Update documentation
[platform/upstream/nasm.git] / doc / nasmdoc.src
1 \#
2 \# Source code to NASM documentation
3 \#
4 \M{category}{Programming}
5 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
6 \M{year}{2007}
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{-On} \c{-On} option
20 \IR{-P} \c{-P} option
21 \IR{-U} \c{-U} option
22 \IR{-X} \c{-X} option
23 \IR{-a} \c{-a} option
24 \IR{-d} \c{-d} option
25 \IR{-e} \c{-e} option
26 \IR{-f} \c{-f} option
27 \IR{-g} \c{-g} option
28 \IR{-i} \c{-i} option
29 \IR{-l} \c{-l} option
30 \IR{-o} \c{-o} option
31 \IR{-p} \c{-p} option
32 \IR{-s} \c{-s} option
33 \IR{-u} \c{-u} option
34 \IR{-v} \c{-v} option
35 \IR{-w} \c{-w} option
36 \IR{-y} \c{-y} option
37 \IR{!=} \c{!=} operator
38 \IR{$, here} \c{$}, Here token
39 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
40 \IR{$$} \c{$$} token
41 \IR{%} \c{%} operator
42 \IR{%%} \c{%%} operator
43 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
44 \IA{%-1}{%+1}
45 \IR{%0} \c{%0} parameter count
46 \IR{&} \c{&} operator
47 \IR{&&} \c{&&} operator
48 \IR{*} \c{*} operator
49 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
50 \IR{/} \c{/} operator
51 \IR{//} \c{//} operator
52 \IR{<} \c{<} operator
53 \IR{<<} \c{<<} operator
54 \IR{<=} \c{<=} operator
55 \IR{<>} \c{<>} operator
56 \IR{=} \c{=} operator
57 \IR{==} \c{==} operator
58 \IR{>} \c{>} operator
59 \IR{>=} \c{>=} operator
60 \IR{>>} \c{>>} operator
61 \IR{?} \c{?} MASM syntax
62 \IR{^} \c{^} operator
63 \IR{^^} \c{^^} operator
64 \IR{|} \c{|} operator
65 \IR{||} \c{||} operator
66 \IR{~} \c{~} operator
67 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
68 \IA{%$$}{%$}
69 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
70 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
71 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
72 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
73 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
74 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
75 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
76 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
77 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
78 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
79 variables
80 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
81 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
82 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
83 \IR{autoconf} Autoconf
84 \IR{bin} bin
85 \IR{bitwise and} bitwise AND
86 \IR{bitwise or} bitwise OR
87 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
88 \IR{block ifs} block IFs
89 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
90 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
91 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
92 \IR{bsd} BSD
93 \IR{c calling convention} C calling convention
94 \IR{c symbol names} C symbol names
95 \IA{critical expressions}{critical expression}
96 \IA{command line}{command-line}
97 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
98 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
99 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
100 \IA{character constants}{character constant}
101 \IR{common object file format} Common Object File Format
102 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
103 in \c{elf}
104 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
105 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
106 \IR{declaring structure} declaring structures
107 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
108 \IR{devpac} DevPac
109 \IR{djgpp} DJGPP
110 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
111 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
112 \IR{dos} DOS
113 \IR{dos archive} DOS archive
114 \IR{dos source archive} DOS source archive
115 \IA{effective address}{effective addresses}
116 \IA{effective-address}{effective addresses}
117 \IR{elf} ELF
118 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
119 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
120 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
121 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
122 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
123 \IR{freebsd} FreeBSD
124 \IR{freelink} FreeLink
125 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
126 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
127 convention
128 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
129 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
130 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
131 \IR{got} GOT
132 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
133 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
134 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
135 \IR{intel number formats} Intel number formats
136 \IR{linux, elf} Linux, ELF
137 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
138 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
139 \IR{logical and} logical AND
140 \IR{logical or} logical OR
141 \IR{logical xor} logical XOR
142 \IR{masm} MASM
143 \IA{memory reference}{memory references}
144 \IR{minix} Minix
145 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
146 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
147 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
148 \IR{mmx registers} MMX registers
149 \IA{modr/m}{modr/m byte}
150 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
151 \IR{ms-dos} MS-DOS
152 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
153 \IR{multipush} \c{multipush} macro
154 \IR{nasm version} NASM version
155 \IR{netbsd} NetBSD
156 \IR{omf} OMF
157 \IR{openbsd} OpenBSD
158 \IR{operating system} operating system
159 \IR{os/2} OS/2
160 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
161 \IR{passes} passes, assembly
162 \IR{perl} Perl
163 \IR{pic} PIC
164 \IR{pharlap} PharLap
165 \IR{plt} PLT
166 \IR{plt} \c{PLT} relocations
167 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
168 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
169 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
170 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
171 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
172 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
173 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
174 Object File Format
175 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
176 \IA{repeating}{repeating code}
177 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
178 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
179 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
180 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
181 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
182 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
183 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
184 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
185 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
186 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
187 \IR{shift command} \c{shift} command
188 \IA{sib}{sib byte}
189 \IR{sib byte} SIB byte
190 \IR{solaris x86} Solaris x86
191 \IA{standard section names}{standardized section names}
192 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
193 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
194 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
195 \IR{tlink} \c{TLINK}
196 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
197 \IR{unix} Unix
198 \IA{sco unix}{unix, sco}
199 \IR{unix, sco} Unix, SCO
200 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
201 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
202 \IA{unix system v}{unix, system v}
203 \IR{unix, system v} Unix, System V
204 \IR{unixware} UnixWare
205 \IR{val} VAL
206 \IR{version number of nasm} version number of NASM
207 \IR{visual c++} Visual C++
208 \IR{www page} WWW page
209 \IR{win32} Win32
210 \IR{win32} Win64
211 \IR{windows} Windows
212 \IR{windows 95} Windows 95
213 \IR{windows nt} Windows NT
214 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
215 \# \IC{program entry point}{start point, program}
216 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
217 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
218 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
219
220
221 \C{intro} Introduction
222
223 \H{whatsnasm} What Is NASM?
224
225 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed for
226 portability and modularity. It supports a range of object file
227 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF}, \c{Mach-O},
228 Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will also output plain
229 binary files. Its syntax is designed to be simple and easy to understand, similar
230 to Intel's but less complex. It supports from the upto and including \c{Pentium},
231 \c{P6}, \c{MMX}, \c{3DNow!}, \c{SSE}, \c{SSE2}, \c{SSE3} and \c{x64} opcodes. NASM has
232 a strong support for macro conventions.
233
234
235 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
236
237 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
238 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
239 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
240 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
241
242 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
243 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
244
245 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
246 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
247 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
248 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
249 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
250 it (properly.)
251
252 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
253 doesn't seem to have much (or any) documentation.
254
255 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
256 DOS.
257
258 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
259 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
260 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
261 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
262 It's expensive too. And it's DOS-only.
263
264 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
265 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
266 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
267 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
268 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
269 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
270 Again.
271
272
273 \S{legal} License Conditions
274
275 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
276 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
277 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
278 Public License, LGPL.
279
280
281 \H{contact} Contact Information
282
283 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
284 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
285 (see below for the link).
286 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
287
288 NASM has a \i{WWW page} at
289 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
290 not there, google for us!
291
292
293 The original authors are \i{e\-mail}able as
294 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
295 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
296 The latter is no longer involved in the development team.
297
298 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
299 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
300 and to
301 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
302 and
303 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
304
305 Announcements are posted to
306 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
307 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
308 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
309
310 If you want information about NASM beta releases, and the current
311 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
312 by registering at
313 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
314
315
316 \H{install} Installation
317
318 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
319
320 Once you've obtained the \i{DOS archive} for NASM, \i\c{nasmXXX.zip}
321 (where \c{XXX} denotes the version number of NASM contained in the
322 archive), unpack it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
323
324 The archive will contain four executable files: the NASM executable
325 files \i\c{nasm.exe} and \i\c{nasmw.exe}, and the NDISASM executable
326 files \i\c{ndisasm.exe} and \i\c{ndisasmw.exe}. In each case, the
327 file whose name ends in \c{w} is a \I{Win32}\c{Win32} executable,
328 designed to run under \I{Windows 95}\c{Windows 95} or \I{Windows NT}
329 \c{Windows NT} Intel, and the other one is a 16-bit \I{DOS}\c{DOS}
330 executable.
331
332 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
333 (at least) one of \c{nasm.exe} and \c{nasmw.exe} to a directory on
334 your PATH, or alternatively edit \i\c{autoexec.bat} to add the
335 \c{nasm} directory to your \i\c{PATH}. (If you're only installing the
336 \c{Win32} version, you may wish to rename it to \c{nasm.exe}.)
337
338 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
339 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
340 so you can delete it if you need to save space; however, you may
341 want to keep the documentation or test programs.
342
343 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasmXXXs.zip},
344 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
345 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
346 rebuild your copy of NASM from scratch.
347
348 Note that the source files \c{insnsa.c}, \c{insnsd.c}, \c{insnsi.h}
349 and \c{insnsn.c} are automatically generated from the master
350 instruction table \c{insns.dat} by a Perl script; the file
351 \c{macros.c} is generated from \c{standard.mac} by another Perl
352 script. Although the NASM source distribution includes these generated
353 files, you will need to rebuild them (and hence, will need a Perl
354 interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
355 documentation. It is possible future source distributions may not
356 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
357 platforms, including DOS and Windows, are available from
358 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
359
360
361 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
362
363 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
364 \i\c{nasm-X.XX.tar.gz} (where \c{X.XX} denotes the version number of
365 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
366 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
367 own subdirectory \c{nasm-X.XX}.
368
369 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
370 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
371 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
372 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
373 accordingly.
374
375 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
376 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
377 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
378 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
379 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
380 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
381 install the programs yourself.
382
383 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
384 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
385 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
386 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
387
388 If NASM fails to auto-configure, you may still be able to make it
389 compile by using the fall-back Unix makefile \i\c{Makefile.unx}.
390 Copy or rename that file to \c{Makefile} and try typing \c{make}.
391 There is also a Makefile.unx file in the \c{rdoff} subdirectory.
392
393
394 \C{running} Running NASM
395
396 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
397
398 To assemble a file, you issue a command of the form
399
400 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
401
402 For example,
403
404 \c nasm -f elf myfile.asm
405
406 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
407
408 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
409
410 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
411
412 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
413 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
414 to give a listing file name, for example:
415
416 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
417
418 To get further usage instructions from NASM, try typing
419
420 \c nasm -h
421
422 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
423 are.
424
425 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
426 or \c{ELF}, type
427
428 \c file nasm
429
430 (in the directory in which you put the NASM binary when you
431 installed it). If it says something like
432
433 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
434
435 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
436 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
437
438 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
439
440 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
441 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
442 and are rare these days.)
443
444 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
445 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
446 messages.
447
448
449 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
450
451 NASM will normally choose the name of your output file for you;
452 precisely how it does this is dependent on the object file format.
453 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
454 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
455 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
456 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
457 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
458 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
459 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
460 the output file \c{myfile}.
461
462 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
463 has the same name as the input file, in which case it will give a
464 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
465
466 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
467 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
468 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
469 with the name you wish for the output file, either with or without
470 an intervening space. For example:
471
472 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
473 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
474
475 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
476 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-On}.
477
478
479 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
480
481 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
482 output file format for you itself. In the distribution versions of
483 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
484 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
485 choose what you want the default to be.
486
487 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
488 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
489
490 A complete list of the available output file formats can be given by
491 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
492
493
494 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
495
496 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
497 optional space) by a file name, NASM will generate a
498 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
499 code are listed on the left, and the actual source code, with
500 expansions of multi-line macros (except those which specifically
501 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
502 right. For example:
503
504 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
505
506 If a list file is selected, you may turn off listing for a 
507 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
508 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user 
509 form" (without the brackets). This can be used to list only 
510 sections of interest, avoiding excessively long listings.
511
512
513 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}.
514
515 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
516 This can be redirected to a file for further processing. For example:
517
518 \c NASM -M myfile.asm > myfile.dep
519
520
521 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
522
523 This option is used to select the format of the debug information emitted 
524 into the output file, to be used by a debugger (or \e{will} be). Use
525 of this switch does \e{not} enable output of the selected debug info format.
526 Use \c{-g}, see \k{opt-g}, to enable output.
527
528 A complete list of the available debug file formats for an output format
529 can be seen by issuing the command \i\c{nasm -f <format> -y}. (only 
530 "borland" in "-f obj", as of 0.98.35, but "watch this space") 
531 See: \k{opt-y}.
532
533 This should not be confused with the "-f dbg" output format option which 
534 is not built into NASM by default. For information on how
535 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}
536
537
538 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
539
540 This option can be used to generate debugging information in the specified
541 format. See: \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting 
542 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
543 If no debug information is currently implemented in the selected output 
544 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
545
546
547 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
548
549 This option can be used to select an error reporting format for any 
550 error messages that might be produced by NASM.
551
552 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
553 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is 
554 the default and looks like this:
555
556 \c filename.asm:65: error: specific error message 
557
558 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
559 error was detected, \c{65} is the source file line number on which 
560 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
561 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
562 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
563
564 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
565 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
566
567 \c filename.asm(65) : error: specific error message
568
569 where the only difference is that the line number is in parentheses
570 instead of being delimited by colons.  
571
572 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
573
574 \S{opt-E} The \i\c{-E} Option: Send Errors to a File
575
576 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
577 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
578 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
579 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
580 example) you want to load them into an editor.
581
582 NASM therefore provides the \c{-E} option, taking a filename argument
583 which causes errors to be sent to the specified files rather than
584 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
585 the errors into a file by typing
586
587 \c nasm -E myfile.err -f obj myfile.asm
588
589
590 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
591
592 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
593 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
594 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
595 program, you can type:
596
597 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
598
599 See also the \c{-E} option, \k{opt-E}.
600
601
602 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
603
604 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{incbin} directive in 
605 a source file (see \k{include} or \k{incbin}), 
606 it will search for the given file not only in the
607 current directory, but also in any directories specified on the
608 command line by the use of the \c{-i} option. Therefore you can
609 include files from a \i{macro library}, for example, by typing
610
611 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
612
613 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
614 optional).
615
616 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
617 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
618 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
619 prepended exactly as written to the name of the include file.
620 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
621 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
622
623 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
624 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
625 to search for the file \c{foobar.i}...)
626
627 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
628 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
629 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
630 \k{nasmenv}).
631
632 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
633 be specified as \c{-I}.
634
635
636 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
637
638 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
639 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
640 option. So running
641
642 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
643
644 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
645 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
646
647 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
648 option can also be specified as \c{-P}.
649
650
651 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
652
653 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
654 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
655 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
656 could code
657
658 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
659
660 as an alternative to placing the directive
661
662 \c %define FOO 100
663
664 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
665 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
666 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
667 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
668 \c{-dDEBUG}.
669
670 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
671 be specified as \c{-D}.
672
673
674 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
675
676 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
677 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
678 option specified earlier on the command lines.
679
680 For example, the following command line:
681
682 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
683
684 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
685 program. This is useful to override options specified at a different
686 point in a Makefile.
687
688 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
689 be specified as \c{-U}.
690
691
692 \S{opt-e} The \i\c{-e} Option: Preprocess Only
693
694 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
695 point. Using the \c{-e} option (which requires no arguments) will
696 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
697 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
698 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
699 if the \c{-o} option is also used).
700
701 This option cannot be applied to programs which require the
702 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
703 which depend on the values of symbols: so code such as
704
705 \c %assign tablesize ($-tablestart)
706
707 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
708
709
710 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
711
712 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
713 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
714 completely and assume the compiler has already done it, to save time
715 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
716 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
717 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
718
719
720 \S{opt-On} The \i\c{-On} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}.
