric
3222 assembly date and time
3224 The \c{__DATE_NUM__} and \c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3225 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3226 \c{HHMMSS} respectively.
3228 All instances of time and date macros in the same assembly session
3229 produce consistent output.
3231 \S{utcdatetime} \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__}: Assembly UTC date and time
3233 The \c{__DATE__} and \c{__TIME__} macros give the assembly date and
3234 time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3235 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the
3236 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3237 undefined.
3239 All instances of time and date macros in the same assembly session
3240 produce consistent output.
3242 \S{utcdatetimenum} \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__}: Numeric
3243 assembly UTC date and time
3245 The \c{__UTC_DATE_NUM__} and \c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3246 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3247 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3248 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3249 undefined.
3251 All instances of time and date macros in the same assembly session
3252 produce consistent output.
3254 \S{posixtime} \i\c{__POSIX_TIME__}: POSIX time constant
3256 The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3257 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3258 excluding any leap seconds.
3260 This is computed using UTC time if available on the host platform,
3261 otherwise it is computed using the local time as if it was UTC.
3263 All instances of time and date macros in the same assembly session
3264 produce consistent output.
3266 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3268 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3269 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3270 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3271 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3273 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3274 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3275 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3276 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3277 issued, you are defining the structure, and should define fields
3278 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3279 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3281 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3282 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3284 \c struc   mytype
3286 \c   mt_long:      resd    1
3287 \c   mt_word:      resw    1
3288 \c   mt_byte:      resb    1
3289 \c   mt_str:       resb    32
3291 \c endstruc
3293 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3294 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3295 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3296 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3298 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3299 effect of allowing structures to work with the local label
3300 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3301 more than one structure, you can define the above structure like this:
3303 \c struc mytype
3305 \c   .long:        resd    1
3306 \c   .word:        resw    1
3307 \c   .byte:        resb    1
3308 \c   .str:         resb    32
3310 \c endstruc
3312 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3313 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3315 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3316 support any form of period notation to refer to the elements of a
3317 structure once you have one (except the above local-label notation),
3318 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3319 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3320 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3321 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3324 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3325 \i{Instances of Structures}
3327 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3328 to do is to declare instances of that structure in your data
3329 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3330 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3331 you code something like this:
3333 \c mystruc:
3334 \c     istruc mytype
3336 \c         at mt_long, dd      123456
3337 \c         at mt_word, dw      1024
3338 \c         at mt_byte, db      'x'
3339 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3341 \c     iend
3343 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3344 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3345 specified structure field, and then to declare the specified data.
3346 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3347 they were specified in the structure definition.
3349 If the data to go in a structure field requires more than one source
3350 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3351 the \c{AT} line. For example:
3353 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3354 \c                     db      190,100,0
3356 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3357 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3358 line:
3360 \c         at mt_str
3361 \c                 db      'hello, world'
3362 \c                 db      13,10,0
3365 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3367 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3368 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3369 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3370 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3372 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3373 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3374 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3375 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3376 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3378 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3379 both compute the number of additional bytes required to bring the
3380 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3381 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3382 perform the alignment.
3384 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3385 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3386 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3387 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3388 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3389 except for special purposes.
3391 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3392 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3393 power of two, or if their second argument generates more than one
3394 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3395 thing.
3397 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3398 be used within structure definitions:
3400 \c struc mytype2
3402 \c   mt_byte:
3403 \c         resb 1
3404 \c         alignb 2
3405 \c   mt_word:
3406 \c         resw 1
3407 \c         alignb 4
3408 \c   mt_long:
3409 \c         resd 1
3410 \c   mt_str:
3411 \c         resb 32
3413 \c endstruc
3415 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3416 relative to the base of the structure.
3418 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3419 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3420 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3421 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3422 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3423 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3424 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3427 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3429 The following preprocessor directives provide a way to use
3430 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3432 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3434 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3436 \b\c{%local}  (see \k{local})
3439 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3441 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3442 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3443 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3445 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3446 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3447 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3448 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3450 \c some_function:
3452 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3453 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3454 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3456 \c         mov     ax,[i]
3457 \c         mov     bx,[j_ptr]
3458 \c         add     ax,[bx]
3459 \c         ret
3461 \c     %pop                       ; restore original context
3463 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3464 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3465 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3466 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3469 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3471 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3472 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3473 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3474 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3475 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3477 \c %stacksize flat
3479 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3480 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3481 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3483 \c %stacksize flat64
3485 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3486 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3487 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3489 \c %stacksize large
3491 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3492 assumes that a far form of call was used to get to this address
3493 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3495 \c %stacksize small
3497 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3498 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3499 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3500 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3501 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3502 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3503 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3504 (see \k{local}).
3507 \S{local} \i\c{%local} Directive
3509 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3510 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3511 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3512 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3513 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3514 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3515 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3516 instruction.
3517 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3518 An example of its use is the following:
3520 \c silly_swap:
3522 \c     %push mycontext             ; save the current context
3523 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3524 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3525 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3527 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3528 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3529 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3530 \c         mov     ax,bx
3531 \c         mov     dx,cx
3532 \c         mov     bx,[old_ax]
3533 \c         mov     cx,[old_dx]
3534 \c         leave                   ; restore old bp
3535 \c         ret                     ;
3537 \c     %pop                        ; restore original context
3539 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3540 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3541 current context before the \c{%local} directive may be used.
3542 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3543 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3544 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3545 as shown in the example.
3547 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3549 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3550 information from external sources. Currently they include:
3552 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3553 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3555 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3556 C language preprocessor (see \k{line}).
3558 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3559 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3561 \S{line} \i\c{%line} Directive
3563 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3564 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3565 this other file would be an original source file, with the current
3566 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3567 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3568 number of the original source file, instead of the file that is being
3569 read by NASM.
3571 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3572 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3573 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3575 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3577 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3578 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3579 which specifies a line increment value; each line of the input file
3580 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3581 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3582 specifies the file name of the original source file.
3584 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3585 all file name and line numbers relative to the values specified
3586 therein.
3589 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3591 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3592 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3593 to store the contents of an environment variable into a string, which
3594 could be used at some other point in your code.
3596 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3597 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3598 could do that as follows:
3600 \c %define FOO    %!FOO
3601 \c %define quote   '
3603 \c tmpstr  db      quote FOO quote
3605 At the time of writing, this will generate an "unterminated string"
3606 warning at the time of defining "quote", and it will add a space
3607 before and after the string that is read in. I was unable to find
3608 a simple workaround (although a workaround can be created using a
3609 multi-line macro), so I believe that you will need to either learn how
3610 to create more complex macros, or allow for the extra spaces if you
3611 make use of this feature in that way.
3614 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3616 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3617 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3618 directives. These are described in this chapter.
3620 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3621 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3622 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3623 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3624 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3625 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3627 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3628 directives are not.
3630 In addition to the universal directives described in this chapter,
3631 each object file format can optionally supply extra directives in
3632 order to control particular features of that file format. These
3633 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3634 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3637 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3639 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3640 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3641 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3642 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3644 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3645 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3646 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3647 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3648 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3649 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3650 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3651 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3653 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3654 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3655 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3656 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3657 device drivers and boot loader software.
3659 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3660 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3661 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3662 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3664 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3665 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3666 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3667 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3668 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3669 need an 0x67.
3671 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3672 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3673 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3675 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3676 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3677 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3678 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3679 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3680 necessary.
3682 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3683 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3684 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3685 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3686 REX prefix is used.
