GCC：内联汇编中的putchar（char）

Question

溢出，

如何仅使用内联汇编实现putchar（char）过程？我想在x86-64汇编中做到这一点。我这样做的原因是实现我自己的标准库（或至少一部分）。这是我到目前为止的内容：

void putchar(char c)
{   
    /* your code here: print character c on stdout */
    asm(...);
}

void _start()
{   
    /* exit system call */
    asm("mov $1,%rax;"
        "xor %rbx,%rbx;"
        "int  $0x80"
    );  
}

我正在编译：

gcc -nostdlib -o putchar putchar.c

感谢您的帮助！

Answer 1

使用GNU C内联asm时，请 使用约束来告诉编译器您想要的东西 ，而不是使用asm模板中的指令“手动”进行。

对于writechar和readchar，我们只需要"syscall"为模板，用约束来设置所有寄存器输入（与所指向char的内存的write(2)系统调用），根据X86-64的Linux系统调用约定（这非常密切与System V ABI的函数调用约定匹配）。

这也使得避免编译器可能保留值的红色区域（比RSP低128个字节）变得容易。您一定不能从内联asm破坏它（因此push/ pop除非sub rsp, 128首先使用，否则是不可用的：请参见在C++内联asm中使用基本指针寄存器，以及有关GNUC内联asm的许多有用链接），并且无法告诉编译器您破坏它。您可以使用构建-mno-redzone，但是在这种情况下，输入/输出操作数要好得多。

我不愿把这些putchar和getchar。如果要实现自己的不支持缓冲的stdio，则可以执行此操作，但是某些功能 需要
输入缓冲才能正确实现。例如，scanf必须检查字符以查看它们是否与格式字符串匹配，如果不匹配则将其保留为“未读”。输出缓冲是可选的。您 可能会 认为_可以_使用创建私有缓冲区及其功能的函数write()或直接write()输入指针的函数完全实现stdio 。

writechar()：

int writechar(char my_char)
{
    int retval;  // sys_write uses ssize_t, but we only pass len=1
                 // so the return value is either 1 on success or  -1..-4095 for error
                 // and thus fits in int

    asm volatile("syscall  #dummy arg picked %[dummy]\n"
                    : "=a" (retval)  /* output in EAX */
                    /* inputs: ssize_t read(int fd, const void *buf, size_t count); */
                    : "D"(1),         // RDI = fd=stdout
                      "S"(&my_char),  // RSI = buf
                      "d"(1)          // RDX = length
                      , [dummy]"m" (my_char) // dummy memory input, otherwise compiler doesn't store the arg
                    /* clobbered regs */
                    : "rcx", "r11"  // clobbered by syscall
                );
    // It doesn't matter what addressing mode "m"(my_char) picks,
    // as long as it refers to the same memory as &my_char so the compiler actually does a store

    return retval;
}

在Godbolt编译器资源管理器上，这可以使用gcc
-O3
非常有效地进行编译。

writechar:
    movb    %dil, -4(%rsp)        # store my_char into the red-zone
    movl    $1, %edi
    leaq    -4(%rsp), %rsi
    movl    %edi, %edx            # optimize because fd = len
    syscall               # dummy arg picked -4(%rsp)

    ret

@ NRZ的测试main内联也 远
更有效地比在回答不安全（红色区域重挫）版本，服用的事实优势，syscall让大部分寄存器未修改所以它可以只设置一次即可。

main:
    movl    $97, %r8d            # my_char = 'a'
    leaq    -1(%rsp), %rsi       # rsi = &my_char
    movl    $1, %edx             # len
.L6:                           # do {
    movb    %r8b, -1(%rsp)       # store the char into the buffer
    movl    %edx, %edi           # silly compiler doesn't hoist this out of the loop
    syscall  #dummy arg picked -1(%rsp)

    addl    $1, %r8d
    cmpb    $123, %r8b
    jne     .L6                # } while(++my_char < 'z'+1)

    movb    $10, -1(%rsp)
    syscall  #dummy arg picked -1(%rsp)

    xorl    %eax, %eax         # return 0
    ret

readchar（），以相同的方式完成：

int readchar(void)
{
    int retval;
    unsigned char my_char;
    asm volatile("syscall  #dummy arg picked %[dummy]\n"
                    /* outputs */
                    : "=a" (retval)
                     ,[dummy]"=m" (my_char) // tell the compiler the asm dereferences &my_char

                    /* inputs: ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); */
                    : "D"(0),         // RDI = fd=stdin
                      "S" (&my_char), // RDI = buf
                      "d"(1)          // RDX = length

                    : "rcx", "r11"  // clobbered by syscall
                );
    if (retval < 0)   // -1 .. -4095 are -errno values
        return retval;
    return my_char;   // else a 0..255 char / byte
}

呼叫者可以通过检查来检查错误c < 0。