721
722 NASM defaults to being a two pass assembler. This means that if you
723 have a complex source file which needs more than 2 passes to assemble
724 optimally, you have to enable extra passes.
725
726 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out multiple passes.
727 The syntax is:
728
729 \b \c{-O0} strict two-pass assembly, JMP and Jcc are handled more
730         like v0.98, except that backward JMPs are short, if possible.
731         Immediate operands take their long forms if a short form is
732         not specified.
733
734 \b \c{-O1} strict two-pass assembly, but forward branches are assembled
735         with code guaranteed to reach; may produce larger code than
736         -O0, but will produce successful assembly more often if
737         branch offset sizes are not specified.
738         Additionally, immediate operands which will fit in a signed byte
739         are optimized, unless the long form is specified.
740
741 \b \c{-On} multi-pass optimization, minimize branch offsets; also will
742         minimize signed immediate bytes, overriding size specification
743         unless the \c{strict} keyword has been used (see \k{strict}).
744         The number specifies the maximum number of passes.  The more
745         passes, the better the code, but the slower is the assembly.
746
747 Note that this is a capital O, and is different from a small o, which
748 is used to specify the output format. See \k{opt-o}.
749
750
751 \S{opt-t} The \i\c{-t} option: Enable TASM Compatibility Mode
752
753 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
754 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
755
756 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
757
758 \b TASM-style response files beginning with \c{@} may be specified on
759 the command line. This is different from the \c{-@resp} style that NASM
760 natively supports.
761
762 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
763 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
764 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
765 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
766 Note that you lose the ability to override the default address type for
767 the instruction.
768
769 \b \c{%arg} preprocessor directive is supported which is similar to
770 TASM's \c{ARG} directive.
771
772 \b \c{%local} preprocessor directive
773
774 \b \c{%stacksize} preprocessor directive
775
776 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
777 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
778 \c{include}, \c{local})
779
780 \b more...
781
782 For more information on the directives, see the section on TASM
783 Compatiblity preprocessor directives in \k{tasmcompat}.
784
785
786 \S{opt-w} The \i\c{-w} Option: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
787
788 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
789 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
790 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
791 conditions are reported like errors, but come up with the word
792 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
793 generating an output file and returning a success status to the
794 operating system.
795
796 Some conditions are even less severe than that: they are only
797 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
798 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
799 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
800 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
801 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
802 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
803
804 The \i{suppressible warning} classes are:
805
806 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
807 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
808 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
809 you might want to disable it.
810
811 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This 
812 warning class is enabled by default.
813
814 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
815 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
816 NASM does not warn about this somewhat obscure condition by default;
817 see \k{syntax} for an example of why you might want it to.
818
819 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
820 don't fit in 32 bits (for example, it's easy to type one too many Fs
821 and produce \c{0x7ffffffff} by mistake). This warning class is
822 enabled by default.
823
824 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations 
825 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this. 
826 This warning class is enabled by default.
827
828 \b In addition, warning classes may be enabled or disabled across 
829 sections of source code with \i\c{[warning +warning-name]} or 
830 \i\c{[warning -warning-name]}. No "user form" (without the 
831 brackets) exists. 
832
833
834 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
835
836 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
837 and the date on which it was compiled. This replaces the deprecated 
838 \c{-r}.
839
840 You will need the version number if you report a bug.
841
842 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
843
844 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available 
845 debug info formats for the given output format. The default format 
846 is indicated by an asterisk. E.g. \c{nasm -f obj -y} yields \c{* borland}.
847 (as of 0.98.35, the \e{only} debug info format implemented).
848
849
850 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
851
852 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append 
853 (respectively) the given argument to all \c{global} or
854 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix_} will prepend the 
855 underscore to all global and external variables, as C sometimes 
856 (but not always) likes it.
857
858
859 \S{nasmenv} The \c{NASMENV} \i{Environment} Variable
860
861 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
862 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
863 processed before the real command line. You can use this to define
864 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
865 options in the \c{NASMENV} variable.
866
867 The value of the variable is split up at white space, so that the
868 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
869 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
870 what you might want, because it will be split at the space and the
871 NASM command-line processing will get confused by the two
872 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
873
874 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
875 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
876 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
877 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
878 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
879 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
880
881 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
882 changed with version 0.98.31.
883
884
885 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
886
887 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
888 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
889 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
890 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
891 skipping this section.
892
893
894 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
895
896 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
897 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
898 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
899 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
900 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
901 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
902 will distinguish between labels differing only in case.
903
904
905 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
906
907 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
908 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
909 practical, for the user to look at a single line of NASM code
910 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
911 if you declare, for example,
912
913 \c foo     equ     1
914 \c bar     dw      2
915
916 then the two lines of code
917
918 \c         mov     ax,foo
919 \c         mov     ax,bar
920
921 generate completely different opcodes, despite having
922 identical-looking syntaxes.
923
924 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
925 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
926 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
927 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
928 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
929 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
930 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
931 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
932
933 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
934 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
935 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
936 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
937 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
938 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
939
940 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
941 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
942 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
943 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
944 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
945 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
946 \e{everything} is a label.
947
948 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
949 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
950 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
951 portion outside square brackets and another portion inside. The
952 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
953 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
954
955
956 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
957
958 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
959 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
960 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
961 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
962 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
963 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
964 \c{mov word [var],2}.
965
966 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
967 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
968 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
969 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
970 the strings being manipulated.
971
972
973 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
974
975 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
976 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
977 choose to put in your segment registers, and will never
978 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
979
980
981 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
982
983 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
984 memory models. The programmer has to keep track of which functions
985 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
986 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
987 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
988 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
989 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
990 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
991 track of which external variable definitions are far and which are
992 near.
993
994
995 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
996
997 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
998 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
999 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1000 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1001
1002 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1003 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1004 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1005 on a misunderstanding by the authors.
1006
1007
1008 \S{qsother} Other Differences
1009
1010 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1011 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1012
1013 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1014 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1015 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1016 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1017 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1018 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1019 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1020
1021 In addition to all of this, macros and directives work completely
1022 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1023 details.
1024
1025
1026 \C{lang} The NASM Language
1027
1028 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1029
1030 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1031 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1032 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1033
1034 \c label:    instruction operands        ; comment
1035
1036 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1037 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1038 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1039 presence and nature of the instruction field.
1040
1041 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1042 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1043 backslash-ended line.
1044
1045 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1046 have white space before them, or instructions may have no space
1047 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1048 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1049 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1050 valid source line which does nothing but define a label. Running
1051 NASM with the command-line option
1052 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1053 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1054
1055 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1056 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1057 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1058 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1059 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1060 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1061 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1062 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1063 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of 
1064 an identifier is 4095 characters.
1065
1066 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1067 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1068 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1069 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1070 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1071 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \c{A16},
1072 \c{A32}, \c{O16} and \c{O32} are provided - one example of their use
1073 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1074 override}segment register as an instruction prefix: coding
1075 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1076 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1077 syntactic features of the language, but for instructions such as
1078 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1079 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1080 \c{es lodsb}.
1081
1082 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1083 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1084 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1085
1086 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1087 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1088
1089 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1090 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1091 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1092 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1093 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1094 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1095
1096 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1097 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1098 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1099 \# Details of
1100 \# all forms of each supported instruction are given in
1101 \# \k{iref}.
1102 For example, you can code:
1103
1104 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1105 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1106 \c
1107 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1108 \c         fadd    to st1          ; so does this
1109
1110 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1111 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1112 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1113
1114
1115 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1116
1117 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1118 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1119 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1120 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT} and \i\c{DO};
1121 their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1122 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST} and \i\c{RESO}; the \i\c{INCBIN}
1123 command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES} prefix.
1124
1125
1126 \S{db} \c{DB} and friends: Declaring initialized Data
1127
1128 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT} and \i\c{DO} are
1129 used, much as in MASM, to declare initialized data in the output
1130 file. They can be invoked in a wide range of ways:
1131 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1132
1133 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1134 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1135 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1136 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1137 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1138 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1139 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1140 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1141 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1142 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1143 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1144 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1145 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1146
1147 \c{DT} and \c{DO} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1148 \c{DB} does not accept \i{floating-point} numbers as operands.
1149
1150
1151 \S{resb} \c{RESB} and friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1152
1153 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST} and
1154 \i\c{RESO} are designed to be used in the BSS section of a module:
1155 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1156 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1157 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1158 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1159 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1160 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1161 expression}: see \k{crit}.
1162
1163 For example:
1164
1165 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1166 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1167 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1168
1169
1170 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1171
1172 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1173 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1174 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1175 directly into a game executable file. It can be called in one of
1176 these three ways:
1177
1178 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1179 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1180 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1181 \c                                    ; actually include at most 512
1182
1183
1184 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1185
1186 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1187 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1188 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1189 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1190 example,
1191
1192 \c message         db      'hello, world'
1193 \c msglen          equ     $-message
1194
1195 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1196 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1197 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1198 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1199 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1200 and using the value of \c{$} at the point of reference. Note that
1201 the operand to an \c{EQU} is also a \i{critical expression}
1202 (\k{crit}).
1203
1204
1205 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1206
1207 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1208 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1209 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1210 code
1211
1212 \c zerobuf:        times 64 db 0
1213
1214 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1215 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1216 \e{expression}, so you can do things like
1217
1218 \c buffer: db      'hello, world'
1219 \c         times 64-$+buffer db ' '
1220
1221 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1222 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1223 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1224
1225 \c         times 100 movsb
1226
1227 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1228 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1229 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1230
1231 The operand to \c{TIMES}, like that of \c{EQU} and those of \c{RESB}
1232 and friends, is a critical expression (\k{crit}).
1233
1234 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1235 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1236 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1237 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1238 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1239
1240
1241 \H{effaddr} Effective Addresses
1242
1243 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1244 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1245 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1246 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1247 example:
1248
1249 \c wordvar dw      123
1250 \c         mov     ax,[wordvar]
1251 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1252 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1253
1254 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1255 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1256
1257 More complicated effective addresses, such as those involving more
1258 than one register, work in exactly the same way:
1259
1260 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1261 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1262
1263 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1264 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1265 all right:
1266
1267 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1268 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1269
1270 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1271 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1272 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1273 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1274 generate the latter on the grounds that the former requires four
1275 bytes to store a zero offset.
1276
1277 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1278 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1279 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1280 default segment registers.
1281
1282 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1283 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1284 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1285 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1286 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1287 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1288 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1289 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1290 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1291 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1292 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1293
1294 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1295 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1296 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1297 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1298 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1299 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1300 the offset to be lost.
1301
1302 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1303 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1304 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1305 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1306 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1307 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1308
1309 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1310 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1311 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1312 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1313
1314
1315 \H{const} \i{Constants}
1316
1317 NASM understands four different types of constant: numeric,
1318 character, string and floating-point.
1319
1320
1321 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1322
1323 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1324 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1325 suffix \c{H}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hex}, \i{octal} and \i{binary},
1326 or you can prefix \c{0x} for hex in the style of C, or you can
1327 prefix \c{$} for hex in the style of Borland Pascal. Note, though,
1328 that the \I{$, prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on
1329 identifiers (see \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$}
1330 sign must have a digit after the \c{$} rather than a letter.
1331
1332 Some examples:
1333
1334 \c         mov     ax,100          ; decimal
1335 \c         mov     ax,0a2h         ; hex
1336 \c         mov     ax,$0a2         ; hex again: the 0 is required
1337 \c         mov     ax,0xa2         ; hex yet again
1338 \c         mov     ax,777q         ; octal
1339 \c         mov     ax,777o         ; octal again
1340 \c         mov     ax,10010011b    ; binary
1341
1342
1343 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1344
1345 A character constant consists of up to four characters enclosed in
1346 either single or double quotes. The type of quote makes no
1347 difference to NASM, except of course that surrounding the constant
1348 with single quotes allows double quotes to appear within it and vice
1349 versa.
1350
1351 A character constant with more than one character will be arranged
1352 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1353
1354 \c           mov eax,'abcd'
1355
1356 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1357 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1358 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1359 the sense of character constants understood by the Pentium's
1360 \i\c{CPUID} instruction.
1361 \# (see \k{insCPUID})
1362
1363
1364 \S{strconst} String Constants
1365
1366 String constants are only acceptable to some pseudo-instructions,
1367 namely the \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\i\c{DB} family and
1368 \i\c{INCBIN}.
1369
1370 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1371 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1372 for the conditions. So the following are equivalent:
1373
1374 \c       db    'hello'               ; string constant
1375 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1376
1377 And the following are also equivalent:
1378
1379 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1380 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1381 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1382
1383 Note that when used as an operand to \c{db}, a constant like
1384 \c{'ab'} is treated as a string constant despite being short enough
1385 to be a character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have
1386 the same effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly,
1387 three-character or four-character constants are treated as strings
1388 when they are operands to \c{dw}.
1389
1390
1391 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1392
1393 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1394 \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}. They are
1395 expressed in the traditional form: digits, then a period, then
1396 optionally more digits, then optionally an \c{E} followed by an
1397 exponent. The period is mandatory, so that NASM can distinguish
1398 between \c{dd 1}, which declares an integer constant, and \c{dd 1.0}
1399 which declares a floating-point constant.
1400
1401 NASM also support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x},
1402 hexadecimal digits, period, optionally more hexadeximal digits, then
1403 optionally a \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent
1404 in decimal notation.
1405
1406 Some examples:
1407
1408 \c       dw    -0.5                    ; IEEE half precision
1409 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1410 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1411 \c       dq    1.e10                   ; 10,000,000,000
1412 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1413 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1414 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1415 \c       do    1.e+4000                ; IEEE quad precision
1416
1417 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1418 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1419 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1420 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1421 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1422 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1423 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1424 of floating-point routines, which would significantly increase the
1425 size of the assembler for very little benefit.
1426
1427
1428 \H{expr} \i{Expressions}
1429
1430 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1431 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1432 appropriate size.
1433
1434 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1435 calculations to involve the current assembly position: the
1436 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1437 position at the beginning of the line containing the expression; so
1438 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1439 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1440 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1441
1442 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1443 increasing order of \i{precedence}.
1444
1445
1446 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1447
1448 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1449 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1450 arithmetic operator supported by NASM.
1451
1452
1453 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1454
1455 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1456
1457
1458 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1459
1460 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1461
1462
1463 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1464
1465 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1466 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1467 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1468 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1469 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1470
1471
1472 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1473 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1474
1475 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1476 subtraction.
1477
1478
1479 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1480 \i{Multiplication} and \i{Division}
1481
1482 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1483 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1484 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1485 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1486 \i{signed modulo} operators respectively.
1487
1488 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1489 operation of the signed modulo operator.
1490
1491 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1492 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1493 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1494
1495
1496 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1497 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1498
1499 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1500 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1501 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1502 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1503 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1504 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1505
1506
1507 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1508
1509 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1510 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1511 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1512 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1513
1514 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1515 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1516 the symbol makes sense. So the code
1517
1518 \c         mov     ax,seg symbol
1519 \c         mov     es,ax
1520 \c         mov     bx,symbol
1521
1522 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1523
1524 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1525 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1526 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1527 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1528 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1529
1530 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1531 \c         mov     es,ax
1532 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1533
1534 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1535 pointer to the symbol \c{symbol}.
1536
1537 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1538 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1539 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1540 could code either of
1541
1542 \c         call    (seg procedure):procedure
1543 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1544
1545 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1546 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1547 practice.)
1548
1549 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1550 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1551 to \c{CALL} in these examples.
1552
1553 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1554 must code
1555
1556 \c         dw      symbol, seg symbol
1557
1558 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1559 invent one using the macro processor.
1560
1561
1562 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1563
1564 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1565 \k{opt-On}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1566 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD} or \c{OWORD}), but will give them the
1567 smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be used to inhibit
1568 optimization and force a particular operand to be emitted in the
1569 specified size. For example, with the optimizer on, and in \c{BITS 16}
1570 mode,
1571
1572 \c         push dword 33
1573
1574 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1575
1576 \c         push strict dword 33
1577
1578 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1579 21 00 00 00}.