3688 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3689 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3690 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3692 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3694 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3696 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3697 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3700 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3702 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3703 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3704 specify most features directly.  However, this is occationally
3705 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3706 to use.
3708 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3709 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3710 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3711 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3712 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3713 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3715 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3716 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3717 other special functions in 64-bit mode, and generating
3718 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3720 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3722 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3723 Sections}
3725 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3726 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3727 which section of the output file the code you write will be
3728 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3729 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3730 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3731 define a new section, if you try to switch to a section that does
3732 not (yet) exist.
3734 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3735 \k{multisec}, all support
3736 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3737 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3738 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3739 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3740 name that has one.
3743 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3745 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3746 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3747 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3748 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3749 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3750 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3751 it. So the user-level directive
3753 \c         SECTION .text
3755 expands to the two lines
3757 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3758 \c         [SECTION .text]
3760 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3761 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3762 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3764 \c %macro  writefile 2+
3766 \c         [section .data]
3768 \c   %%str:        db      %2
3769 \c   %%endstr:
3771 \c         __SECT__
3773 \c         mov     dx,%%str
3774 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3775 \c         mov     bx,%1
3776 \c         mov     ah,0x40
3777 \c         int     0x21
3779 \c %endmacro
3781 This form of the macro, once passed a string to output, first
3782 switches temporarily to the data section of the file, using the
3783 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3784 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3785 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3786 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3787 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3788 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3789 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3790 code in any of several separate code sections.
3793 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3795 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3796 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3797 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3798 given absolute address. The only instructions you can use in this
3799 mode are the \c{RESB} family.
3801 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3803 \c absolute 0x1A
3805 \c     kbuf_chr    resw    1
3806 \c     kbuf_free   resw    1
3807 \c     kbuf        resw    16
3809 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3810 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3811 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3813 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3814 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3816 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3817 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3819 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3820 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3821 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3822 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3824 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3826 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3828 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3829 \c setup:
3830 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3832 \c absolute setup
3834 \c runtimevar1     resw    1
3835 \c runtimevar2     resd    20
3837 \c tsr_end:
3839 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3840 after the setup has finished running, the space it took up can be
3841 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3842 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3843 needs to be made resident.
3846 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3848 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3849 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3850 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3851 defined in some other module and needs to be referred to by this
3852 one. Not every object-file format can support external variables:
3853 the \c{bin} format cannot.
3855 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3856 argument is the name of a symbol:
3858 \c extern  _printf
3859 \c extern  _sscanf,_fscanf
3861 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3862 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3863 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3864 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3865 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3866 by means of the directive
3868 \c extern  _variable:wrt dgroup
3870 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3871 only in that it can take only one argument at a time: the support
3872 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3874 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3875 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3876 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3879 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3881 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3882 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3883 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3884 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3885 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3887 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3888 the definition of the symbol.
3890 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3891 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3892 \c{GLOBAL} directive. For example:
3894 \c global _main
3895 \c _main:
3896 \c         ; some code
3898 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3899 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3900 example, lets you specify whether global data items are functions or
3901 data:
3903 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3905 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3906 user-level form only in that it can take only one argument at a
3907 time.
3910 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
3912 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
3913 A common variable is much like a global variable declared in the
3914 uninitialized data section, so that
3916 \c common  intvar  4
3918 is similar in function to
3920 \c global  intvar
3921 \c section .bss
3923 \c intvar  resd    1
3925 The difference is that if more than one module defines the same
3926 common variable, then at link time those variables will be
3927 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
3928 at the same piece of memory.
3930 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
3931 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
3932 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
3933 specify the alignment requirements of a common variable:
3935 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
3936 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
3938 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
3939 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
3940 only one argument at a time.
3943 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
3945 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
3946 are available on the specified CPU.
3948 Options are:
3950 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
3952 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
3954 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
3956 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
3958 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
3960 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
3962 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
3964 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
3966 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
3968 \b\c{CPU P2}            Same as 686
3970 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
3972 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
3974 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
3976 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
3978 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
3980 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
3982 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
3984 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
3985 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
3986 instructions are available.
3989 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
3991 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
3992 denormals are supported.  The following options can be set to alter
3993 this behaviour:
3995 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
3997 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
3999 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4001 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4003 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4005 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4007 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4009 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4010 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4011 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4013 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4014 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4017 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4019 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4020 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4021 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4022 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4023 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4024 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4026 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4027 output file based on the input file name and the chosen output
4028 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4029 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4030 name, and substituting an extension defined by the output format.
4031 The extensions are given with each format below.
4034 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4036 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4037 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4038 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4039 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4040 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4041 development.
4043 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4044 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4046 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4047 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4048 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4049 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4051 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4052 leaves your file name as it is once the original extension has been
4053 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4054 into a binary file called \c{binprog}.
4057 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4059 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4060 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4061 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4062 the program begins at when it is loaded into memory.
4064 For example, the following code will generate the longword
4065 \c{0x00000104}:
4067 \c         org     0x100
4068 \c         dd      label
4069 \c label:
4071 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4072 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4073 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4074 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4075 offset which is added to all internal address references within the
4076 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4077 does. See \k{proborg} for further comments.
4080 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4081 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4083 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4084 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4085 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4086 end of the section-definition line. For example,
4088 \c section .data   align=16
4090 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4091 aligned on a 16-byte boundary.
4093 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4094 section start address must be forced to zero. The alignment value
4095 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4096 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4099 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4101 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
4102 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4104 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
4105 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
4106 of course).
4108 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
4109 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
4110 \i\c{start=}.
4112 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
4113 for the calculation of all memory references within that section 
4114 with \i\c{vstart=}.
4116 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
4117 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
4118 start address.
4120 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
4121 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
4122 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4124 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4125 is directed by default into the \c{.text} section.
4127 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
4128 by default.
4130 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
4131 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
4132 has been specified.
4134 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
4135 alignment has been specified.
4137 \b Sections may not overlap.
4139 \b Nasm creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
4140 which may be used in your code.
4142 \S{map}\i{Map files}
4144 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
4145 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
4146 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
4147 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4148 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4149 brackets must be used.
4152 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4154 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4155 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4156 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4157 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4159 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4161 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4162 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4163 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4164 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4165 file format.
4167 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4168 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4169 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4171 If your source file contains code before specifying an explicit
4172 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4173 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4175 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4176 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4177 address of the segment. So, for example:
4179 \c segment data
4181 \c dvar:   dw      1234
4183 \c segment code
4185 \c function:
4186 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4187 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4188 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4189 \c         ret
4191 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4192 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4193 like
4195 \c extern  foo
4197 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4198 \c       mov   ds,ax
4199 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4200 \c       mov   es,ax
4201 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4202 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4205 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4206 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4208 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4209 directive to allow you to specify various properties of the segment
4210 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4211 end of the segment-definition line. For example,
4213 \c segment code private align=16
4215 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4216 segment, and requires that the portion of it described in this code
4217 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4219 The available qualifiers are:
4221 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4222 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4223 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4224 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4225 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4226 than stuck end-to-end.
4228 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4229 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4230 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4231 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4232 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4233 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4234 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4235 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4236 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4238 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4239 indicates to the linker that segments of the same class should be
4240 placed near each other in the output file. The class name can be any
4241 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4243 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4244 as an argument, and provides overlay information to an
4245 overlay-capable linker.
4247 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4248 the effect of recording the choice in the object file and also
4249 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4250 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4252 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4253 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4254 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4255 defines the group if it is not already defined.
4257 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4258 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4259 are currently known to make sensible use of this feature;
4260 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4261 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4262 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4264 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4265 class, no overlay, and \c{USE16}.
4268 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4270 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4271 single segment register can be used to refer to all the segments in
4272 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4273 you can code
4275 \c segment data
4277 \c         ; some data
4279 \c segment bss
4281 \c         ; some uninitialized data
4283 \c group dgroup data bss
4285 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4286 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4287 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4288 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4289 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4290 segment register.
4292 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4293 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4294 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4295 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4296 base rather than the segment base.
4298 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4299 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4300 segment which is part of more than one group will default to being
4301 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4303 A group does not have to contain any segments; you can still make
4304 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4305 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4306 \c{FLAT} with no segments in it.
4309 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4311 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4312 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4313 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4314 segment, group and symbol names that are written to the object file
4315 to be forced to upper case just before being written. Within a
4316 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4317 be written entirely in upper case if desired.
4319 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4322 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4323 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4325 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4326 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4327 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4328 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4330 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4331 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4332 wish to import and the name of the library you wish to import it
4333 from. For example:
4335 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4337 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4338 known in the library you are importing it from, in case this is not
4339 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4340 once you have imported it. For example:
4342 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4345 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4346 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4348 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4349 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4350 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4351 using the \c{EXPORT} directive.
4353 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4354 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4355 optional second parameter (separated by white space from the first)
4356 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4357 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4358 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4359 off.
4361 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4362 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4363 space. If further parameters are given, the external name must also
4364 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4365 available attributes are:
4367 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4368 resident by the system loader. This is an optimisation for
4369 frequently used symbols imported by name.
4371 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4372 does not make use of any initialized data.
4374 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4375 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4376 between 32-bit and 16-bit segments.
4378 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4379 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4380 the desired number.
4382 For example:
4384 \c     export  myfunc
4385 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4386 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4387 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4390 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4391 Point}
4393 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4394 define the program entry point, where execution will begin when the
4395 program is run. If the object file that defines the entry point is
4396 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4397 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4398 begin.
4401 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4402 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4404 If you declare an external symbol with the directive
4406 \c     extern  foo
4408 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4409 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4410 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4411 \c{foo} you will usually need to do something like
4413 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4414 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4415 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4417 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4418 is going to be accessible from a given segment or group, say
4419 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4420 simply code
4422 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4424 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4425 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4426 alternative form
4428 \c     extern  foo:wrt dgroup
4430 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4431 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4432 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4433 \c{foo wrt dgroup}.
4435 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4436 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4437 your program. It can also be applied to common variables: see
4438 \k{objcommon}.
4441 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4442 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4444 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4445 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4446 specify which your variables should be by the use of the syntax
4448 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4449 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4451 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4452 OMF specification says that they are declared as a number of
4453 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4454 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4455 five-byte elements or one ten-byte element.
4457 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4458 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4459 the variable size, to match when resolving common variables declared
4460 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4461 the element size on your far common variables. This is done by the
4462 following syntax:
4464 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4465 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4467 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4468 keyword is not required when an element size is specified, since
4469 only far commons may have element sizes at all. So the above
4470 declarations could equivalently be
4472 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4473 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4475 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4476 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4477 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4479 \c common  foo     10:wrt dgroup
4480 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4481 \c common  baz     24:wrt data:6
4484 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4486 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4487 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4488 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4489 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4491 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4493 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4494 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4495 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4496 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4497 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4498 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4499 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4500 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4503 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4504 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4506 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4507 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4508 and properties of sections you declare. Section types and properties
4509 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4510 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4511 these qualifiers.
4513 The available qualifiers are:
4515 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4516 code section. This marks the section as readable and executable, but
4517 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4518 section is code.
4520 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4521 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4522 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4523 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4525 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4526 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4527 constants in it.
4529 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4530 which is not included in the executable file by the linker, but may
4531 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4532 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4533 linker to interpret the contents of the section as command-line
4534 options.
4536 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4537 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4538 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4539 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4540 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4541 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4542 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4543 for data (and BSS) sections.
4544 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4545 alignment), though the value does not matter.
4547 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4548 qualifiers are:
4550 \c section .text    code  align=16
4551 \c section .data    data  align=4
4552 \c section .rdata   rdata align=8
4553 \c section .bss     bss   align=4
4555 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4557 \S{win32safeseh} \c{win32}: safe structured exception handling
4559 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
4560 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
4561 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
4562 designated read-only table and have alleged entry point verified
4563 against this table prior exception control is passed to the handler. In
4564 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
4565 handler table," all object modules on linker command line has to comply
4566 with certain criteria. If one single module among them does not, then
4567 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
4568 will not be performed for application in question. Table omission is by
4569 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
4570 linker to refuse to produce binary without such table by passing
4571 \c{/safeseh} command line option.
4573 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
4574 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
4575 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
4577 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
4579 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
4581 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
4582 line to source code:
4584 \c $@feat.00 equ 1
4586 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
4587 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
4588 developer would choose to assign another value in source file, it would
4589 still be perfectly possible.
4591 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
4592 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
4593 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
4594 formatted input data for above mentioned "safe exception handler 
4595 table." Its typical use would be:
4597 \c section .text
4598 \c extern  _MessageBoxA@16
4599 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
4600 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
4601 \c %endif
4602 \c handler:
4603 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
4604 \c         push    DWORD caption
4605 \c         push    DWORD text
4606 \c         push    DWORD 0
4607 \c         call    _MessageBoxA@16
4608 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4609 \c                         ; for exception handler
4610 \c         ret
4611 \c global  _main
4612 \c _main:
4613 \c         push    DWORD handler
4614 \c         push    DWORD [fs:0]
4615 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
4616 \c         xor     eax,eax
4617 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
4618 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
4619 \c         add     esp,4
4620 \c         ret
4621 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4622 \c caption:db      'SEGV',0
4623 \c 
4624 \c section .drectve info
4625 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4627 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
4628 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
4629 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
4630 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over, 
4631 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
4632 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
4633 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
4634 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
4635 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
4636 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
4637 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
4638 no notification is provided and user is left with no clue on what
4639 caused application failure.
4641 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
4642 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
4643 data for "safe exception handler table" causes no backward
4644 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
4645 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
4648 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4650 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4651 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4652 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4653 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4654 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4656 \S{win64pic} \c{win64}: writing position-independent code
4658 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
4659 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
4660 references. Consider a switch dispatch table:
4662 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
4663 \c         ...
4664 \c dsptch: dq      case0
4665 \c         dq      case1
4666 \c         ...
4668 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
4669 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
4670 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
4671 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
4672 following:
4674 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4675 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
4677 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
4678 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
4679 position-independent manner. But this is only part of the problem!
4680 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
4681 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
4682 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
4683 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
4684 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
4685 But no worry, it's trivial to fix:
4687 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4688 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
4689 \c         jmp     rbx
4690 \c         ...
4691 \c dsptch: dq      case0-dsptch
4692 \c         dq      case1-dsptch
4693 \c         ...
4695 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
4696 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
4697 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
4698 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
4699 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
4700 these image-relative references:
4702 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
4703 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
4704 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
4705 \c         add     rbx,rax
4706 \c         jmp     rbx
4707 \c         ...
4708 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
4709 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
4711 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
4712 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
4713 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
4714 become apparent in next paragraph.
4716 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
4717 operand only:
4719 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
4720 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
4721 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
4722 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
4724 \S{win64seh} \c{win64}: structured exception handling
4726 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
4727 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
4728 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
4729 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
4730 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
4731 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
4732 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
4733 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
4734 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
4735 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
4736 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
4737 top of the stack.