1580
1581 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1582 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1583
1584
1585 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1586
1587 A limitation of NASM is that it is a \i{two-pass assembler}; unlike
1588 TASM and others, it will always do exactly two \I{passes}\i{assembly
1589 passes}. Therefore it is unable to cope with source files that are
1590 complex enough to require three or more passes.
1591
1592 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1593 code and data, so that the second pass, when generating all the
1594 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1595 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1596 symbol declared after the code in question. For example,
1597
1598 \c         times (label-$) db 0
1599 \c label:  db      'Where am I?'
1600
1601 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1602 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1603 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1604 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1605 code
1606
1607 \c         times (label-$+1) db 0
1608 \c label:  db      'NOW where am I?'
1609
1610 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1611 wrong!
1612
1613 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1614 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1615 value is required to be computable in the first pass, and which must
1616 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1617 the \c{TIMES} prefix is a critical expression; for the same reason,
1618 the arguments to the \i\c{RESB} family of pseudo-instructions are
1619 also critical expressions.
1620
1621 Critical expressions can crop up in other contexts as well: consider
1622 the following code.
1623
1624 \c                 mov     ax,symbol1
1625 \c symbol1         equ     symbol2
1626 \c symbol2:
1627
1628 On the first pass, NASM cannot determine the value of \c{symbol1},
1629 because \c{symbol1} is defined to be equal to \c{symbol2} which NASM
1630 hasn't seen yet. On the second pass, therefore, when it encounters
1631 the line \c{mov ax,symbol1}, it is unable to generate the code for
1632 it because it still doesn't know the value of \c{symbol1}. On the
1633 next line, it would see the \i\c{EQU} again and be able to determine
1634 the value of \c{symbol1}, but by then it would be too late.
1635
1636 NASM avoids this problem by defining the right-hand side of an
1637 \c{EQU} statement to be a critical expression, so the definition of
1638 \c{symbol1} would be rejected in the first pass.
1639
1640 There is a related issue involving \i{forward references}: consider
1641 this code fragment.
1642
1643 \c         mov     eax,[ebx+offset]
1644 \c offset  equ     10
1645
1646 NASM, on pass one, must calculate the size of the instruction \c{mov
1647 eax,[ebx+offset]} without knowing the value of \c{offset}. It has no
1648 way of knowing that \c{offset} is small enough to fit into a
1649 one-byte offset field and that it could therefore get away with
1650 generating a shorter form of the \i{effective-address} encoding; for
1651 all it knows, in pass one, \c{offset} could be a symbol in the code
1652 segment, and it might need the full four-byte form. So it is forced
1653 to compute the size of the instruction to accommodate a four-byte
1654 address part. In pass two, having made this decision, it is now
1655 forced to honour it and keep the instruction large, so the code
1656 generated in this case is not as small as it could have been. This
1657 problem can be solved by defining \c{offset} before using it, or by
1658 forcing byte size in the effective address by coding \c{[byte
1659 ebx+offset]}.
1660
1661 Note that use of the \c{-On} switch (with n>=2) makes some of the above
1662 no longer true (see \k{opt-On}).
1663
1664 \H{locallab} \i{Local Labels}
1665
1666 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1667 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1668 label, which means that it is associated with the previous non-local
1669 label. So, for example:
1670
1671 \c label1  ; some code
1672 \c
1673 \c .loop
1674 \c         ; some more code
1675 \c
1676 \c         jne     .loop
1677 \c         ret
1678 \c
1679 \c label2  ; some code
1680 \c
1681 \c .loop
1682 \c         ; some more code
1683 \c
1684 \c         jne     .loop
1685 \c         ret
1686
1687 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1688 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1689 are kept separate by virtue of each being associated with the
1690 previous non-local label.
1691
1692 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1693 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1694 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1695 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1696 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1697 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1698 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1699 to, you could write
1700
1701 \c label3  ; some more code
1702 \c         ; and some more
1703 \c
1704 \c         jmp label1.loop
1705
1706 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1707 define a label which can be referenced from anywhere but which
1708 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1709 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1710 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1711 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1712 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1713 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1714 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1715 to the local label mechanism. So you could code
1716
1717 \c label1:                         ; a non-local label
1718 \c .local:                         ; this is really label1.local
1719 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1720 \c label2:                         ; another non-local label
1721 \c .local:                         ; this is really label2.local
1722 \c
1723 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1724
1725 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1726 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1727 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1728
1729
1730 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1731
1732 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1733 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1734 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1735 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1736 sign.
1737
1738 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1739 character into a single line.  Thus:
1740
1741 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1742 \c         THIS_VALUE
1743
1744 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1745 sequence.
1746
1747 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1748
1749 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1750
1751 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1752 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1753 things like
1754
1755 \c %define ctrl    0x1F &
1756 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1757 \c
1758 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1759
1760 which will expand to
1761
1762 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1763
1764 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1765 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1766 not at definition time. Thus the code
1767
1768 \c %define a(x)    1+b(x)
1769 \c %define b(x)    2*x
1770 \c
1771 \c         mov     ax,a(8)
1772
1773 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1774 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1775
1776 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1777 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1778 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1779 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1780 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1781 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1782 \c{bar}.
1783
1784 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1785 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1786 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1787 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1788 Hence, if you code
1789
1790 \c %define a(x)    1+a(x)
1791 \c
1792 \c         mov     ax,a(3)
1793
1794 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1795 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1796 for an example of its use.
1797
1798 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
1799 macros: if you write
1800
1801 \c %define foo(x)   1+x
1802 \c %define foo(x,y) 1+x*y
1803
1804 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
1805 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
1806 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
1807 you define
1808
1809 \c %define foo bar
1810
1811 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
1812 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
1813 \e{with} parameters, and vice versa.
1814
1815 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
1816 perfectly well define a macro with
1817
1818 \c %define foo bar
1819
1820 and then re-define it later in the same source file with
1821
1822 \c %define foo baz
1823
1824 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
1825 according to the most recent definition. This is particularly useful
1826 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
1827
1828 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
1829 the NASM command line: see \k{opt-d}.
1830
1831
1832 \S{xdefine} Enhancing %define: \I\c{%xidefine}\i\c{%xdefine}
1833
1834 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
1835 time that it is embedded, as opposed to when the calling macro is
1836 expanded, you need a different mechanism to the one offered by
1837 \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or it's
1838 \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%xidefine}.
1839
1840 Suppose you have the following code:
1841
1842 \c %define  isTrue  1
1843 \c %define  isFalse isTrue
1844 \c %define  isTrue  0
1845 \c
1846 \c val1:    db      isFalse
1847 \c
1848 \c %define  isTrue  1
1849 \c
1850 \c val2:    db      isFalse
1851
1852 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
1853 This is because, when a single-line macro is defined using
1854 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
1855 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
1856 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
1857 time it is 1.
1858
1859 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
1860 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
1861 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
1862
1863 \c %xdefine isTrue  1
1864 \c %xdefine isFalse isTrue
1865 \c %xdefine isTrue  0
1866 \c
1867 \c val1:    db      isFalse
1868 \c
1869 \c %xdefine isTrue  1
1870 \c
1871 \c val2:    db      isFalse
1872
1873 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
1874 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
1875 the time that \c{isFalse} was defined.
1876
1877
1878 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
1879
1880 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
1881 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
1882 several similar macros that perform similar functions.
1883
1884 As an example, consider the following:
1885
1886 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
1887
1888 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
1889 \c         .COM1addr       RESW    1
1890 \c         .COM2addr       RESW    1
1891 \c         ; ..and so on
1892 \c endstruc
1893
1894 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
1895 we can end up with:
1896
1897 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
1898 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
1899
1900 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
1901 can be reduced in size significantly by using the following macro:
1902
1903 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
1904
1905 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
1906
1907 Now the above code can be written as:
1908
1909 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
1910 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
1911
1912 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
1913 in turn, reduce typing errors).
1914
1915
1916 \S{undef} Undefining macros: \i\c{%undef}
1917
1918 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} command.  For
1919 example, the following sequence:
1920
1921 \c %define foo bar
1922 \c %undef  foo
1923 \c
1924 \c         mov     eax, foo
1925
1926 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
1927 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
1928
1929 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
1930 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
1931 \k{opt-u}.
1932
1933
1934 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
1935
1936 An alternative way to define single-line macros is by means of the
1937 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
1938 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
1939 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
1940
1941 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
1942 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
1943 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
1944 \c{%assign} directive is processed.
1945
1946 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
1947 later, so you can do things like
1948
1949 \c %assign i i+1
1950
1951 to increment the numeric value of a macro.
1952
1953 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
1954 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
1955 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
1956
1957 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
1958 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
1959 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
1960 involving a register).
1961
1962
1963 \H{strlen} \i{String Handling in Macros}: \i\c{%strlen} and \i\c{%substr}
1964
1965 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
1966 supports two simple string handling macro operators from which
1967 more complex operations can be constructed.
1968
1969
1970 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
1971
1972 The \c{%strlen} macro is like \c{%assign} macro in that it creates
1973 (or redefines) a numeric value to a macro. The difference is that
1974 with \c{%strlen}, the numeric value is the length of a string. An
1975 example of the use of this would be:
1976
1977 \c %strlen charcnt 'my string'
1978
1979 In this example, \c{charcnt} would receive the value 8, just as
1980 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
1981 was a literal string but it could also have been a single-line
1982 macro that expands to a string, as in the following example:
1983
1984 \c %define sometext 'my string'
1985 \c %strlen charcnt sometext
1986
1987 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
1988 assigned the value of 8.
1989
1990
1991 \S{substr} \i{Sub-strings}: \i\c{%substr}
1992
1993 Individual letters in strings can be extracted using \c{%substr}.
1994 An example of its use is probably more useful than the description:
1995
1996 \c %substr mychar  'xyz' 1         ; equivalent to %define mychar 'x'
1997 \c %substr mychar  'xyz' 2         ; equivalent to %define mychar 'y'
1998 \c %substr mychar  'xyz' 3         ; equivalent to %define mychar 'z'
1999
2000 In this example, mychar gets the value of 'y'. As with \c{%strlen}
2001 (see \k{strlen}), the first parameter is the single-line macro to
2002 be created and the second is the string. The third parameter
2003 specifies which character is to be selected. Note that the first
2004 index is 1, not 0 and the last index is equal to the value that
2005 \c{%strlen} would assign given the same string. Index values out
2006 of range result in an empty string.
2007
2008
2009 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2010
2011 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2012 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2013 this.
2014
2015 \c %macro  prologue 1
2016 \c
2017 \c         push    ebp
2018 \c         mov     ebp,esp
2019 \c         sub     esp,%1
2020 \c
2021 \c %endmacro
2022
2023 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2024 invoke the macro with a call such as
2025
2026 \c myfunc:   prologue 12
2027
2028 which would expand to the three lines of code
2029
2030 \c myfunc: push    ebp
2031 \c         mov     ebp,esp
2032 \c         sub     esp,12
2033
2034 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2035 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2036 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2037 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2038 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2039 \c{%3} and so on.
2040
2041 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2042 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2043
2044 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2045 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2046 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2047 things like
2048
2049 \c %macro  silly 2
2050 \c
2051 \c     %2: db      %1
2052 \c
2053 \c %endmacro
2054 \c
2055 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2056 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2057 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2058
2059
2060 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2061
2062 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2063 defining the same macro name several times with different numbers of
2064 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2065 parameters at all. So you could define
2066
2067 \c %macro  prologue 0
2068 \c
2069 \c         push    ebp
2070 \c         mov     ebp,esp
2071 \c
2072 \c %endmacro
2073
2074 to define an alternative form of the function prologue which
2075 allocates no local stack space.
2076
2077 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2078 instruction; for example, you might want to define
2079
2080 \c %macro  push 2
2081 \c
2082 \c         push    %1
2083 \c         push    %2
2084 \c
2085 \c %endmacro
2086
2087 so that you could code
2088
2089 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2090 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2091
2092 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2093 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2094 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2095 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2096 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2097 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2098
2099
2100 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2101
2102 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2103 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2104 calling the same macro multiple times will use a different label
2105 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2106 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2107 flag is set by doing this:
2108
2109 \c %macro  retz 0
2110 \c
2111 \c         jnz     %%skip
2112 \c         ret
2113 \c     %%skip:
2114 \c
2115 \c %endmacro
2116
2117 You can call this macro as many times as you want, and every time
2118 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2119 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2120 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2121 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2122 interfering with the local label mechanism, as described in
2123 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2124 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2125 they interfere with macro-local labels.
2126
2127
2128 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2129
2130 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2131 command line into one parameter definition, possibly after
2132 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2133 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2134 you might want to be able to write
2135
2136 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2137
2138 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2139 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2140 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2141 the last defined one along with the separating commas. So if you
2142 code:
2143
2144 \c %macro  writefile 2+
2145 \c
2146 \c         jmp     %%endstr
2147 \c   %%str:        db      %2
2148 \c   %%endstr:
2149 \c         mov     dx,%%str
2150 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2151 \c         mov     bx,%1
2152 \c         mov     ah,0x40
2153 \c         int     0x21
2154 \c
2155 \c %endmacro
2156
2157 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2158 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2159 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2160 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2161 \c{db}.
2162
2163 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2164 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2165 \c{%macro} line.
2166
2167 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2168 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2169 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2170 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2171 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2172 into account when overloading macros, and will not allow you to
2173 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2174 example).
2175
2176 Of course, the above macro could have been implemented as a
2177 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2178 look like
2179
2180 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2181
2182 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2183 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2184 definition.
2185
2186 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2187
2188
2189 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2190
2191 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2192 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2193 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2194
2195 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2196 \c
2197 \c         writefile 2,%1
2198 \c         mov     ax,0x4c01
2199 \c         int     0x21
2200 \c
2201 \c %endmacro
2202
2203 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2204 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2205 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2206 called with no parameters, in which case it will use the default
2207 error message supplied in the macro definition.
2208
2209 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2210 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2211 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2212 optional ones. So if a macro definition began with the line
2213
2214 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2215
2216 then it could be called with between one and three parameters, and
2217 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2218 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2219 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2220
2221 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2222 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2223 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2224 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2225 parameters were really passed to the macro call.
2226
2227 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2228 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2229 and more useful, by changing the first line of the definition to
2230
2231 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2232
2233 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2234 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2235 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2236
2237
2238 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2239
2240 For a macro which can take a variable number of parameters, the
2241 parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2242 number of parameters passed to the macro. This can be used as an
2243 argument to \c{%rep} (see \k{rep}) in order to iterate through all
2244 the parameters of a macro. Examples are given in \k{rotate}.
2245
2246
2247 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2248
2249 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2250 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2251 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2252 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2253 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2254 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2255
2256 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2257 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2258 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2259 argument list reappear on the right, and vice versa.
2260
2261 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2262 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2263 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2264 parameters are rotated to the right.
2265
2266 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2267 restore a set of registers might work as follows:
2268
2269 \c %macro  multipush 1-*
2270 \c
2271 \c   %rep  %0
2272 \c         push    %1
2273 \c   %rotate 1
2274 \c   %endrep
2275 \c
2276 \c %endmacro
2277
2278 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2279 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2280 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2281 one place to the left, so that the original second argument is now
2282 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2283 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2284 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2285
2286 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2287 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2288 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2289
2290 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2291 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2292 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2293 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2294 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2295 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2296 order from the one in which they were pushed.
2297
2298 This can be done by the following definition:
2299
2300 \c %macro  multipop 1-*
2301 \c
2302 \c   %rep %0
2303 \c   %rotate -1
2304 \c         pop     %1
2305 \c   %endrep
2306 \c
2307 \c %endmacro
2308
2309 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2310 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2311 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2312 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2313 iterated through in reverse order.