4739 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
4740 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
4741 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
4742 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
4743 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
4744 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
4745 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
4746 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
4747 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
4748 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
4749 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
4750 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
4751 copying caller's return address to the top of stack and this would
4752 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
4753 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
4754 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
4755 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
4756 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
4757 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
4758 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
4759 no, no trace of failure is left.
4761 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
4762 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
4763 is checked for presence of reference to custom language-specific
4764 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
4765 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
4766 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
4767 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
4768 information about current callee's stack frame and where non-volatile
4769 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
4770 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
4771 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
4772 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
4773 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
4774 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
4775 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
4776 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
4777 terminating the application.
4779 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
4780 facilitate generation of above mentioned detailed information about
4781 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
4782 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
4783 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
4784 leaf function:
4786 \c default rel
4787 \c section .text
4788 \c extern  MessageBoxA
4789 \c handler:
4790 \c         sub     rsp,40
4791 \c         mov     rcx,0
4792 \c         lea     rdx,[text]
4793 \c         lea     r8,[caption]
4794 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
4795 \c         call    MessageBoxA
4796 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
4797 \c                         ; for exception handler
4798 \c         add     rsp,40
4799 \c         ret
4800 \c global  main
4801 \c main:
4802 \c         xor     rax,rax
4803 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
4804 \c         ret
4805 \c main_end:
4806 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
4807 \c caption:db      'SEGV',0
4808 \c 
4809 \c section .pdata  rdata align=4
4810 \c         dd      main wrt ..imagebase
4811 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
4812 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
4813 \c section .xdata  rdata align=8
4814 \c xmain:  db      9,0,0,0
4815 \c         dd      handler wrt ..imagebase
4816 \c section .drectve info
4817 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
4819 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
4820 start and end addresses of function" along with reference to associated
4821 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
4822 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
4823 designated exception handler. References are \e{required} to be
4824 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
4825 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
4826 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
4827 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
4828 references, not only above listed required ones, placed into these two
4829 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
4830 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
4831 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
4832 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
4834 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
4835 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
4836 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
4837 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
4838 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
4839 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
4840 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
4841 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
4842 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
4843 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
4844 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
4845 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
4846 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
4847 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
4848 unwinding procedure. Consider following example:
4850 \c function:
4851 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
4852 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
4853 \c         push    rbx
4854 \c         push    rbp
4855 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
4856 \c         sub     r11,rcx
4857 \c         and     r11,-64
4858 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
4859 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
4860 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
4861 \c magic_point:
4862 \c         ...
4863 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
4864 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
4865 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
4866 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
4867 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
4868 \c         ret
4870 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
4871 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
4872 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
4873 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
4874 custom language-specific exception handler would look like this:
4876 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
4877 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
4878 \c {   ULONG64 *rsp;
4879 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
4880 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
4881 \c     else
4882 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
4883 \c         context->Rbp = rsp[-3];
4884 \c         context->Rbx = rsp[-2];
4885 \c         context->R15 = rsp[-1];
4886 \c     }
4887 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
4888 \c 
4889 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
4890 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
4891 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
4892 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
4893 \c     return ExceptionContinueSearch;
4894 \c }
4896 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
4897 structure does not have to contain any information about stack frame
4898 and its layout.
4900 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4902 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4903 linking with the \i{DJGPP} linker.
4905 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4907 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
4908 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
4909 the \c{info} section type are not supported.
4911 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
4913 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
4914 linking with the \i{Mac OSX} linker.
4916 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4918 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
4919 Format} Object Files
4921 The \c{elf32} and \c{elf64} output formats generate \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as used by Linux as well as \i{Unix System V},
4922 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
4923 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4924 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
4926 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
4928 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
4929 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
4930  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
4931  most systems which support ELF.
4933 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
4934 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
4936 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
4937 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4938 and properties of sections you declare. Section types and properties
4939 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
4940 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
4941 overridden by these qualifiers.
4943 The available qualifiers are:
4945 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
4946 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
4947 which is not, such as an informational or comment section.
4949 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
4950 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
4951 which should not.
4953 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
4954 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
4955 not.
4957 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
4958 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
4959 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
4960 contents given, such as a BSS section.
4962 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4963 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
4964 requirements of the section.
4966 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4967 qualifiers are:
4969 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
4970 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
4971 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
4972 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
4973 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
4975 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
4976 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
4979 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
4980 Symbols and \i\c{WRT}
4982 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
4983 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
4984 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
4985 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
4986 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
4988 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
4989 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
4990 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
4991 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
4992 types.
4994 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
4995 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
4996 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
4997 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
4999 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5000 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5001 beginning of the current section to the global offset table.
5002 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5003 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5004 result to get the real address of the GOT.
5006 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5007 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5008 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5009 would give the real address of the location you wanted.
5011 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5012 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5013 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5014 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5015 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5016 address of the symbol.
5018 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5019 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5020 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5021 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5022 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5023 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5024 entries absolutely.
5026 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5027 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5028 relative to the start of the section and then adding on the offset
5029 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5030 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5031 peculiarity of the dynamic linker.
5033 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5034 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5037 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5038 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5040 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5041 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5042 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5043 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5044 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5045 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5046 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5047 to specify these features.
5049 You can specify whether a global variable is a function or a data
5050 object by suffixing the name with a colon and the word
5051 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5052 \c{data}.) For example:
5054 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5056 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5057 \c{hashtable} as a data object.
5059 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5060 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5061 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5062 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5064 \c global   hashlookup:function hidden
5066 You can also specify the size of the data associated with the
5067 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5068 forward references) after the type specifier. Like this:
5070 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5072 \c hashtable:
5073 \c         db this,that,theother  ; some data here
5074 \c .end:
5076 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5077 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5079 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5080 writing shared library code. For more information, see
5081 \k{picglobal}.
5084 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5085 \I{COMMON, elf extensions to}
5087 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5088 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5089 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5090 power of two) after the name and size of the common variable,
5091 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5092 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5094 \c common  dwordarray 128:4
5096 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5097 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5100 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5101 \I{ELF, 16-bit code and}
5103 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5104 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5105 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5106 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5107 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5108 these relocations is generated.
5110 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5111 \I{ELF, Debug formats and}
5113 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5114 Line number information is generated for all executable sections, but please
5115 note that only the ".text" section is executable by default.
5117 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5119 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5120 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5121 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5122 the magic number in the first four bytes of the file is
5123 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5124 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5125 implementation does not.
5127 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5129 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5130 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5131 extensions to any standard directives. It supports only the three
5132 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5135 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5136 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5138 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5139 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5140 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5141 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5142 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5143 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5144 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5146 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5148 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5149 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5150 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5151 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5152 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5154 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5155 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5156 this.
5159 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5161 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5162 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5163 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5164 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5165 itself \c{a.out}.
5167 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5168 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5170 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5171 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
5172 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
5173 directives. It supports only the three \i{standard section names}
5174 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5177 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5178 Format}
5180 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5181 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5182 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5183 format the internal structure of the assembler.
5185 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5186 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5187 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5188 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5190 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5191 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5192 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5193 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5194 execute an RDF executable under Linux.
5196 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5197 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5200 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5202 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5203 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5204 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5205 which is the name of the module:
5207 \c     library  mylib.rdl
5210 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5212 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5213 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5214 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5215 of current module:
5217 \c     module  mymodname
5219 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5220 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5221 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5223 \c     module  $kernel.core
5226 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5227 rdf extensions to}
5229 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5230 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5231 telling the linker do not strip it from target executable or library
5232 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5233 is a procedure (function) or data object.
5235 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5236 symbol exported:
5238 \c     global  sys_open:export
5240 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5241 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5243 \c     global  sys_open:export proc
5245 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5246 or \i\c{object} to the directive:
5248 \c     global  kernel_ticks:export data
5251 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5252 rdf extensions to}
5254 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
5255 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5256 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5257 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5258 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5259 (function) or data object. For example:
5261 \c     library $libc
5262 \c     extern  _open:import
5263 \c     extern  _printf:import proc
5264 \c     extern  _errno:import data
5266 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5267 a hint as to where to find requested symbols.
5270 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5272 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5273 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5274 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
5275 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5277 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5278 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5279 transactions between the main body of NASM and the output-format
5280 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5281 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5282 of the various requests the main program makes of the output driver,
5283 and in what order they happen.
5285 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5287 \c nasm -f dbg filename.asm
5289 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5290 However, this will not work well on files which were designed for a
5291 different object format, because each object format defines its own
5292 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5293 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5294 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5295 native object format selected:
5297 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5298 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5300 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5301 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5302 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5303 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5304 the final diagnostic output.
5306 This workaround will still typically not work for programs intended
5307 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5308 directives have side effects of defining the segment and group names
5309 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5310 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5311 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5312 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5314 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5315 them all to its output file.
5318 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5320 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5321 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5322 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5323 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5324 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5327 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5329 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5330 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5331 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5332 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5333 support the \c{.COM} format.
5335 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5336 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5337 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5338 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5339 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5340 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5341 Yann Guidon for contributing the code for this.
5343 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5344 future releases.
5347 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5349 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5350 by linking \c{.OBJ} files together.
5352 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5353 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5354 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5355 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5356 An LZH archiver can be found at
5357 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5358 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5359 sources) called \i{FREELINK}, available from
5360 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5361 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5362 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5363 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5364 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5366 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5367 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5368 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5369 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5370 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5371 field in the output file header; if more than one defines a start
5372 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5374 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5375 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5376 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5377 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5378 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5379 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5381 \c segment code
5383 \c ..start:
5384 \c         mov     ax,data
5385 \c         mov     ds,ax
5386 \c         mov     ax,stack
5387 \c         mov     ss,ax
5388 \c         mov     sp,stacktop
5390 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5391 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5392 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5393 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5394 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5395 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5396 execute on.
5398 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5399 beginning of this code, which means that will be the entry point
5400 into the resulting executable file.
5402 \c         mov     dx,hello
5403 \c         mov     ah,9
5404 \c         int     0x21
5406 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5407 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5408 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5409 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5411 \c         mov     ax,0x4c00
5412 \c         int     0x21
5414 This terminates the program using another DOS system call.
5416 \c segment data
5418 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5420 The data segment contains the string we want to display.
5422 \c segment stack stack
5423 \c         resb 64
5424 \c stacktop:
5426 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5427 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5428 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5429 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5430 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5431 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5432 type \c{STACK}.
5434 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5435 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5436 world' and then exit.
5439 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5441 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5442 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5443 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5444 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5445 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5446 \c{.EXE} files.
5448 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5449 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5450 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5452 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5453 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5454 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5455 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5456 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5457 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5458 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5459 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5460 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5462 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5463 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5464 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5465 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5466 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5467 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5468 explicitly issue one of your own.
5470 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5471 since this would require a relocation in the header, and things
5472 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5473 base by copying it out of \c{CS} instead.
5475 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5476 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5477 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5478 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5479 \c{EXE_stack 64}.
5481 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5482 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5483 \c{binexe.asm}.
5486 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5488 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5489 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5490 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5491 output format.
5494 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5496 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5497 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5498 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5499 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5500 like
5502 \c         org 100h
5504 \c section .text
5506 \c start:
5507 \c         ; put your code here
5509 \c section .data
5511 \c         ; put data items here
5513 \c section .bss
5515 \c         ; put uninitialized data here
5517 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5518 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5519 you want to and the code will still end up at the front of the file
5520 where it belongs.
5522 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
5523 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
5524 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
5525 this will be free memory when the program is run. Therefore you
5526 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
5527 run.
5529 To assemble the above program, you should use a command line like
5531 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
5533 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
5534 explicit output file name were specified, so you have to override it
5535 and give the desired file name.
5538 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
5540 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
5541 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
5542 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
5543 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
5544 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
5545 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
5546 file.
5548 If you do this, you need to take care of several things:
5550 \b The first object file containing code should start its code
5551 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
5552 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
5553 segment, so that the linker or converter program does not have to
5554 adjust address references within the file when generating the
5555 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
5556 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
5557 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
5558 in MASM-compatible assemblers.
5560 \b You don't need to define a stack segment.
5562 \b All your segments should be in the same group, so that every time
5563 your code or data references a symbol offset, all offsets are
5564 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
5565 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
5568 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
5570 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
5571 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
5572 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
5573 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
5574 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
5575 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
5576 your code segment.
5578 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
5579 the various routines inside the driver which do the work. This
5580 structure should be defined at the start of the code segment, even
5581 though it is not actually code.
5583 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
5584 which has to go in the header structure, a list of books is given in
5585 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
5586 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
5589 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
5591 This section covers the basics of writing assembly routines that
5592 call, or are called from, C programs. To do this, you would
5593 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
5594 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
5597 \S{16cunder} External Symbol Names
5599 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
5600 convention that the names of all global symbols (functions or data)
5601 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5602 appears in the C program. So, for example, the function a C
5603 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
5604 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
5605 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
5606 not have to worry about name clashes with C symbols.
5608 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
5609 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
5611 \c %macro  cglobal 1
5613 \c   global  _%1
5614 \c   %define %1 _%1
5616 \c %endmacro
5618 \c %macro  cextern 1
5620 \c   extern  _%1
5621 \c   %define %1 _%1
5623 \c %endmacro
5625 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5626 \c{%rep} construct could solve this.)
5628 If you then declare an external like this:
5630 \c cextern printf
5632 then the macro will expand it as
5634 \c extern  _printf
5635 \c %define printf _printf
5637 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5638 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5640 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5641 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5642 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5644 Also see \k{opt-pfix}.
5646 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5648 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5649 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5650 writing for. This means you have to keep track of the following
5651 things:
5653 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5654 functions are near. This means that function pointers, when stored
5655 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5656 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5657 never changes its value, and always gives the segment part of the
5658 full function address), and that functions are called using ordinary
5659 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5660 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5661 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5662 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5664 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5665 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5666 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5667 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5668 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5669 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5670 \c{CALL FAR} to call external routines.
5672 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5673 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5674 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5675 segment part of the full data item address).
5677 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5678 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5679 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5680 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5681 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5682 pointers you are passed.
5684 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5685 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5686 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5687 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5688 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5690 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5691 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5692 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5693 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5694 and global data items can both be accessed easily without changing
5695 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5696 segments. However, some memory models (though not the standard
5697 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5698 same value to be removed. Be careful about functions' local
5699 variables in this latter case.
5701 In models with a single code segment, the segment is called
5702 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5703 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5704 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5705 called \i\c{_DATA}.
5708 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5710 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5711 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5712 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5713 doing the calling and the function which gets called.
5715 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5716 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5717 argument specified to the function is pushed last).
5719 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5720 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5721 memory model.
5723 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5724 actually necessary, in functions which do not need to access their
5725 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5726 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5727 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5728 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5729 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5730 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5732 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5733 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5734 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5735 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5736 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5737 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5738 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5739 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5740 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5741 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5742 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5743 parameters in reverse order means that the function knows where to
5744 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5745 remaining ones.