2314
2315
2316 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2317
2318 NASM can concatenate macro parameters on to other text surrounding
2319 them. This allows you to declare a family of symbols, for example,
2320 in a macro definition. If, for example, you wanted to generate a
2321 table of key codes along with offsets into the table, you could code
2322 something like
2323
2324 \c %macro keytab_entry 2
2325 \c
2326 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2327 \c                 db      %2
2328 \c
2329 \c %endmacro
2330 \c
2331 \c keytab:
2332 \c           keytab_entry F1,128+1
2333 \c           keytab_entry F2,128+2
2334 \c           keytab_entry Return,13
2335
2336 which would expand to
2337
2338 \c keytab:
2339 \c keyposF1        equ     $-keytab
2340 \c                 db     128+1
2341 \c keyposF2        equ     $-keytab
2342 \c                 db      128+2
2343 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2344 \c                 db      13
2345
2346 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2347 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2348
2349 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2350 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2351 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2352 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2353 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2354 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2355 (literal text to be concatenated to the parameter).
2356
2357 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2358 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2359 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2360 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2361 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2362 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2363 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2364 real names of macro-local labels means that the two usages
2365 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2366 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2367
2368
2369 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2370
2371 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2372 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2373 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2374 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2375 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2376 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2377 condition code.
2378
2379 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2380 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2381 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2382 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2383
2384 \c %macro  retc 1
2385 \c
2386 \c         j%-1    %%skip
2387 \c         ret
2388 \c   %%skip:
2389 \c
2390 \c %endmacro
2391
2392 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2393 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2394 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2395 \c{JPE}.
2396
2397 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2398 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2399 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2400 because no inverse condition code exists.
2401
2402
2403 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2404
2405 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2406 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2407 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2408 see which instructions in the macro expansion are generating what
2409 code; however, for some macros this clutters the listing up
2410 unnecessarily.
2411
2412 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2413 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2414 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2415 the number of parameters, like this:
2416
2417 \c %macro foo 1.nolist
2418
2419 Or like this:
2420
2421 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2422
2423 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2424
2425 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2426 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2427 syntax of this feature looks like this:
2428
2429 \c %if<condition>
2430 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2431 \c %elif<condition2>
2432 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2433 \c %else
2434 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2435 \c %endif
2436
2437 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2438 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2439
2440
2441 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2442 single-line macro existence}
2443
2444 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2445 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2446 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2447 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2448
2449 For example, when debugging a program, you might want to write code
2450 such as
2451
2452 \c           ; perform some function
2453 \c %ifdef DEBUG
2454 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2455 \c %endif
2456 \c           ; go and do something else
2457
2458 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2459 version of the program which produced debugging messages, and remove
2460 the option to generate the final release version of the program.
2461
2462 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2463 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2464 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2465 \i\c{%elifndef}.
2466
2467
2468 \S{ifmacro} \i\c{ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2469 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2470
2471 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2472 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2473
2474 For example, you may be working with a large project and not have control
2475 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2476 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2477 does exist.
2478
2479 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2480 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2481
2482 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2483 \c
2484 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2485 \c
2486 \c %else
2487 \c
2488 \c      %macro MyMacro 1-3
2489 \c
2490 \c              ; insert code to define the macro
2491 \c
2492 \c      %endmacro
2493 \c
2494 \c %endif
2495
2496 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2497 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2498 conflict.
2499
2500 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2501 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2502 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2503
2504
2505 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2506 stack}
2507
2508 The conditional-assembly construct \c{%ifctx ctxname} will cause the
2509 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2510 the preprocessor's context stack has the name \c{ctxname}. As with
2511 \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2512 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2513
2514 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2515 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2516
2517
2518 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2519 arbitrary numeric expressions}
2520
2521 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2522 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2523 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2524 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2525 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2526
2527 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2528 a critical expression (see \k{crit}).
2529
2530 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2531 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2532 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2533 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2534 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2535 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2536 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2537 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2538 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2539 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2540 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2541 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2542 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2543 for true and 0 for false.
2544
2545 Like most other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2546 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2547
2548 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2549 Identity\I{testing, exact text identity}
2550
2551 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2552 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2553 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2554 Differences in white space are not counted.
2555
2556 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2557
2558 For example, the following macro pushes a register or number on the
2559 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2560
2561 \c %macro  pushparam 1
2562 \c
2563 \c   %ifidni %1,ip
2564 \c         call    %%label
2565 \c   %%label:
2566 \c   %else
2567 \c         push    %1
2568 \c   %endif
2569 \c
2570 \c %endmacro
2571
2572 Like most other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2573 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2574 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2575 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2576
2577
2578 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2579 Types\I{testing, token types}
2580
2581 Some macros will want to perform different tasks depending on
2582 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2583 example, a string output macro might want to be able to cope with
2584 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2585 string.
2586
2587 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2588 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2589 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2590 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2591 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2592
2593 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2594 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2595
2596 \c %macro writefile 2-3+
2597 \c
2598 \c   %ifstr %2
2599 \c         jmp     %%endstr
2600 \c     %if %0 = 3
2601 \c       %%str:    db      %2,%3
2602 \c     %else
2603 \c       %%str:    db      %2
2604 \c     %endif
2605 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2606 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2607 \c   %else
2608 \c                 mov     dx,%2
2609 \c                 mov     cx,%3
2610 \c   %endif
2611 \c                 mov     bx,%1
2612 \c                 mov     ah,0x40
2613 \c                 int     0x21
2614 \c
2615 \c %endmacro
2616
2617 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2618 the following two ways:
2619
2620 \c         writefile [file], strpointer, length
2621 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2622
2623 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2624 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2625 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2626 it itself and works out the address and length for itself.
2627
2628 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2629 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2630 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2631 which case, all but the first two would be lumped together into
2632 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2633
2634 \I\c{%ifnid}\I\c{%elifid}\I\c{%elifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%elifnum}
2635 \I\c{%elifnnum}\I\c{%ifnstr}\I\c{%elifstr}\I\c{%elifnstr}
2636 The usual \c{%elifXXX}, \c{%ifnXXX} and \c{%elifnXXX} versions exist
2637 for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2638
2639
2640 \S{pperror} \i\c{%error}: Reporting \i{User-Defined Errors}
2641
2642 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
2643 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
2644 try to assemble your source files, you can ensure that they define
2645 the right macros by means of code like this:
2646
2647 \c %ifdef SOME_MACRO
2648 \c     ; do some setup
2649 \c %elifdef SOME_OTHER_MACRO
2650 \c     ; do some different setup
2651 \c %else
2652 \c     %error Neither SOME_MACRO nor SOME_OTHER_MACRO was defined.
2653 \c %endif
2654
2655 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
2656 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
2657 having to wait until the program crashes on being run and then not
2658 knowing what went wrong.
2659
2660
2661 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
2662
2663 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
2664 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
2665 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
2666 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
2667
2668 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
2669 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
2670 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
2671 replicated as many times as specified by the preprocessor:
2672
2673 \c %assign i 0
2674 \c %rep    64
2675 \c         inc     word [table+2*i]
2676 \c %assign i i+1
2677 \c %endrep
2678
2679 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
2680 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
2681 \c{[table+126]}.
2682
2683 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
2684 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
2685 terminate the loop, like this:
2686
2687 \c fibonacci:
2688 \c %assign i 0
2689 \c %assign j 1
2690 \c %rep 100
2691 \c %if j > 65535
2692 \c     %exitrep
2693 \c %endif
2694 \c         dw j
2695 \c %assign k j+i
2696 \c %assign i j
2697 \c %assign j k
2698 \c %endrep
2699 \c
2700 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
2701
2702 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
2703 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
2704 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
2705 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
2706 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
2707 be gradually used up and other applications to start crashing.
2708
2709
2710 \H{include} \i{Including Other Files}
2711
2712 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
2713 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
2714 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
2715
2716 \c %include "macros.mac"
2717
2718 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
2719 file containing the \c{%include} directive.
2720
2721 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
2722 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
2723 opposed to the location of the NASM executable or the location of
2724 the source file), plus any directories specified on the NASM command
2725 line using the \c{-i} option.
2726
2727 The standard C idiom for preventing a file being included more than
2728 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
2729 the form
2730
2731 \c %ifndef MACROS_MAC
2732 \c     %define MACROS_MAC
2733 \c     ; now define some macros
2734 \c %endif
2735
2736 then including the file more than once will not cause errors,
2737 because the second time the file is included nothing will happen
2738 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
2739
2740 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
2741 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
2742 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
2743
2744
2745 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
2746
2747 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
2748 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
2749 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
2750 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
2751 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
2752 had defined. However, for such a macro you would also want to be
2753 able to nest these loops.
2754
2755 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
2756 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
2757 characterized by a name. You add a new context to the stack using
2758 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
2759 define labels that are local to a particular context on the stack.
2760
2761
2762 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
2763 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
2764
2765 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
2766 on the top of the context stack. \c{%push} requires one argument,
2767 which is the name of the context. For example:
2768
2769 \c %push    foobar
2770
2771 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can
2772 have several contexts on the stack with the same name: they can
2773 still be distinguished.
2774
2775 The directive \c{%pop}, requiring no arguments, removes the top
2776 context from the context stack and destroys it, along with any
2777 labels associated with it.
2778
2779
2780 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
2781
2782 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
2783 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
2784 is used to define a label which is local to the context on the top
2785 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
2786 above could be implemented by means of:
2787
2788 \c %macro repeat 0
2789 \c
2790 \c     %push   repeat
2791 \c     %$begin:
2792 \c
2793 \c %endmacro
2794 \c
2795 \c %macro until 1
2796 \c
2797 \c         j%-1    %$begin
2798 \c     %pop
2799 \c
2800 \c %endmacro
2801
2802 and invoked by means of, for example,
2803
2804 \c         mov     cx,string
2805 \c         repeat
2806 \c         add     cx,3
2807 \c         scasb
2808 \c         until   e
2809
2810 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
2811 in \c{AL}.
2812
2813 If you need to define, or access, labels local to the context
2814 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
2815 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
2816
2817
2818 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
2819
2820 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
2821 a particular context, in just the same way:
2822
2823 \c %define %$localmac 3
2824
2825 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
2826 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
2827 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
2828
2829
2830 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
2831
2832 If you need to change the name of the top context on the stack (in
2833 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
2834 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
2835 have the side effect of destroying all context-local labels and
2836 macros associated with the context that was just popped.
2837
2838 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
2839 with a different name, without touching the associated macros and
2840 labels. So you could replace the destructive code
2841
2842 \c %pop
2843 \c %push   newname
2844
2845 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
2846
2847
2848 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
2849
2850 This example makes use of almost all the context-stack features,
2851 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
2852 implement a block IF statement as a set of macros.
2853
2854 \c %macro if 1
2855 \c
2856 \c     %push if
2857 \c     j%-1  %$ifnot
2858 \c
2859 \c %endmacro
2860 \c
2861 \c %macro else 0
2862 \c
2863 \c   %ifctx if
2864 \c         %repl   else
2865 \c         jmp     %$ifend
2866 \c         %$ifnot:
2867 \c   %else
2868 \c         %error  "expected `if' before `else'"
2869 \c   %endif
2870 \c
2871 \c %endmacro
2872 \c
2873 \c %macro endif 0
2874 \c
2875 \c   %ifctx if
2876 \c         %$ifnot:
2877 \c         %pop
2878 \c   %elifctx      else
2879 \c         %$ifend:
2880 \c         %pop
2881 \c   %else
2882 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
2883 \c   %endif
2884 \c
2885 \c %endmacro
2886
2887 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
2888 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
2889 that the macros are issued in the right order (for example, not
2890 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
2891 not.
2892
2893 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
2894 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
2895 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
2896 to do different things depending on whether the context on top of
2897 the stack is \c{if} or \c{else}.
2898
2899 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
2900 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
2901 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
2902 the context's name so that \c{endif} will know there was an
2903 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
2904
2905 A sample usage of these macros might look like:
2906
2907 \c         cmp     ax,bx
2908 \c
2909 \c         if ae
2910 \c                cmp     bx,cx
2911 \c
2912 \c                if ae
2913 \c                        mov     ax,cx
2914 \c                else
2915 \c                        mov     ax,bx
2916 \c                endif
2917 \c
2918 \c         else
2919 \c                cmp     ax,cx
2920 \c
2921 \c                if ae
2922 \c                        mov     ax,cx
2923 \c                endif
2924 \c
2925 \c         endif
2926
2927 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
2928 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
2929 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
2930 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
2931
2932
2933 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
2934
2935 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
2936 when it starts to process any source file. If you really need a
2937 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
2938 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
2939 context-local preprocessor variables and single-line macros.
2940
2941 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
2942 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
2943 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
2944 described here.
2945
2946
2947 \S{stdmacver} \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
2948 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__}: \i{NASM Version}
2949
2950 The single-line macros \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
2951 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
2952 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
2953 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
2954 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
2955 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
2956 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
2957
2958
2959 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
2960
2961 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
2962 representing the full version number of the version of nasm being used.
2963 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
2964 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
2965 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
2966 would be equivalent to:
2967
2968 \c         dd      0x00622001
2969
2970 or
2971
2972 \c         db      1,32,98,0
2973
2974 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
2975 line is used just to give an indication of the order that the separate
2976 values will be present in memory.
2977
2978
2979 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
2980
2981 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
2982 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
2983
2984 \c         db      __NASM_VER__
2985
2986 would expand to
2987
2988 \c         db      "0.98.32"
2989
2990
2991 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
2992
2993 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
2994 name and line number containing the current instruction. The macro
2995 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
2996 current input file (which may change through the course of assembly
2997 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
2998 numeric constant giving the current line number in the input file.
2999
3000 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3001 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3002 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3003 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3004 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3005 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3006 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3007 here'. You could then write a macro
3008
3009 \c %macro  notdeadyet 0
3010 \c
3011 \c         push    eax
3012 \c         mov     eax,__LINE__
3013 \c         call    stillhere
3014 \c         pop     eax
3015 \c
3016 \c %endmacro
3017
3018 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3019 find the crash point.
3020
3021 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3022
3023 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3024 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3025 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3026 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3027 mode-dependent macros.
3028
3029
3030 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3031
3032 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3033 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3034 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3035 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3036
3037 \c{STRUC} takes one parameter, which is the name of the data type.
3038 This name is defined as a symbol with the value zero, and also has
3039 the suffix \c{_size} appended to it and is then defined as an
3040 \c{EQU} giving the size of the structure. Once \c{STRUC} has been
3041 issued, you are defining the structure, and should define fields
3042 using the \c{RESB} family of pseudo-instructions, and then invoke
3043 \c{ENDSTRUC} to finish the definition.
3044
3045 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3046 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3047
3048 \c struc   mytype
3049 \c
3050 \c   mt_long:      resd    1
3051 \c   mt_word:      resw    1
3052 \c   mt_byte:      resb    1
3053 \c   mt_str:       resb    32
3054 \c
3055 \c endstruc
3056
3057 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3058 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3059 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3060 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3061
3062 The reason why the structure type name is defined at zero is a side
3063 effect of allowing structures to work with the local label
3064 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3065 more than one structure, you can define the above structure like this:
3066
3067 \c struc mytype
3068 \c
3069 \c   .long:        resd    1
3070 \c   .word:        resw    1
3071 \c   .byte:        resb    1
3072 \c   .str:         resb    32
3073 \c
3074 \c endstruc
3075
3076 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3077 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3078
3079 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3080 support any form of period notation to refer to the elements of a
3081 structure once you have one (except the above local-label notation),
3082 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3083 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3084 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3085 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3086
3087
3088 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3089 \i{Instances of Structures}
3090
3091 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3092 to do is to declare instances of that structure in your data
3093 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3094 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3095 you code something like this:
3096
3097 \c mystruc:
3098 \c     istruc mytype
3099 \c
3100 \c         at mt_long, dd      123456
3101 \c         at mt_word, dw      1024
3102 \c         at mt_byte, db      'x'
3103 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3104 \c
3105 \c     iend
3106
3107 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3108 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3109 specified structure field, and then to declare the specified data.
3110 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3111 they were specified in the structure definition.
3112
3113 If the data to go in a structure field requires more than one source
3114 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3115 the \c{AT} line. For example:
3116
3117 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3118 \c                     db      190,100,0
3119
3120 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3121 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3122 line:
3123
3124 \c         at mt_str
3125 \c                 db      'hello, world'
3126 \c                 db      13,10,0
3127
3128
3129 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3130
3131 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3132 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3133 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3134 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3135
3136 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3137 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3138 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3139 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3140 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3141
3142 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3143 both compute the number of additional bytes required to bring the
3144 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3145 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3146 perform the alignment.
3147
3148 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3149 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3150 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3151 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3152 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3153 except for special purposes.
3154
3155 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3156 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3157 power of two, or if their second argument generates more than one
3158 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3159 thing.
3160
3161 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3162 be used within structure definitions:
3163
3164 \c struc mytype2
3165 \c
3166 \c   mt_byte:
3167 \c         resb 1
3168 \c         alignb 2
3169 \c   mt_word:
3170 \c         resw 1
3171 \c         alignb 4
3172 \c   mt_long:
3173 \c         resd 1
3174 \c   mt_str:
3175 \c         resb 32
3176 \c
3177 \c endstruc
3178
3179 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3180 relative to the base of the structure.
3181
3182 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3183 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3184 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3185 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3186 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3187 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3188 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3189
3190
3191 \H{tasmcompat} \i{TASM Compatible Preprocessor Directives}
3192
3193 The following preprocessor directives may only be used when TASM
3194 compatibility is turned on using the \c{-t} command line switch
3195 (This switch is described in \k{opt-t}.)
3196
3197 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3198
3199 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3200
3201 \b\c{%local}  (see \k{local})
3202
3203
3204 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3205
3206 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3207 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3208 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3209
3210 While NASM comes with macros which attempt to duplicate this
3211 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3212 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3213 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3214
3215 \c some_function:
3216 \c
3217 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3218 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3219 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3220 \c
3221 \c         mov     ax,[i]
3222 \c         mov     bx,[j_ptr]
3223 \c         add     ax,[bx]
3224 \c         ret
3225 \c
3226 \c     %pop                       ; restore original context
3227
3228 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3229 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3230 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3231 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3232
3233
3234 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3235
3236 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3237 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3238 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3239 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3240 required argument which is one of \c{flat}, \c{large} or \c{small}.
3241
3242 \c %stacksize flat
3243
3244 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3245 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3246 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3247
3248 \c %stacksize large
3249
3250 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3251 assumes that a far form of call was used to get to this address
3252 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3253
3254 \c %stacksize small
3255
3256 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3257 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3258 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3259 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3260 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3261 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3262 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3263 (see \k{local}).
3264
3265
3266 \S{local} \i\c{%local} Directive
3267
3268 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3269 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3270 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3271 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3272 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3273 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3274 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3275 instruction.
3276 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3277 An example of its use is the following:
3278
3279 \c silly_swap:
3280 \c
3281 \c     %push mycontext             ; save the current context
3282 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3283 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3284 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3285 \c
3286 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3287 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3288 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3289 \c         mov     ax,bx
3290 \c         mov     dx,cx
3291 \c         mov     bx,[old_ax]
3292 \c         mov     cx,[old_dx]
3293 \c         leave                   ; restore old bp
3294 \c         ret                     ;
3295 \c
3296 \c     %pop                        ; restore original context
3297
3298 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3299 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3300 current context before the \c{%local} directive may be used.
3301 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3302 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3303 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3304 as shown in the example.
3305
3306 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3307
3308 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3309 information from external sources. Currently they include:
3310
3311 The following preprocessor directive is supported to allow NASM to
3312 correctly handle output of the cpp C language preprocessor.
3313
3314 \b\c{%line} enables NAsM to correctly handle the output of the cpp
3315 C language preprocessor (see \k{line}).
3316
3317 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3318 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3319
3320 \S{line} \i\c{%line} Directive
3321
3322 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3323 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3324 this other file would be an original source file, with the current
3325 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3326 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3327 number of the original source file, instead of the file that is being
3328 read by NASM.
3329
3330 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3331 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3332 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3333
3334 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3335
3336 In this directive, \c{nnn} indentifies the line of the original source
3337 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3338 which specifies a line increment value; each line of the input file
3339 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3340 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3341 specifies the file name of the original source file.
3342
3343 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3344 all file name and line numbers relative to the values specified
3345 therein.
3346
3347
3348 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3349
3350 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3351 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3352 to store the contents of an environment variable into a string, which
3353 could be used at some other point in your code.
3354
3355 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3356 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3357 could do that as follows:
3358
3359 \c %define FOO    %!FOO
3360 \c %define quote   '
3361 \c
3362 \c tmpstr  db      quote FOO quote
3363
3364 At the time of writing, this will generate an "unterminated string"
3365 warning at the time of defining "quote", and it will add a space
3366 before and after the string that is read in. I was unable to find
3367 a simple workaround (although a workaround can be created using a
3368 multi-line macro), so I believe that you will need to either learn how
3369 to create more complex macros, or allow for the extra spaces if you
3370 make use of this feature in that way.
3371
3372
3373 \C{directive} \i{Assembler Directives}
3374
3375 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
3376 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
3377 directives. These are described in this chapter.
3378
3379 NASM's directives come in two types: \I{user-level
3380 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
3381 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
3382 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
3383 recommend that users use the user-level forms of the directives,
3384 which are implemented as macros which call the primitive forms.
3385
3386 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
3387 directives are not.
3388
3389 In addition to the universal directives described in this chapter,
3390 each object file format can optionally supply extra directives in
3391 order to control particular features of that file format. These
3392 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
3393 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
3394
3395
3396 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
3397
3398 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
3399 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
3400 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
3401 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
3402
3403 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
3404 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
3405 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
3406 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
3407 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
3408 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
3409 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
3410 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
3411
3412 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
3413 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
3414 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
3415 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
3416 device drivers and boot loader software.
3417
3418 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
3419 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
3420 assembler will generate incorrect code because it will be writing
3421 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
3422
3423 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
3424 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
3425 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
3426 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
3427 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
3428 need an 0x67.
3429
3430 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
3431 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
3432 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
3433
3434 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
3435 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
3436 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
3437 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
3438 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
3439 necessary.
3440
3441 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
3442 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
3443 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
3444 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
3445 REX prefix is used.
3446
3447 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
3448 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
3449 a macro which has no function other than to call the primitive form.
3450
3451 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
3452
3453 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
3454
3455 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
3456 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
3457
3458
3459 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
3460
3461 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
3462 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
3463 specify most features directly.  However, this is occationally
3464 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
3465 to use.
3466
3467 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
3468 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
3469 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
3470 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
3471 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
3472 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
3473
3474 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
3475 fact that these registers are generally used as thread pointers or
3476 other special functions in 64-bit mode, and generating
3477 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
3478
3479 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
3480
3481 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
3482 Sections}
3483
3484 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
3485 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
3486 which section of the output file the code you write will be
3487 assembled into. In some object file formats, the number and names of
3488 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
3489 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
3490 define a new section, if you try to switch to a section that does
3491 not (yet) exist.
3492
3493 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
3494 \k{multisec}, all support
3495 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
3496 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
3497 format, by contrast, does not recognize these section names as being
3498 special, and indeed will strip off the leading period of any section
3499 name that has one.
3500
3501
3502 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
3503
3504 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
3505 functions differently from its primitive form. The primitive form,
3506 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
3507 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
3508 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
3509 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
3510 it. So the user-level directive
3511
3512 \c         SECTION .text
3513
3514 expands to the two lines
3515
3516 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
3517 \c         [SECTION .text]
3518
3519 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
3520 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3521 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
3522
3523 \c %macro  writefile 2+
3524 \c
3525 \c         [section .data]
3526 \c
3527 \c   %%str:        db      %2
3528 \c   %%endstr:
3529 \c
3530 \c         __SECT__
3531 \c
3532 \c         mov     dx,%%str
3533 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
3534 \c         mov     bx,%1
3535 \c         mov     ah,0x40
3536 \c         int     0x21
3537 \c
3538 \c %endmacro
3539
3540 This form of the macro, once passed a string to output, first
3541 switches temporarily to the data section of the file, using the
3542 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
3543 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
3544 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
3545 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
3546 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
3547 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
3548 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
3549 code in any of several separate code sections.
3550
3551
3552 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
3553
3554 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
3555 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
3556 physical section, but at the hypothetical section starting at the
3557 given absolute address. The only instructions you can use in this
3558 mode are the \c{RESB} family.
3559
3560 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
3561
3562 \c absolute 0x1A
3563 \c
3564 \c     kbuf_chr    resw    1
3565 \c     kbuf_free   resw    1
3566 \c     kbuf        resw    16
3567
3568 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
3569 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
3570 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
3571
3572 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
3573 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
3574
3575 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
3576 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
3577
3578 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
3579 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
3580 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
3581 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
3582
3583 \c         org     100h               ; it's a .COM program
3584 \c
3585 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
3586 \c
3587 \c         ; the resident part of the TSR goes here
3588 \c setup:
3589 \c         ; now write the code that installs the TSR here
3590 \c
3591 \c absolute setup
3592 \c
3593 \c runtimevar1     resw    1
3594 \c runtimevar2     resd    20
3595 \c
3596 \c tsr_end:
3597
3598 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
3599 after the setup has finished running, the space it took up can be
3600 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
3601 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
3602 needs to be made resident.
3603
3604
3605 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
3606
3607 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
3608 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
3609 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
3610 defined in some other module and needs to be referred to by this
3611 one. Not every object-file format can support external variables:
3612 the \c{bin} format cannot.
3613
3614 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
3615 argument is the name of a symbol:
3616
3617 \c extern  _printf
3618 \c extern  _sscanf,_fscanf
3619
3620 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
3621 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
3622 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
3623 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
3624 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
3625 by means of the directive
3626
3627 \c extern  _variable:wrt dgroup
3628
3629 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
3630 only in that it can take only one argument at a time: the support
3631 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
3632
3633 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
3634 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
3635 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
3636
3637
3638 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
3639
3640 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
3641 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
3642 linker errors, some other module must actually \e{define} the
3643 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
3644 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
3645
3646 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
3647 the definition of the symbol.
3648
3649 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
3650 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
3651 \c{GLOBAL} directive. For example:
3652
3653 \c global _main
3654 \c _main:
3655 \c         ; some code
3656
3657 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
3658 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
3659 example, lets you specify whether global data items are functions or
3660 data:
3661
3662 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
3663
3664 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
3665 user-level form only in that it can take only one argument at a
3666 time.
3667
3668
3669 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
3670
3671 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
3672 A common variable is much like a global variable declared in the
3673 uninitialized data section, so that
3674
3675 \c common  intvar  4
3676
3677 is similar in function to
3678
3679 \c global  intvar
3680 \c section .bss
3681 \c
3682 \c intvar  resd    1
3683
3684 The difference is that if more than one module defines the same
3685 common variable, then at link time those variables will be
3686 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
3687 at the same piece of memory.
3688
3689 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
3690 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
3691 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
3692 specify the alignment requirements of a common variable:
3693
3694 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
3695 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
3696
3697 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
3698 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
3699 only one argument at a time.
3700
3701
3702 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
3703
3704 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
3705 are available on the specified CPU.
3706
3707 Options are:
3708
3709 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
3710
3711 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
3712
3713 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
3714
3715 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
3716
3717 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
3718
3719 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
3720
3721 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
3722
3723 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
3724
3725 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
3726
3727 \b\c{CPU P2}            Same as 686
3728
3729 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
3730
3731 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
3732
3733 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
3734
3735 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
3736
3737 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
3738
3739 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/EM64T) instruction set
3740
3741 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
3742
3743 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
3744 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
3745 instructions are available.
3746
3747
3748 \C{outfmt} \i{Output Formats}
3749
3750 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
3751 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
3752 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
3753 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
3754 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
3755 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
3756
3757 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
3758 output file based on the input file name and the chosen output
3759 format. This will be generated by removing the \i{extension}
3760 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
3761 name, and substituting an extension defined by the output format.
3762 The extensions are given with each format below.
3763
3764
3765 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
3766
3767 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
3768 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
3769 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
3770 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
3771 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
3772 development.
3773
3774 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
3775 how nasm handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
3776
3777 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
3778 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
3779 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
3780 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
3781
3782 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
3783 leaves your file name as it is once the original extension has been
3784 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
3785 into a binary file called \c{binprog}.
3786
3787
3788 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
3789
3790 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
3791 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
3792 directive is to specify the origin address which NASM will assume
3793 the program begins at when it is loaded into memory.
3794
3795 For example, the following code will generate the longword
3796 \c{0x00000104}:
3797
3798 \c         org     0x100
3799 \c         dd      label
3800 \c label:
3801
3802 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
3803 which allows you to jump around in the object file and overwrite
3804 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
3805 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
3806 offset which is added to all internal address references within the
3807 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
3808 does. See \k{proborg} for further comments.
3809
3810
3811 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
3812 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
3813
3814 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
3815 directive to allow you to specify the alignment requirements of
3816 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
3817 end of the section-definition line. For example,
3818
3819 \c section .data   align=16
3820
3821 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
3822 aligned on a 16-byte boundary.
3823
3824 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
3825 section start address must be forced to zero. The alignment value
3826 given may be any power of two.\I{section alignment, in
3827 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
3828
3829
3830 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
3831
3832 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names, 
3833 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
3834
3835 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default 
3836 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits}, 
3837 of course).
3838
3839 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous 
3840 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with 
3841 \i\c{start=}.
3842
3843 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used 
3844 for the calculation of all memory references within that section 
3845 with \i\c{vstart=}.
3846
3847 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or 
3848 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit 
3849 start address.
3850
3851 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are 
3852 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)} 
3853 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
3854
3855 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
3856 is directed by default into the \c{.text} section.
3857
3858 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used 
3859 by default.
3860
3861 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits} 
3862 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=} 
3863 has been specified.
3864
3865 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different 
3866 alignment has been specified.
3867
3868 \b Sections may not overlap.
3869
3870 \b Nasm creates the \c{section.<secname>.start} for each section, 
3871 which may be used in your code.
3872
3873 \S{map}\i{Map files}
3874
3875 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]} 
3876 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments}, 
3877 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout} 
3878 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
3879 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
3880 brackets must be used.
3881
3882
3883 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
3884
3885 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
3886 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
3887 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
3888 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
3889
3890 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
3891
3892 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
3893 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
3894 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
3895 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
3896 file format.
3897
3898 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
3899 can call your segments anything you like. Typical names for segments
3900 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
3901
3902 If your source file contains code before specifying an explicit
3903 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
3904 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
3905
3906 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
3907 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
3908 address of the segment. So, for example:
3909
3910 \c segment data
3911 \c
3912 \c dvar:   dw      1234
3913 \c
3914 \c segment code
3915 \c
3916 \c function:
3917 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
3918 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
3919 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
3920 \c         ret
3921
3922 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
3923 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
3924 like
3925
3926 \c extern  foo
3927 \c
3928 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
3929 \c       mov   ds,ax
3930 \c       mov   ax,data               ; a different segment
3931 \c       mov   es,ax
3932 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
3933 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
3934
3935
3936 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
3937 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
3938
3939 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
3940 directive to allow you to specify various properties of the segment
3941 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
3942 end of the segment-definition line. For example,
3943
3944 \c segment code private align=16
3945
3946 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
3947 segment, and requires that the portion of it described in this code
3948 module must be aligned on a 16-byte boundary.