5747 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5748 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5749 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5751 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5752 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5753 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5754 compiler) returned in \c{ST0}.
5756 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5757 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5758 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5759 memory model.
5761 \b When the caller regains control from the callee, the function
5762 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5763 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5764 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5765 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5766 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5767 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5768 removing.
5770 It is instructive to compare this calling convention with that for
5771 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5772 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5773 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5774 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5775 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5776 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5777 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5778 which means that a compiler can give better guarantees about
5779 sequence points without performance suffering.
5781 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5782 The following example is for small model:
5784 \c global  _myfunc
5786 \c _myfunc:
5787 \c         push    bp
5788 \c         mov     bp,sp
5789 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5790 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5792 \c         ; some more code
5794 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5795 \c         pop     bp
5796 \c         ret
5798 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5799 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5800 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5801 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5802 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5803 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5805 At the other end of the process, to call a C function from your
5806 assembly code, you would do something like this:
5808 \c extern  _printf
5810 \c       ; and then, further down...
5812 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5813 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5814 \c       call    _printf
5815 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5817 \c       ; then those data items...
5819 \c segment _DATA
5821 \c myint         dw    1234
5822 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5824 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5825 code
5827 \c     int myint = 1234;
5828 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5830 In large model, the function-call code might look more like this. In
5831 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5832 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5833 it first.
5835 \c       push    word [myint]
5836 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5837 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5838 \c       call    far _printf
5839 \c       add    sp,byte 6
5841 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5842 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5843 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5844 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5845 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5846 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5847 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5848 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5849 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5850 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5851 word of parameters.
5854 \S{16cdata} Accessing Data Items
5856 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5857 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5858 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5859 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5860 accessed from assembler as
5862 \c extern _i
5864 \c         mov ax,[_i]
5866 And to declare your own integer variable which C programs can access
5867 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5868 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5870 \c global  _j
5872 \c _j      dw      0
5874 To access a C array, you need to know the size of the components of
5875 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5876 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5877 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5878 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5879 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5880 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5881 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5883 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5884 the base of the structure to the field you are interested in. You
5885 can either do this by converting the C structure definition into a
5886 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5887 one offset and using just that.
5889 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5890 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5891 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5892 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5893 Typically, you might find that a structure like
5895 \c struct {
5896 \c     char c;
5897 \c     int i;
5898 \c } foo;
5900 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5901 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5902 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5903 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5904 out how your own compiler does it.
5907 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
5909 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5910 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
5911 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5912 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5913 the work involved in keeping track of the calling convention.
5915 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
5916 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
5918 An example of an assembly function using the macro set is given
5919 here:
5921 \c proc    _nearproc
5923 \c %$i     arg
5924 \c %$j     arg
5925 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5926 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5927 \c         add     ax,[bx]
5929 \c endproc
5931 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
5932 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
5933 integer. It returns \c{i + *j}.
5935 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
5936 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
5937 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
5938 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
5939 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
5940 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
5941 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
5943 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
5944 compact-model code) by default. You can have it generate far
5945 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
5946 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
5947 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
5948 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
5949 dependency on whether data pointers are far or not.
5951 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
5952 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
5953 many function parameters will be of type \c{int}.
5955 The large-model equivalent of the above function would look like this:
5957 \c %define FARCODE
5959 \c proc    _farproc
5961 \c %$i     arg
5962 \c %$j     arg     4
5963 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5964 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5965 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
5966 \c         add     ax,[bx]
5968 \c endproc
5970 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
5971 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
5972 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
5975 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
5977 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
5978 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
5980 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
5981 not required for Pascal.
5983 \b The memory model is always large: functions are far, data
5984 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
5985 (Actually, some functions are near, but only those functions that
5986 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
5987 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
5988 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
5989 data declared in a Pascal program goes into the default data
5990 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
5991 when control is passed to your assembly code. The only things that
5992 do not live in the default data segment are local variables (they
5993 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
5994 data \e{pointers}, however, are far.
5996 \b The function calling convention is different - described below.
5998 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6000 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6001 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6002 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6005 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6007 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6008 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6009 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6010 used to denote the function doing the calling and the function which
6011 gets called.
6013 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6014 after another, in normal order (left to right, so that the first
6015 argument specified to the function is pushed first).
6017 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6018 control to the callee.
6020 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6021 actually necessary, in functions which do not need to access their
6022 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6023 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6024 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6025 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6026 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6027 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6029 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6030 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6031 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6032 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6033 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6034 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6035 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6037 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6038 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6039 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6041 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6042 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6043 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6044 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6045 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6046 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6047 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6048 places the returned string value at that location. The pointer is
6049 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6050 \c{RETF} instruction.
6052 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6053 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6054 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6055 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6056 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6057 to be removed from the stack as a side effect of the return
6058 instruction.
6060 \b When the caller regains control from the callee, the function
6061 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6062 do nothing further.
6064 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6065 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6067 \c global  myfunc
6069 \c myfunc: push    bp
6070 \c         mov     bp,sp
6071 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6072 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6073 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6075 \c         ; some more code
6077 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6078 \c         pop     bp
6079 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6081 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6082 assembly code, you would do something like this:
6084 \c extern  SomeFunc
6086 \c        ; and then, further down...
6088 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6089 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6090 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6091 \c        call   far SomeFunc
6093 This is equivalent to the Pascal code
6095 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6096 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6099 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6100 Name Restrictions
6102 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6103 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6104 reading and understanding the various information contained in a
6105 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6106 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6107 restrictions:
6109 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6110 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6112 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6113 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6115 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6116 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6118 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6119 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6122 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6124 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6125 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6126 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6127 definition ensures that functions are far (it implies
6128 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6129 generated with an operand.
6131 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6132 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6133 reverse order. For example:
6135 \c %define PASCAL
6137 \c proc    _pascalproc
6139 \c %$j     arg 4
6140 \c %$i     arg
6141 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6142 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6143 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6144 \c         add     ax,[bx]
6146 \c endproc
6148 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6149 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6150 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6151 and the contents of the pointer. The only difference between this
6152 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6153 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6154 reverse order.
6157 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6159 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6160 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6161 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6162 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6163 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6164 shared libraries.
6166 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6167 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6168 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6169 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6170 address space no matter what segment you work relative to, and that
6171 you should ignore all segment registers completely. When writing
6172 flat-model application code, you never need to use a segment
6173 override or modify any segment register, and the code-section
6174 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6175 space as the data-section addresses you access your variables by and
6176 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6177 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6178 offset part.
6181 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6183 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6184 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6185 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6188 \S{32cunder} External Symbol Names
6190 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6191 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6192 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6193 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6194 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6195 underscore on their assembly-language names.
6197 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6198 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6199 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6200 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6201 though, the leading underscore should not be used.
6203 See also \k{opt-pfix}.
6205 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6207 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6208 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6209 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6210 the function doing the calling and the function which gets called.
6212 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6213 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6214 argument specified to the function is pushed last).
6216 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6217 control to the callee.
6219 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6220 actually necessary, in functions which do not need to access their
6221 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6222 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6223 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6224 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6225 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6226 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6228 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6229 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6230 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6231 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6232 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6233 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6234 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6235 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6236 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6237 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6238 and type of the remaining ones.
6240 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6241 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6242 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6244 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6245 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6246 of the value. Floating-point results are typically returned in
6247 \c{ST0}.
6249 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6250 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6251 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6253 \b When the caller regains control from the callee, the function
6254 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6255 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6256 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6257 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6258 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6259 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6260 removing.