3949
3950 The available qualifiers are:
3951
3952 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
3953 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
3954 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
3955 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
3956 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
3957 than stuck end-to-end.
3958
3959 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
3960 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
3961 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
3962 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
3963 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
3964 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
3965 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
3966 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
3967 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
3968
3969 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
3970 indicates to the linker that segments of the same class should be
3971 placed near each other in the output file. The class name can be any
3972 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
3973
3974 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
3975 as an argument, and provides overlay information to an
3976 overlay-capable linker.
3977
3978 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
3979 the effect of recording the choice in the object file and also
3980 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
3981 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
3982
3983 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
3984 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
3985 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
3986 defines the group if it is not already defined.
3987
3988 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
3989 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
3990 are currently known to make sensible use of this feature;
3991 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
3992 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
3993 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
3994
3995 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
3996 class, no overlay, and \c{USE16}.
3997
3998
3999 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4000
4001 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4002 single segment register can be used to refer to all the segments in
4003 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4004 you can code
4005
4006 \c segment data
4007 \c
4008 \c         ; some data
4009 \c
4010 \c segment bss
4011 \c
4012 \c         ; some uninitialized data
4013 \c
4014 \c group dgroup data bss
4015
4016 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4017 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4018 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4019 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4020 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4021 segment register.
4022
4023 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4024 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4025 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4026 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4027 base rather than the segment base.
4028
4029 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4030 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4031 segment which is part of more than one group will default to being
4032 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4033
4034 A group does not have to contain any segments; you can still make
4035 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4036 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4037 \c{FLAT} with no segments in it.
4038
4039
4040 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4041
4042 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4043 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4044 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4045 segment, group and symbol names that are written to the object file
4046 to be forced to upper case just before being written. Within a
4047 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4048 be written entirely in upper case if desired.
4049
4050 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4051
4052
4053 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4054 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4055
4056 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4057 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4058 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4059 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4060
4061 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4062 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4063 wish to import and the name of the library you wish to import it
4064 from. For example:
4065
4066 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4067
4068 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4069 known in the library you are importing it from, in case this is not
4070 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4071 once you have imported it. For example:
4072
4073 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4074
4075
4076 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4077 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4078
4079 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4080 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4081 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4082 using the \c{EXPORT} directive.
4083
4084 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4085 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4086 optional second parameter (separated by white space from the first)
4087 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4088 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4089 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4090 off.
4091
4092 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4093 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4094 space. If further parameters are given, the external name must also
4095 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4096 available attributes are:
4097
4098 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4099 resident by the system loader. This is an optimisation for
4100 frequently used symbols imported by name.
4101
4102 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4103 does not make use of any initialized data.
4104
4105 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4106 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4107 between 32-bit and 16-bit segments.
4108
4109 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4110 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4111 the desired number.
4112
4113 For example:
4114
4115 \c     export  myfunc
4116 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4117 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4118 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4119
4120
4121 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4122 Point}
4123
4124 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4125 define the program entry point, where execution will begin when the
4126 program is run. If the object file that defines the entry point is
4127 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4128 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4129 begin.
4130
4131
4132 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4133 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4134
4135 If you declare an external symbol with the directive
4136
4137 \c     extern  foo
4138
4139 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4140 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4141 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4142 \c{foo} you will usually need to do something like
4143
4144 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4145 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4146 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4147
4148 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4149 is going to be accessible from a given segment or group, say
4150 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4151 simply code
4152
4153 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4154
4155 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4156 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4157 alternative form
4158
4159 \c     extern  foo:wrt dgroup
4160
4161 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4162 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4163 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4164 \c{foo wrt dgroup}.
4165
4166 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4167 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4168 your program. It can also be applied to common variables: see
4169 \k{objcommon}.
4170
4171
4172 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4173 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4174
4175 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4176 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4177 specify which your variables should be by the use of the syntax
4178
4179 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4180 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4181
4182 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4183 OMF specification says that they are declared as a number of
4184 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4185 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4186 five-byte elements or one ten-byte element.
4187
4188 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4189 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4190 the variable size, to match when resolving common variables declared
4191 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4192 the element size on your far common variables. This is done by the
4193 following syntax:
4194
4195 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4196 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4197
4198 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4199 keyword is not required when an element size is specified, since
4200 only far commons may have element sizes at all. So the above
4201 declarations could equivalently be
4202
4203 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4204 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4205
4206 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4207 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4208 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4209
4210 \c common  foo     10:wrt dgroup
4211 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4212 \c common  baz     24:wrt data:6
4213
4214
4215 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4216
4217 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4218 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4219 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4220 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4221
4222 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4223
4224 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4225 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4226 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4227 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4228 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4229 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4230 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4231 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4232
4233
4234 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4235 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4236
4237 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4238 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4239 and properties of sections you declare. Section types and properties
4240 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4241 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4242 these qualifiers.
4243
4244 The available qualifiers are:
4245
4246 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4247 code section. This marks the section as readable and executable, but
4248 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4249 section is code.
4250
4251 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4252 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4253 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4254 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4255
4256 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4257 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4258 constants in it.
4259
4260 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4261 which is not included in the executable file by the linker, but may
4262 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4263 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4264 linker to interpret the contents of the section as command-line
4265 options.
4266
4267 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4268 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4269 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4270 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4271 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4272 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4273 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4274 for data (and BSS) sections.
4275 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4276 alignment), though the value does not matter.
4277
4278 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4279 qualifiers are:
4280
4281 \c section .text    code  align=16
4282 \c section .data    data  align=4
4283 \c section .rdata   rdata align=8
4284 \c section .bss     bss   align=4
4285
4286 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4287
4288
4289 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
4290
4291 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files, 
4292 which is nearly 100% indentical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
4293 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
4294 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
4295 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
4296
4297
4298 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
4299
4300 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
4301 linking with the \i{DJGPP} linker.
4302
4303 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4304
4305 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
4306 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
4307 the \c{info} section type are not supported.
4308
4309 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
4310
4311 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
4312 linking with the \i{Mac OSX} linker.
4313
4314 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4315
4316 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
4317 Format} Object Files
4318
4319 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},
4320 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
4321 provides a default output file-name extension of \c{.o}. \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
4322
4323
4324 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
4325 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
4326
4327 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
4328 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4329 and properties of sections you declare. Section types and properties
4330 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
4331 names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}, but may still be
4332 overridden by these qualifiers.
4333
4334 The available qualifiers are:
4335
4336 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
4337 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
4338 which is not, such as an informational or comment section.
4339
4340 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
4341 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
4342 which should not.
4343
4344 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
4345 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
4346 not.
4347
4348 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
4349 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
4350 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
4351 contents given, such as a BSS section.
4352
4353 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4354 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
4355 requirements of the section.
4356
4357 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4358 qualifiers are:
4359
4360 \c section .text    progbits  alloc  exec    nowrite  align=16
4361 \c section .rodata  progbits  alloc  noexec  nowrite  align=4
4362 \c section .data    progbits  alloc  noexec  write    align=4
4363 \c section .bss     nobits    alloc  noexec  write    align=4
4364 \c section other    progbits  alloc  noexec  nowrite  align=1
4365
4366 (Any section name other than \c{.text}, \c{.rodata}, \c{.data} and
4367 \c{.bss} is treated by default like \c{other} in the above code.)
4368
4369
4370 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
4371 Symbols and \i\c{WRT}
4372
4373 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
4374 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
4375 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
4376 be able to generate a variety of strange relocation types in ELF
4377 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
4378
4379 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
4380 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
4381 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
4382 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
4383 types.
4384
4385 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
4386 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
4387 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
4388 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
4389
4390 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
4391 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
4392 beginning of the current section to the global offset table.
4393 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
4394 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
4395 result to get the real address of the GOT.
4396
4397 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
4398 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
4399 the specified location, so that adding on the address of the GOT
4400 would give the real address of the location you wanted.
4401
4402 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
4403 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
4404 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
4405 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
4406 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
4407 address of the symbol.
4408
4409 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
4410 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
4411 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
4412 only use this in contexts which would generate a PC-relative
4413 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
4414 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
4415 entries absolutely.
4416
4417 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
4418 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
4419 relative to the start of the section and then adding on the offset
4420 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
4421 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
4422 peculiarity of the dynamic linker.
4423
4424 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
4425 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
4426
4427
4428 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
4429 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
4430
4431 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
4432 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
4433 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
4434 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
4435 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
4436 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
4437 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
4438 to specify these features.
4439
4440 You can specify whether a global variable is a function or a data
4441 object by suffixing the name with a colon and the word
4442 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
4443 \c{data}.) For example:
4444
4445 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
4446
4447 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
4448 \c{hashtable} as a data object.
4449
4450 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
4451 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
4452 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
4453 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
4454
4455 \c global   hashlookup:function hidden
4456
4457 You can also specify the size of the data associated with the
4458 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
4459 forward references) after the type specifier. Like this:
4460
4461 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
4462 \c
4463 \c hashtable:
4464 \c         db this,that,theother  ; some data here
4465 \c .end:
4466
4467 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
4468 place that information into the \c{ELF} symbol table.
4469
4470 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
4471 writing shared library code. For more information, see
4472 \k{picglobal}.
4473
4474
4475 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
4476 \I{COMMON, elf extensions to}
4477
4478 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
4479 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
4480 common variables. This is done by putting a number (which must be a
4481 power of two) after the name and size of the common variable,
4482 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
4483 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
4484
4485 \c common  dwordarray 128:4
4486
4487 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
4488 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
4489
4490
4491 \S{elf16} 16-bit code and ELF
4492 \I{ELF, 16-bit code and}
4493
4494 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
4495 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
4496 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
4497 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
4498 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
4499 these relocations is generated.
4500
4501 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
4502
4503 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
4504 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
4505 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
4506 the magic number in the first four bytes of the file is
4507 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
4508 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
4509 implementation does not.
4510
4511 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4512
4513 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
4514 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
4515 extensions to any standard directives. It supports only the three
4516 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
4517
4518
4519 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
4520 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
4521
4522 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
4523 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
4524 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
4525 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
4526 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
4527 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
4528 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
4529
4530 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4531
4532 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
4533 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
4534 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
4535 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
4536 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
4537
4538 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
4539 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
4540 this.
4541
4542
4543 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
4544
4545 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
4546 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
4547 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
4548 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
4549 itself \c{a.out}.
4550
4551 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
4552 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
4553
4554 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
4555 of view). It supports no special directives, no special symbols, no
4556 use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no extensions to any standard
4557 directives. It supports only the three \i{standard section names}
4558 \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
4559
4560
4561 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
4562 Format}
4563
4564 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
4565 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
4566 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
4567 format the internal structure of the assembler.
4568
4569 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
4570 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
4571 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
4572 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
4573
4574 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
4575 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
4576 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
4577 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
4578 execute an RDF executable under Linux.
4579
4580 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
4581 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
4582
4583
4584 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
4585
4586 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
4587 library to be linked to the module, either at load time or run time.
4588 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
4589 which is the name of the module:
4590
4591 \c     library  mylib.rdl
4592
4593
4594 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
4595
4596 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
4597 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
4598 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
4599 of current module:
4600
4601 \c     module  mymodname
4602
4603 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
4604 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
4605 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
4606
4607 \c     module  $kernel.core
4608
4609
4610 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
4611 rdf extensions to}
4612
4613 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
4614 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
4615 telling the linker do not strip it from target executable or library
4616 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
4617 is a procedure (function) or data object.
4618
4619 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
4620 symbol exported:
4621
4622 \c     global  sys_open:export
4623
4624 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
4625 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
4626
4627 \c     global  sys_open:export proc
4628
4629 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
4630 or \i\c{object} to the directive:
4631
4632 \c     global  kernel_ticks:export data
4633
4634
4635 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
4636 rdf extensions to}
4637
4638 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external" 
4639 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
4640 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
4641 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
4642 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
4643 (function) or data object. For example:
4644
4645 \c     library $libc
4646 \c     extern  _open:import
4647 \c     extern  _printf:import proc
4648 \c     extern  _errno:import data
4649
4650 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
4651 a hint as to where to find requested symbols.
4652
4653
4654 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
4655
4656 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
4657 configuration. If you are building your own NASM executable from the
4658 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{outform.h} or on the
4659 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
4660
4661 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
4662 it outputs a text file which contains a complete list of all the
4663 transactions between the main body of NASM and the output-format
4664 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
4665 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
4666 of the various requests the main program makes of the output driver,
4667 and in what order they happen.
4668
4669 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
4670
4671 \c nasm -f dbg filename.asm
4672
4673 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
4674 However, this will not work well on files which were designed for a
4675 different object format, because each object format defines its own
4676 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
4677 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
4678 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
4679 native object format selected:
4680
4681 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
4682 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
4683
4684 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
4685 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
4686 directives are converted into primitive form correctly. Then the
4687 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
4688 the final diagnostic output.
4689
4690 This workaround will still typically not work for programs intended
4691 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
4692 directives have side effects of defining the segment and group names
4693 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
4694 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
4695 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
4696 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
4697
4698 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
4699 them all to its output file.
4700
4701
4702 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
4703
4704 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
4705 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
4706 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
4707 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
4708 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
4709
4710
4711 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
4712
4713 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
4714 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
4715 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
4716 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
4717 support the \c{.COM} format.
4718
4719 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
4720 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
4721 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
4722 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
4723 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
4724 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
4725 Yann Guidon for contributing the code for this.
4726
4727 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
4728 future releases.
4729
4730
4731 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
4732
4733 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
4734 by linking \c{.OBJ} files together.
4735
4736 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
4737 linker; if you have none of these, there is a free linker called
4738 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
4739 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
4740 An LZH archiver can be found at
4741 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
4742 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
4743 sources) called \i{FREELINK}, available from
4744 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
4745 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
4746 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
4747 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
4748 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
4749
4750 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
4751 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
4752 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
4753 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
4754 point, the linker will not know what value to give the entry-point
4755 field in the output file header; if more than one defines a start
4756 point, the linker will not know \e{which} value to use.
4757
4758 An example of a NASM source file which can be assembled to a
4759 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
4760 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
4761 the segment registers, and declaring a start point. This file is
4762 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
4763 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
4764
4765 \c segment code
4766 \c
4767 \c ..start:
4768 \c         mov     ax,data
4769 \c         mov     ds,ax
4770 \c         mov     ax,stack
4771 \c         mov     ss,ax
4772 \c         mov     sp,stacktop
4773
4774 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
4775 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
4776 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
4777 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
4778 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
4779 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
4780 execute on.
4781
4782 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
4783 beginning of this code, which means that will be the entry point
4784 into the resulting executable file.
4785
4786 \c         mov     dx,hello
4787 \c         mov     ah,9
4788 \c         int     0x21
4789
4790 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
4791 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
4792 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
4793 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
4794
4795 \c         mov     ax,0x4c00
4796 \c         int     0x21
4797
4798 This terminates the program using another DOS system call.
4799
4800 \c segment data
4801 \c
4802 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
4803
4804 The data segment contains the string we want to display.
4805
4806 \c segment stack stack
4807 \c         resb 64
4808 \c stacktop:
4809
4810 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
4811 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
4812 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
4813 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
4814 necessary to the correct running of the program, but linkers are
4815 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
4816 type \c{STACK}.
4817
4818 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
4819 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
4820 world' and then exit.
4821
4822
4823 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
4824
4825 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
4826 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
4827 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
4828 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
4829 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
4830 \c{.EXE} files.
4831
4832 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
4833 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
4834 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
4835
4836 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
4837 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
4838 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
4839 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
4840 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
4841 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
4842 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
4843 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
4844 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
4845
4846 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
4847 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
4848 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
4849 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
4850 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
4851 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
4852 explicitly issue one of your own.
4853
4854 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
4855 since this would require a relocation in the header, and things
4856 would get a lot more complicated. So you should get your segment
4857 base by copying it out of \c{CS} instead.
4858
4859 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
4860 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
4861 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
4862 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
4863 \c{EXE_stack 64}.
4864
4865 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
4866 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
4867 \c{binexe.asm}.
4868
4869
4870 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
4871
4872 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
4873 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
4874 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
4875 output format.
4876
4877
4878 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
4879
4880 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
4881 segment (though the segment may change). Execution then begins at
4882 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
4883 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
4884 like
4885
4886 \c         org 100h
4887 \c
4888 \c section .text
4889 \c
4890 \c start:
4891 \c         ; put your code here
4892 \c
4893 \c section .data
4894 \c
4895 \c         ; put data items here
4896 \c
4897 \c section .bss
4898 \c
4899 \c         ; put uninitialized data here
4900
4901 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
4902 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
4903 you want to and the code will still end up at the front of the file
4904 where it belongs.
4905
4906 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
4907 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
4908 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
4909 this will be free memory when the program is run. Therefore you
4910 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
4911 run.
4912
4913 To assemble the above program, you should use a command line like
4914
4915 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
4916
4917 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
4918 explicit output file name were specified, so you have to override it
4919 and give the desired file name.
4920
4921
4922 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
4923
4924 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
4925 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
4926 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
4927 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
4928 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
4929 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
4930 file.
4931
4932 If you do this, you need to take care of several things:
4933
4934 \b The first object file containing code should start its code
4935 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
4936 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
4937 segment, so that the linker or converter program does not have to
4938 adjust address references within the file when generating the
4939 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
4940 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
4941 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
4942 in MASM-compatible assemblers.
4943
4944 \b You don't need to define a stack segment.
4945
4946 \b All your segments should be in the same group, so that every time
4947 your code or data references a symbol offset, all offsets are
4948 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
4949 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
4950
4951
4952 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
4953
4954 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
4955 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
4956 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
4957 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
4958 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
4959 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
4960 your code segment.
4961
4962 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
4963 the various routines inside the driver which do the work. This
4964 structure should be defined at the start of the code segment, even
4965 though it is not actually code.
4966
4967 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
4968 which has to go in the header structure, a list of books is given in
4969 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
4970 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
4971
4972
4973 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
4974
4975 This section covers the basics of writing assembly routines that
4976 call, or are called from, C programs. To do this, you would
4977 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
4978 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
4979
4980
4981 \S{16cunder} External Symbol Names
4982
4983 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
4984 convention that the names of all global symbols (functions or data)
4985 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
4986 appears in the C program. So, for example, the function a C
4987 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
4988 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
4989 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
4990 not have to worry about name clashes with C symbols.
4991
4992 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
4993 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
4994
4995 \c %macro  cglobal 1
4996 \c
4997 \c   global  _%1
4998 \c   %define %1 _%1
4999 \c
5000 \c %endmacro
5001 \c
5002 \c %macro  cextern 1
5003 \c
5004 \c   extern  _%1
5005 \c   %define %1 _%1
5006 \c
5007 \c %endmacro
5008
5009 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
5010 \c{%rep} construct could solve this.)
5011
5012 If you then declare an external like this:
5013
5014 \c cextern printf
5015
5016 then the macro will expand it as
5017
5018 \c extern  _printf
5019 \c %define printf _printf
5020
5021 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
5022 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
5023
5024 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
5025 before defining the symbol in question, but you would have had to do
5026 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
5027
5028 Also see \k{opt-pfix}.
5029
5030 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
5031
5032 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
5033 directly; you have to keep track yourself of which one you are
5034 writing for. This means you have to keep track of the following
5035 things:
5036
5037 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
5038 functions are near. This means that function pointers, when stored
5039 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
5040 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
5041 never changes its value, and always gives the segment part of the
5042 full function address), and that functions are called using ordinary
5043 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
5044 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
5045 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
5046 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
5047
5048 \b In models using more than one code segment (medium, large and
5049 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
5050 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
5051 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
5052 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
5053 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
5054 \c{CALL FAR} to call external routines.
5055
5056 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
5057 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
5058 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
5059 segment part of the full data item address).
5060
5061 \b In models using more than one data segment (compact, large and
5062 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
5063 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
5064 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
5065 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
5066 pointers you are passed.
5067
5068 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
5069 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
5070 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
5071 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
5072 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
5073
5074 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
5075 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
5076 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
5077 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
5078 and global data items can both be accessed easily without changing
5079 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
5080 segments. However, some memory models (though not the standard
5081 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
5082 same value to be removed. Be careful about functions' local
5083 variables in this latter case.
5084
5085 In models with a single code segment, the segment is called
5086 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
5087 to be linked into the same place as the main code segment. In models
5088 with a single data segment, or with a default data segment, it is
5089 called \i\c{_DATA}.
5090
5091
5092 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
5093
5094 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
5095 16-bit programs is as follows. In the following description, the
5096 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
5097 doing the calling and the function which gets called.
5098
5099 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5100 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5101 argument specified to the function is pushed last).
5102
5103 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
5104 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
5105 memory model.
5106
5107 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5108 actually necessary, in functions which do not need to access their
5109 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5110 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5111 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5112 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5113 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
5114 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
5115
5116 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5117 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5118 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5119 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
5120 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
5121 a large-model (far) function, the segment part of the return address
5122 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
5123 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
5124 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
5125 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
5126 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
5127 parameters in reverse order means that the function knows where to
5128 find its first parameter, which tells it the number and type of the
5129 remaining ones.
5130
5131 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5132 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5133 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5134
5135 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5136 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5137 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
5138 compiler) returned in \c{ST0}.
5139
5140 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5141 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5142 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
5143 memory model.
5144
5145 \b When the caller regains control from the callee, the function
5146 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5147 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
5148 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5149 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5150 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5151 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5152 removing.
5153
5154 It is instructive to compare this calling convention with that for
5155 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
5156 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
5157 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
5158 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
5159 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
5160 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
5161 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
5162 which means that a compiler can give better guarantees about
5163 sequence points without performance suffering.
5164
5165 Thus, you would define a function in C style in the following way.
5166 The following example is for small model:
5167
5168 \c global  _myfunc
5169 \c
5170 \c _myfunc:
5171 \c         push    bp
5172 \c         mov     bp,sp
5173 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5174 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
5175 \c
5176 \c         ; some more code
5177 \c
5178 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5179 \c         pop     bp
5180 \c         ret
5181
5182 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
5183 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
5184 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
5185 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
5186 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
5187 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
5188
5189 At the other end of the process, to call a C function from your
5190 assembly code, you would do something like this:
5191
5192 \c extern  _printf
5193 \c
5194 \c       ; and then, further down...
5195 \c
5196 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
5197 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
5198 \c       call    _printf
5199 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
5200 \c
5201 \c       ; then those data items...
5202 \c
5203 \c segment _DATA
5204 \c
5205 \c myint         dw    1234
5206 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5207
5208 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
5209 code
5210
5211 \c     int myint = 1234;
5212 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5213
5214 In large model, the function-call code might look more like this. In
5215 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
5216 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
5217 it first.
5218
5219 \c       push    word [myint]
5220 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5221 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
5222 \c       call    far _printf
5223 \c       add    sp,byte 6
5224
5225 The integer value still takes up one word on the stack, since large
5226 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
5227 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
5228 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
5229 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
5230 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
5231 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
5232 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
5233 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
5234 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
5235 word of parameters.
5236
5237
5238 \S{16cdata} Accessing Data Items
5239
5240 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5241 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5242 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5243 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5244 accessed from assembler as
5245
5246 \c extern _i
5247 \c
5248 \c         mov ax,[_i]
5249
5250 And to declare your own integer variable which C programs can access
5251 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5252 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5253
5254 \c global  _j
5255 \c
5256 \c _j      dw      0
5257
5258 To access a C array, you need to know the size of the components of
5259 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
5260 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5261 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
5262 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5263 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
5264 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
5265 \c{float}, and 8 for \c{double}.
5266
5267 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5268 the base of the structure to the field you are interested in. You
5269 can either do this by converting the C structure definition into a
5270 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
5271 one offset and using just that.
5272
5273 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5274 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5275 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
5276 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5277 Typically, you might find that a structure like
5278
5279 \c struct {
5280 \c     char c;
5281 \c     int i;
5282 \c } foo;
5283
5284 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
5285 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
5286 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
5287 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5288 out how your own compiler does it.
5289
5290
5291 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
5292
5293 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5294 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
5295 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5296 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5297 the work involved in keeping track of the calling convention.
5298
5299 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
5300 into NASM's preprocessor. See \k{tasmcompat} for details.)
5301
5302 An example of an assembly function using the macro set is given
5303 here:
5304
5305 \c proc    _nearproc
5306 \c
5307 \c %$i     arg
5308 \c %$j     arg
5309 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5310 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5311 \c         add     ax,[bx]
5312 \c
5313 \c endproc
5314
5315 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
5316 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
5317 integer. It returns \c{i + *j}.
5318
5319 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
5320 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
5321 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
5322 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
5323 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
5324 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
5325 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
5326
5327 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
5328 compact-model code) by default. You can have it generate far
5329 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
5330 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
5331 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
5332 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
5333 dependency on whether data pointers are far or not.
5334
5335 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
5336 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
5337 many function parameters will be of type \c{int}.
5338
5339 The large-model equivalent of the above function would look like this:
5340
5341 \c %define FARCODE
5342 \c
5343 \c proc    _farproc
5344 \c
5345 \c %$i     arg
5346 \c %$j     arg     4
5347 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5348 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5349 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
5350 \c         add     ax,[bx]
5351 \c
5352 \c endproc
5353
5354 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
5355 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
5356 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
5357
5358
5359 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
5360
5361 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
5362 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
5363
5364 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
5365 not required for Pascal.
5366
5367 \b The memory model is always large: functions are far, data
5368 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
5369 (Actually, some functions are near, but only those functions that
5370 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
5371 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
5372 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
5373 data declared in a Pascal program goes into the default data
5374 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
5375 when control is passed to your assembly code. The only things that
5376 do not live in the default data segment are local variables (they
5377 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
5378 data \e{pointers}, however, are far.
5379
5380 \b The function calling convention is different - described below.
5381
5382 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
5383
5384 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
5385 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
5386 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
5387
5388
5389 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
5390
5391 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
5392 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
5393 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
5394 used to denote the function doing the calling and the function which
5395 gets called.
5396
5397 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5398 after another, in normal order (left to right, so that the first
5399 argument specified to the function is pushed first).
5400
5401 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
5402 control to the callee.
5403
5404 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5405 actually necessary, in functions which do not need to access their
5406 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
5407 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
5408 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
5409 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
5410 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
5411 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
5412
5413 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
5414 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
5415 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
5416 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
5417 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
5418 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
5419 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
5420
5421 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
5422 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5423 accessible at negative offsets from \c{BP}.
5424
5425 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5426 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
5427 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
5428 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
5429 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
5430 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
5431 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
5432 places the returned string value at that location. The pointer is
5433 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
5434 \c{RETF} instruction.
5435
5436 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
5437 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5438 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
5439 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
5440 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
5441 to be removed from the stack as a side effect of the return
5442 instruction.
5443
5444 \b When the caller regains control from the callee, the function
5445 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
5446 do nothing further.
5447
5448 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
5449 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
5450
5451 \c global  myfunc
5452 \c
5453 \c myfunc: push    bp
5454 \c         mov     bp,sp
5455 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
5456 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
5457 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
5458 \c
5459 \c         ; some more code
5460 \c
5461 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
5462 \c         pop     bp
5463 \c         retf    4               ; total size of params is 4
5464
5465 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
5466 assembly code, you would do something like this:
5467
5468 \c extern  SomeFunc
5469 \c
5470 \c        ; and then, further down...
5471 \c
5472 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
5473 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
5474 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
5475 \c        call   far SomeFunc
5476
5477 This is equivalent to the Pascal code
5478
5479 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
5480 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
5481
5482
5483 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
5484 Name Restrictions
5485
5486 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
5487 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
5488 reading and understanding the various information contained in a
5489 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
5490 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
5491 restrictions:
5492
5493 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
5494 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
5495
5496 \b initialized data must be in a segment whose name is either
5497 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
5498
5499 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
5500 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
5501
5502 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
5503 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
5504
5505
5506 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
5507
5508 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
5509 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
5510 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
5511 definition ensures that functions are far (it implies
5512 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
5513 generated with an operand.
5514
5515 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
5516 argument offsets; you must declare your function's arguments in
5517 reverse order. For example:
5518
5519 \c %define PASCAL
5520 \c
5521 \c proc    _pascalproc
5522 \c
5523 \c %$j     arg 4
5524 \c %$i     arg
5525 \c         mov     ax,[bp + %$i]
5526 \c         mov     bx,[bp + %$j]
5527 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
5528 \c         add     ax,[bx]
5529 \c
5530 \c endproc
5531
5532 This defines the same routine, conceptually, as the example in
5533 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
5534 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
5535 and the contents of the pointer. The only difference between this
5536 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
5537 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
5538 reverse order.
5539
5540
5541 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
5542
5543 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
5544 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
5545 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
5546 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
5547 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
5548 shared libraries.
5549
5550 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
5551 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
5552 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
5553 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
5554 address space no matter what segment you work relative to, and that
5555 you should ignore all segment registers completely. When writing
5556 flat-model application code, you never need to use a segment
5557 override or modify any segment register, and the code-section
5558 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
5559 space as the data-section addresses you access your variables by and
5560 the stack-section addresses you access local variables and procedure
5561 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
5562 offset part.
5563
5564
5565 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
5566
5567 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
5568 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
5569 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
5570
5571
5572 \S{32cunder} External Symbol Names
5573
5574 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
5575 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
5576 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
5577 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
5578 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
5579 underscore on their assembly-language names.
5580
5581 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
5582 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
5583 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
5584 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
5585 though, the leading underscore should not be used.
5586
5587 See also \k{opt-pfix}.
5588
5589 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
5590
5591 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}The C
5592 calling convention in 32-bit programs is as follows. In the
5593 following description, the words \e{caller} and \e{callee} are used
5594 to denote the function doing the calling and the function which gets
5595 called.
5596
5597 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
5598 after another, in reverse order (right to left, so that the first
5599 argument specified to the function is pushed last).
5600
5601 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
5602 control to the callee.
5603
5604 \b The callee receives control, and typically (although this is not
5605 actually necessary, in functions which do not need to access their
5606 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
5607 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
5608 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
5609 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
5610 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
5611 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
5612
5613 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
5614 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
5615 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
5616 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
5617 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
5618 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
5619 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
5620 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
5621 pushing of the parameters in reverse order means that the function
5622 knows where to find its first parameter, which tells it the number
5623 and type of the remaining ones.
5624
5625 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
5626 allocate space on the stack for local variables, which will then be
5627 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
5628
5629 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
5630 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
5631 of the value. Floating-point results are typically returned in
5632 \c{ST0}.
5633
5634 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
5635 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
5636 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
5637
5638 \b When the caller regains control from the callee, the function
5639 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
5640 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
5641 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
5642 called with the wrong number of parameters due to a prototype
5643 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
5644 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
5645 removing.
5646
5647 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
5648 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
5649 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
5650 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
5651 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
5652 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
5653 still pushed in right-to-left order.
5654
5655 Thus, you would define a function in C style in the following way:
5656
5657 \c global  _myfunc
5658 \c
5659 \c _myfunc:
5660 \c         push    ebp
5661 \c         mov     ebp,esp
5662 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
5663 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
5664 \c
5665 \c         ; some more code
5666 \c
5667 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
5668 \c         ret
5669
5670 At the other end of the process, to call a C function from your
5671 assembly code, you would do something like this:
5672
5673 \c extern  _printf
5674 \c
5675 \c         ; and then, further down...