6262 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6263 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6264 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6265 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6266 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6267 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6268 still pushed in right-to-left order.
6270 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6272 \c global  _myfunc
6274 \c _myfunc:
6275 \c         push    ebp
6276 \c         mov     ebp,esp
6277 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6278 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6280 \c         ; some more code
6282 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6283 \c         ret
6285 At the other end of the process, to call a C function from your
6286 assembly code, you would do something like this:
6288 \c extern  _printf
6290 \c         ; and then, further down...
6292 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6293 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6294 \c         call    _printf
6295 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6297 \c         ; then those data items...
6299 \c segment _DATA
6301 \c myint       dd   1234
6302 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6304 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6306 \c     int myint = 1234;
6307 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6310 \S{32cdata} Accessing Data Items
6312 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6313 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6314 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6315 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6316 accessed from assembler as
6318 \c           extern _i
6319 \c           mov eax,[_i]
6321 And to declare your own integer variable which C programs can access
6322 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6323 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6325 \c           global _j
6326 \c _j        dd 0
6328 To access a C array, you need to know the size of the components of
6329 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6330 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6331 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6332 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6333 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6334 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6335 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6336 are also 4 bytes long.
6338 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6339 the base of the structure to the field you are interested in. You
6340 can either do this by converting the C structure definition into a
6341 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6342 one offset and using just that.
6344 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6345 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6346 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6347 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6348 Typically, you might find that a structure like
6350 \c struct {
6351 \c     char c;
6352 \c     int i;
6353 \c } foo;
6355 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6356 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6357 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6358 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6359 out how your own compiler does it.
6362 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6364 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6365 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6366 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6367 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6368 the work involved in keeping track of the calling convention.
6370 An example of an assembly function using the macro set is given
6371 here:
6373 \c proc    _proc32
6375 \c %$i     arg
6376 \c %$j     arg
6377 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6378 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6379 \c         add     eax,[ebx]
6381 \c endproc
6383 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6384 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6385 integer. It returns \c{i + *j}.
6387 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6388 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6389 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6390 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6391 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6392 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6393 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6395 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6396 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6397 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6400 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6401 Libraries}
6403 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6404 because it contains support for \i{position-independent code}
6405 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6406 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6407 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6409 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6410 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6411 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6412 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6414 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6415 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6416 of the running process. The contents of the library's code section
6417 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6419 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6420 this:
6422 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6424 Instead, the linker provides an area of memory called the
6425 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6426 constant distance from your library's code, so if you can find out
6427 where your library is loaded (which is typically done using a
6428 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6429 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6430 linker-generated entries in the GOT.
6432 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6433 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6434 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6435 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6436 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6437 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6440 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6442 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6443 external symbol:
6445 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6446 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6448 At the beginning of any function in your shared library which plans
6449 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6450 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6451 in this form:
6453 \c func:   push    ebp
6454 \c         mov     ebp,esp
6455 \c         push    ebx
6456 \c         call    .get_GOT
6457 \c .get_GOT:
6458 \c         pop     ebx
6459 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6461 \c         ; the function body comes here
6463 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6464 \c         mov     esp,ebp
6465 \c         pop     ebp
6466 \c         ret
6468 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6469 second leading underscore.)
6471 The first two lines of this function are simply the standard C
6472 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6473 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6474 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6475 libraries use this register to store the address of the GOT.
6477 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6478 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6479 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6480 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6481 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6482 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6483 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6484 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6485 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6486 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6487 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6488 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6489 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6490 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6491 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6492 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6494 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6495 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6496 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6498 \c %macro  get_GOT 0
6500 \c         call    %%getgot
6501 \c   %%getgot:
6502 \c         pop     ebx
6503 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6505 \c %endmacro
6507 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6509 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6510 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6511 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6512 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6513 way this works is like this:
6515 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6517 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6518 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6519 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6520 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6522 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
6523 them, they are shared between code modules in the library, but do
6524 not get exported from the library to the program that loaded it.
6525 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
6526 can access them in the same way as local variables, using the above
6527 \c{..gotoff} mechanism.
6529 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
6530 handles this relocation type, there must be at least one non-local
6531 symbol in the same section as the address you're trying to access.
6534 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
6536 If your library needs to get at an external variable (external to
6537 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
6538 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
6539 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
6540 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
6541 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
6542 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
6543 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
6544 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
6545 you would code
6547 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
6549 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
6550 linker, when it builds the shared library, collects together every
6551 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
6552 has every necessary entry present.
6554 Common variables must also be accessed in this way.
6557 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
6559 If you want to export symbols to the user of the library, you have
6560 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
6561 you have to give the size of the data item. This is because the
6562 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
6563 entries for any exported functions, and also moves exported data
6564 items away from the library's data section in which they were
6565 declared.
6567 So to export a function to users of the library, you must use
6569 \c global  func:function           ; declare it as a function
6571 \c func:   push    ebp
6573 \c         ; etc.
6575 And to export a data item such as an array, you would have to code
6577 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
6579 \c array:  resd    128
6580 \c .end:
6582 Be careful: If you export a variable to the library user, by
6583 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
6584 end up living in the data section of the main program, rather than
6585 in your library's data section, where you declared it. So you will
6586 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
6587 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
6588 effectively, it has become).
6590 Equally, if you need to store the address of an exported global in
6591 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
6592 sort of code:
6594 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
6596 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
6597 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
6598 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
6599 pointing at your data section instead of at the exported global
6600 which resides elsewhere.
6602 Instead of the above code, then, you must write
6604 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
6606 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
6607 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
6608 at that address, rather than just relocating by section base.
6610 Either method will work for functions: referring to one of your
6611 functions by means of
6613 \c funcptr:        dd      my_function
6615 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6617 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6619 will give the address of the procedure linkage table for the
6620 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6621 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6624 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6626 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6627 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6628 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6629 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6630 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6631 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6632 in the main program can be transparently passed off to their real
6633 destinations.
6635 To call an external routine, you must use another special PIC
6636 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6637 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6638 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6639 ..plt}.
6642 \S{link} Generating the Library File
6644 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6645 you then generate your shared library with a command such as
6647 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6648 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6650 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6651 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6652 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6653 library file name, with a version number, into the library:
6655 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6657 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6658 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6661 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6663 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6664 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6665 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6666 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6667 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6668 one, or jumps between different-size segments.
6671 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6673 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6674 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6675 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6676 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6677 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6678 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6679 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6680 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6682 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6683 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6684 segment, so just coding, for example,
6686 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6688 will not work, since the offset part of the address will be
6689 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6690 one.
6692 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6693 generate the required instruction by coding it manually, using
6694 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6695 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6697 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6699 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6700 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6701 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6702 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6703 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6704 segment to a 32-bit one.
6706 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6707 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6709 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6711 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6712 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6713 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6716 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6717 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6719 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6720 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6721 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6722 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6723 32-bit segment, or vice versa.
6725 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6726 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6727 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6728 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6730 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6731 the address, since any effective address containing a 32-bit
6732 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6734 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6735 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6737 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6738 instruction and a register) if you already know the precise offset
6739 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6740 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6741 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6743 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6744 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6746 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6748 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6749 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6750 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6752 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6754 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6755 which controls the size of the data stored at the address, with the
6756 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6757 address itself. The two can quite easily be different:
6759 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6761 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6762 offset.
6764 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6765 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6767 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6769 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6770 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6771 offset), and calls that address.
6774 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6776 The other way you might want to access data might be using the
6777 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6778 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6779 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6780 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6782 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6783 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6784 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6785 desired address into \c{ESI} and then code
6787 \c         a32     lodsb
6789 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6790 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6791 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6792 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6794 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6795 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6796 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6797 instructions with implicit addressing:
6798 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6799 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6800 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6801 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6802 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6803 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6804 Also, the
6805 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6806 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6807 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6808 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6809 size from the code segment.
6811 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6812 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6813 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6814 give the value of the segment register being manipulated. To force
6815 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6816 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6818 \c         o16 push    ss
6819 \c         o16 push    ds
6821 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6822 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6823 one.
6825 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6826 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6829 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6831 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6832 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6833 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6834 write position-independent code for shared libraries.
6836 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6837 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6838 registers, which still add their bases.
6840 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6841 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6842 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6843 probably desirable to make that the default, using the directive
6844 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6846 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6847 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6848 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6849 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6850 Please see the ABI documentation for your platform.
6852 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6853 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6854 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6855 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6857 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
6858 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
6859 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
6860 set to zero.
6862 \H{reg64} Register names in 64-bit mode
6864 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
6865 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
6867 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
6868 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
6869 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
6870 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
6872 This is consistent with the AMD documentation and most other
6873 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
6874 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
6875 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
6876 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
6877 as macros.  See the file \i\c{altreg.inc} in the \c{misc} directory of
6878 the NASM source distribution.
6880 \H{id64} Immediates and displacements in 64-bit mode
6882 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
6883 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
6884 immediates to 32 bits.
6886 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
6888 \c      MOV reg64,imm64
6890 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
6891 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
6892 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
6893 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
6894 immediate as \c{DWORD}:
6896 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
6897 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
6898 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
6899 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
6901 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
6903 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
6904 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
6905 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
6906 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
6907 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
6908 displacement size as \c{QWORD}:
6910 \c      default abs
6912 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
6913 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
6914 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
6916 \c      default rel
6918 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
6919 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
6920 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
6921 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
6923 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
6924 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
6926 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
6928 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
6930 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
6932 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
6933 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
6935 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
6936 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
6937 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
6938 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
6939 calls, and thus are available for use by the function without saving.
6941 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
6943 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6944 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
6945 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
6946 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
6948 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
6950 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
6952 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
6954 \c      void foo(long a, double b, int c)
6956 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
6958 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
6960 The Win64 ABI is described at:
6962 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
6964 What follows is a simplified summary.
6966 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
6967 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
6968 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
6969 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
6970 use by the function without saving.
6972 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
6974 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6975 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
6976 return is \c{XMM0} only.
6978 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
6980 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
6982 \c      void foo(long long a, double b, int c)
6984 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
6986 \C{trouble} Troubleshooting
6988 This chapter describes some of the common problems that users have
6989 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
6990 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
6991 that isn't listed here.
6994 \H{problems} Common Problems
6996 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
6998 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
6999 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7000 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7001 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7002 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7003 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7004 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7005 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7006 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
7009 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7011 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7012 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7013 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7014 longer.
7016 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7017 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7018 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7019 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7020 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7021 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7022 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7023 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7024 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7025 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7026 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7027 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
7030 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7032 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7033 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7034 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7035 sector, people who are used to MASM tend to code
7037 \c         ORG 0
7039 \c         ; some boot sector code
7041 \c         ORG 510
7042 \c         DW 0xAA55
7044 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7045 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7046 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7048 \c         ORG 0
7050 \c         ; some boot sector code
7052 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7053 \c         DW 0xAA55
7055 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7056 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7057 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7058 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7059 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7060 find out what's wrong with it.
7063 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7065 The other common problem with the above code is people who write the
7066 \c{TIMES} line as
7068 \c         TIMES 510-$ DB 0
7070 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7071 the difference between them is also a pure number and can happily be
7072 fed to \c{TIMES}.
7074 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7075 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7076 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7077 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7078 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7079 information back to the expression evaluator. So from the
7080 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7081 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7082 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7083 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7085 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7086 line in the form
7088 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7090 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7091 and so their difference is a pure number. This will solve the
7092 problem and generate sensible code.
7095 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7097 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7098 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7099 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7100 \i\c{bugtracker} at
7101 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7102 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7103 contacts in \k{contact}.
7105 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7106 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7107 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7108 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7109 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7110 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7111 there.
7113 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7114 information:
7116 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7117 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7119 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7120 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7121 you were using the standard distribution binaries out of the
7122 archive. If you were using a locally built executable, try to
7123 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7124 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7127 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7128 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7129 \c{NASMENV} environment variable if any.
7131 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7132 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7133 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7134 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7135 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7136 compiler, what version, and what command line or options you used.
7137 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7138 with the command-line version of the compiler.)
7140 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7141 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7142 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7143 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7144 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7145 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7146 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7147 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7148 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7149 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7150 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7151 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7152 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7154 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7155 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7156 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7157 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7158 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7159 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7160 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7161 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7162 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7163 should be 77 instead'.
7165 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7166 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7167 generates the same file, or whether the problem is related to
7168 portability issues between our development platforms and yours. We
7169 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7170 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7171 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7172 for us.
7174 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7175 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7176 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7177 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7178 differently from us.
7181 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7183                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7185 \H{ndisintro} Introduction
7188 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7189 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7190 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7191 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7192 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7194 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7195 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7196 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7197 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7198 disassembles.
7201 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7203 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7204 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7205 are on a Unix system.
7208 \H{ndisrun} Running NDISASM
7210 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7212 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7214 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7215 provided of course that you remember to specify which it is to work
7216 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7217 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7219 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7220 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7221 summary of command line options.
7224 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7226 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7227 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7228 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7229 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7230 this.
7232 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7233 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7234 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7235 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7236 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7238 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7240 \c        ndisasm -o100h filename.com
7242 will do the trick.
7245 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7247 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7248 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7249 will faithfully plough through the data section, producing machine
7250 instructions wherever it can (although most of them will look
7251 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7252 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7253 Then it will reach the code section.
7255 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7256 instruction from part of the data section, and its file position is
7257 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7258 entirely possible that another spurious instruction will get
7259 generated, starting with the final byte of the data section, and
7260 then the correct first instruction in the code section will not be
7261 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7262 ideal.
7264 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7265 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7266 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7267 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7268 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7269 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7270 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7271 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7272 the instructions in your code section.
7274 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7275 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7276 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7279 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7281 rather than
7283 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7285 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7286 to, just by repeating the \c{-s} option.
7289 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7290 \I\c{auto-sync}
7292 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7293 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7294 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7295 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7296 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7297 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7298 needed.
7300 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7301 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7302 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7303 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7305 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7306 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7307 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7308 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7309 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7310 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7311 processed, there isn't much it can do about it...)
7313 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7314 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7315 the register contains) or involves a segment address (in which case
7316 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7317 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7319 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7320 points in all the right places, and save you from having to place
7321 any sync points manually. However, it should be stressed that
7322 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7323 you may still have to place some manually.
7325 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7326 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7327 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7328 options.
7330 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7331 fluke, something in your data section should disassemble to a
7332 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7333 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7334 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7335 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7336 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7337 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7338 suppress disassembly of the data area.
7341 \S{ndisother} Other Options
7343 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7344 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7345 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7346 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7348 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7349 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7350 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7351 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7352 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7353 anyway.
7356 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7358 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7359 possible, should be sent to
7360 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7361 developer's site at
7362 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7363 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7364 new features as well.
7366 \A{inslist} \i{Instruction List}
7368 \H{inslistintro} Introduction
7370 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7371 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7372 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7373  when appropriate, one or more usage flags.
7375 \& inslist.src