5676 \c
5677 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
5678 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
5679 \c         call    _printf
5680 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
5681 \c
5682 \c         ; then those data items...
5683 \c
5684 \c segment _DATA
5685 \c
5686 \c myint       dd   1234
5687 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
5688
5689 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
5690
5691 \c     int myint = 1234;
5692 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
5693
5694
5695 \S{32cdata} Accessing Data Items
5696
5697 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
5698 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
5699 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
5700 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
5701 accessed from assembler as
5702
5703 \c           extern _i
5704 \c           mov eax,[_i]
5705
5706 And to declare your own integer variable which C programs can access
5707 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
5708 the \c{_DATA} segment, if necessary):
5709
5710 \c           global _j
5711 \c _j        dd 0
5712
5713 To access a C array, you need to know the size of the components of
5714 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
5715 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
5716 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
5717 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
5718 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
5719 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
5720 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
5721 are also 4 bytes long.
5722
5723 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
5724 the base of the structure to the field you are interested in. You
5725 can either do this by converting the C structure definition into a
5726 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
5727 one offset and using just that.
5728
5729 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
5730 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
5731 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
5732 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
5733 Typically, you might find that a structure like
5734
5735 \c struct {
5736 \c     char c;
5737 \c     int i;
5738 \c } foo;
5739
5740 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
5741 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
5742 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
5743 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
5744 out how your own compiler does it.
5745
5746
5747 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
5748
5749 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
5750 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
5751 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
5752 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
5753 the work involved in keeping track of the calling convention.
5754
5755 An example of an assembly function using the macro set is given
5756 here:
5757
5758 \c proc    _proc32
5759 \c
5760 \c %$i     arg
5761 \c %$j     arg
5762 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
5763 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
5764 \c         add     eax,[ebx]
5765 \c
5766 \c endproc
5767
5768 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
5769 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
5770 integer. It returns \c{i + *j}.
5771
5772 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
5773 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
5774 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
5775 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
5776 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
5777 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
5778 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
5779
5780 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
5781 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
5782 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
5783
5784
5785 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
5786 Libraries}
5787
5788 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
5789 because it contains support for \i{position-independent code}
5790 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
5791 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
5792 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
5793
5794 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
5795 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
5796 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
5797 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
5798
5799 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
5800 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
5801 of the running process. The contents of the library's code section
5802 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
5803
5804 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
5805 this:
5806
5807 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
5808
5809 Instead, the linker provides an area of memory called the
5810 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
5811 constant distance from your library's code, so if you can find out
5812 where your library is loaded (which is typically done using a
5813 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
5814 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
5815 linker-generated entries in the GOT.
5816
5817 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
5818 restrictions: since the data section is writable, it has to be
5819 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
5820 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
5821 you can put ordinary types of relocation in the data section without
5822 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
5823
5824
5825 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
5826
5827 Each code module in your shared library should define the GOT as an
5828 external symbol:
5829
5830 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
5831 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
5832
5833 At the beginning of any function in your shared library which plans
5834 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
5835 address of the GOT. This is typically done by writing the function
5836 in this form:
5837
5838 \c func:   push    ebp
5839 \c         mov     ebp,esp
5840 \c         push    ebx
5841 \c         call    .get_GOT
5842 \c .get_GOT:
5843 \c         pop     ebx
5844 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
5845 \c
5846 \c         ; the function body comes here
5847 \c
5848 \c         mov     ebx,[ebp-4]
5849 \c         mov     esp,ebp
5850 \c         pop     ebp
5851 \c         ret
5852
5853 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
5854 second leading underscore.)
5855
5856 The first two lines of this function are simply the standard C
5857 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
5858 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
5859 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
5860 libraries use this register to store the address of the GOT.
5861
5862 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
5863 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
5864 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
5865 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
5866 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
5867 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
5868 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
5869 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
5870 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
5871 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
5872 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
5873 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
5874 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
5875 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
5876 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
5877 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
5878
5879 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
5880 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
5881 those three instructions into a macro and safely ignore them:
5882
5883 \c %macro  get_GOT 0
5884 \c
5885 \c         call    %%getgot
5886 \c   %%getgot:
5887 \c         pop     ebx
5888 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
5889 \c
5890 \c %endmacro
5891
5892 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
5893
5894 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
5895 your data items. Most variables will reside in the sections you have
5896 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
5897 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
5898 way this works is like this:
5899
5900 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
5901
5902 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
5903 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
5904 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
5905 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
5906
5907 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
5908 them, they are shared between code modules in the library, but do
5909 not get exported from the library to the program that loaded it.
5910 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
5911 can access them in the same way as local variables, using the above
5912 \c{..gotoff} mechanism.
5913
5914 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
5915 handles this relocation type, there must be at least one non-local
5916 symbol in the same section as the address you're trying to access.
5917
5918
5919 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
5920
5921 If your library needs to get at an external variable (external to
5922 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
5923 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
5924 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
5925 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
5926 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
5927 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
5928 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
5929 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
5930 you would code
5931
5932 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
5933
5934 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
5935 linker, when it builds the shared library, collects together every
5936 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
5937 has every necessary entry present.
5938
5939 Common variables must also be accessed in this way.
5940
5941
5942 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
5943
5944 If you want to export symbols to the user of the library, you have
5945 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
5946 you have to give the size of the data item. This is because the
5947 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
5948 entries for any exported functions, and also moves exported data
5949 items away from the library's data section in which they were
5950 declared.
5951
5952 So to export a function to users of the library, you must use
5953
5954 \c global  func:function           ; declare it as a function
5955 \c
5956 \c func:   push    ebp
5957 \c
5958 \c         ; etc.
5959
5960 And to export a data item such as an array, you would have to code
5961
5962 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
5963 \c
5964 \c array:  resd    128
5965 \c .end:
5966
5967 Be careful: If you export a variable to the library user, by
5968 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
5969 end up living in the data section of the main program, rather than
5970 in your library's data section, where you declared it. So you will
5971 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
5972 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
5973 effectively, it has become).
5974
5975 Equally, if you need to store the address of an exported global in
5976 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
5977 sort of code:
5978
5979 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
5980
5981 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
5982 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
5983 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
5984 pointing at your data section instead of at the exported global
5985 which resides elsewhere.
5986
5987 Instead of the above code, then, you must write
5988
5989 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
5990
5991 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
5992 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
5993 at that address, rather than just relocating by section base.
5994
5995 Either method will work for functions: referring to one of your
5996 functions by means of
5997
5998 \c funcptr:        dd      my_function
5999
6000 will give the user the address of the code you wrote, whereas
6001
6002 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
6003
6004 will give the address of the procedure linkage table for the
6005 function, which is where the calling program will \e{believe} the
6006 function lives. Either address is a valid way to call the function.
6007
6008
6009 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
6010
6011 Calling procedures outside your shared library has to be done by
6012 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
6013 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
6014 library code can make calls to the PLT in a position-independent
6015 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
6016 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
6017 in the main program can be transparently passed off to their real
6018 destinations.
6019
6020 To call an external routine, you must use another special PIC
6021 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
6022 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
6023 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
6024 ..plt}.
6025
6026
6027 \S{link} Generating the Library File
6028
6029 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
6030 you then generate your shared library with a command such as
6031
6032 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
6033 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
6034
6035 For ELF, if your shared library is going to reside in system
6036 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
6037 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
6038 library file name, with a version number, into the library:
6039
6040 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
6041
6042 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
6043 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
6044
6045
6046 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
6047
6048 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
6049 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
6050 writing operating system code such as protected-mode initialisation
6051 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
6052 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
6053 one, or jumps between different-size segments.
6054
6055
6056 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
6057
6058 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
6059 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
6060 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
6061 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
6062 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
6063 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
6064 instruction you need, since everything before it can be done in pure
6065 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
6066
6067 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
6068 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
6069 segment, so just coding, for example,
6070
6071 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
6072
6073 will not work, since the offset part of the address will be
6074 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
6075 one.
6076
6077 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
6078 generate the required instruction by coding it manually, using
6079 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
6080 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
6081
6082 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
6083
6084 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
6085 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
6086 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
6087 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
6088 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
6089 segment to a 32-bit one.
6090
6091 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
6092 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
6093
6094 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
6095
6096 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
6097 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
6098 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
6099
6100
6101 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
6102 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
6103
6104 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
6105 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
6106 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
6107 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
6108 32-bit segment, or vice versa.
6109
6110 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
6111 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
6112 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
6113 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
6114
6115 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
6116 the address, since any effective address containing a 32-bit
6117 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
6118
6119 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
6120 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
6121
6122 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
6123 instruction and a register) if you already know the precise offset
6124 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
6125 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
6126 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
6127
6128 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
6129 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
6130
6131 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
6132
6133 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
6134 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
6135 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
6136
6137 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
6138
6139 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
6140 which controls the size of the data stored at the address, with the
6141 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
6142 address itself. The two can quite easily be different:
6143
6144 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
6145
6146 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
6147 offset.
6148
6149 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
6150 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
6151
6152 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
6153
6154 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
6155 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
6156 offset), and calls that address.
6157
6158
6159 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
6160
6161 The other way you might want to access data might be using the
6162 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
6163 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
6164 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
6165 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
6166
6167 This is the purpose of NASM's \i\c{a16} and \i\c{a32} prefixes. If
6168 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
6169 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
6170 desired address into \c{ESI} and then code
6171
6172 \c         a32     lodsb
6173
6174 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
6175 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
6176 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
6177 corresponding \c{a16} prefix can be used.
6178
6179 The \c{a16} and \c{a32} prefixes can be applied to any instruction
6180 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
6181 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
6182 instructions with implicit addressing:
6183 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
6184 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
6185 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
6186 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
6187 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
6188 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
6189 Also, the
6190 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
6191 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16} or \c{a32}
6192 prefixes to force a particular one of \c{SP} or \c{ESP} to be used
6193 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
6194 size from the code segment.
6195
6196 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
6197 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
6198 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
6199 give the value of the segment register being manipulated. To force
6200 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
6201 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
6202
6203 \c         o16 push    ss
6204 \c         o16 push    ds
6205
6206 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
6207 registers into the space which would normally be consumed by pushing
6208 one.
6209
6210 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
6211 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
6212
6213
6214 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
6215
6216 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
6217 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
6218 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
6219 write position-independent code for shared libraries.
6220
6221 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
6222 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
6223 registers, which still add their bases.
6224
6225 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
6226 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
6227 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
6228 probably desirable to make that the default, using the directive
6229 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
6230
6231 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
6232 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
6233 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
6234 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
6235 Please see the ABI documentation for your platform.
6236
6237 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
6238 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
6239 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
6240 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
6241
6242 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
6243
6244 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
6245
6246 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
6247
6248 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
6249 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
6250
6251 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
6252 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
6253 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
6254 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
6255 calls, and thus are available for use by the function without saving.
6256
6257 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
6258
6259 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6260 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
6261 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
6262 stack, and returned in \c{ST(0)} and \c{ST(1)}.
6263
6264 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
6265
6266 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
6267
6268 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
6269
6270 The Win64 ABI is described at:
6271
6272 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
6273
6274 What follows is a simplified summary.
6275
6276 The first four integer arguments are passwd in \c{RCX}, \c{RDX},
6277 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
6278 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
6279 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
6280 use by the function without saving.
6281
6282 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
6283
6284 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
6285 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
6286 return is \c{XMM0} only.
6287
6288 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
6289
6290 \C{trouble} Troubleshooting
6291
6292 This chapter describes some of the common problems that users have
6293 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
6294 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
6295 that isn't listed here.
6296
6297
6298 \H{problems} Common Problems
6299
6300 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
6301
6302 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
6303 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
6304 deliberate design feature, connected to predictability of output:
6305 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
6306 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
6307 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
6308 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
6309 have NASM produce the more efficient code automatically enable
6310 optimization with the \c{-On} option (see \k{opt-On}).
6311
6312
6313 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
6314
6315 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
6316 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
6317 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
6318 longer.
6319
6320 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
6321 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
6322 type of processor the code it is generating will be run on; so it
6323 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
6324 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
6325 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
6326 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
6327 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
6328 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
6329 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
6330 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
6331 instructions should be generated. See \k{opt-On}.
6332
6333
6334 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
6335
6336 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
6337 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
6338 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
6339 sector, people who are used to MASM tend to code
6340
6341 \c         ORG 0
6342 \c
6343 \c         ; some boot sector code
6344 \c
6345 \c         ORG 510
6346 \c         DW 0xAA55
6347
6348 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
6349 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
6350 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
6351
6352 \c         ORG 0
6353 \c
6354 \c         ; some boot sector code
6355 \c
6356 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
6357 \c         DW 0xAA55
6358
6359 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
6360 the output to move the assembly point up to 510. This method also
6361 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
6362 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
6363 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
6364 find out what's wrong with it.
6365
6366
6367 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
6368
6369 The other common problem with the above code is people who write the
6370 \c{TIMES} line as
6371
6372 \c         TIMES 510-$ DB 0
6373
6374 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
6375 the difference between them is also a pure number and can happily be
6376 fed to \c{TIMES}.
6377
6378 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
6379 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
6380 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
6381 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
6382 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
6383 information back to the expression evaluator. So from the
6384 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
6385 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
6386 is also not a pure number, but involves a section base. Values
6387 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
6388
6389 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
6390 line in the form
6391
6392 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
6393
6394 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
6395 and so their difference is a pure number. This will solve the
6396 problem and generate sensible code.
6397
6398
6399 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
6400
6401 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
6402 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
6403 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
6404 \i\c{bugtracker} at
6405 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
6406 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
6407 contacts in \k{contact}.
6408
6409 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
6410 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
6411 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
6412 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
6413 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
6414 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
6415 there.
6416
6417 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
6418 information:
6419
6420 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
6421 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
6422
6423 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
6424 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
6425 you were using the standard distribution binaries out of the
6426 archive. If you were using a locally built executable, try to
6427 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
6428 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
6429 it.
6430
6431 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
6432 it. Give us the precise command line, and the contents of the
6433 \c{NASMENV} environment variable if any.
6434
6435 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
6436 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
6437 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
6438 got, and the exact linker command line. If the problem involves
6439 linking against object files generated by a compiler, tell us what
6440 compiler, what version, and what command line or options you used.
6441 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
6442 with the command-line version of the compiler.)
6443
6444 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
6445 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
6446 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
6447 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
6448 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
6449 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
6450 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
6451 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
6452 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
6453 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
6454 demonstrate the problem is much easier to work with than a
6455 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
6456 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
6457
6458 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
6459 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
6460 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
6461 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
6462 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
6463 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
6464 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
6465 generating'; `the object file produced from this source code crashes
6466 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
6467 should be 77 instead'.
6468
6469 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
6470 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
6471 generates the same file, or whether the problem is related to
6472 portability issues between our development platforms and yours. We
6473 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
6474 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
6475 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
6476 for us.
6477
6478 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
6479 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
6480 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
6481 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
6482 differently from us.
6483
6484
6485 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
6486
6487                   The Netwide Disassembler, NDISASM
6488
6489 \H{ndisintro} Introduction
6490
6491
6492 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
6493 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
6494 complete with a full instruction table, and not make as much use of
6495 it as possible, so here's a disassembler which shares the
6496 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
6497
6498 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
6499 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
6500 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
6501 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
6502 disassembles.
6503
6504
6505 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
6506
6507 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
6508 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
6509 are on a Unix system.
6510
6511
6512 \H{ndisrun} Running NDISASM
6513
6514 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
6515
6516 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
6517
6518 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
6519 provided of course that you remember to specify which it is to work
6520 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
6521 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
6522
6523 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
6524 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
6525 summary of command line options.
6526
6527
6528 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
6529
6530 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
6531 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
6532 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
6533 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
6534 this.
6535
6536 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
6537 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
6538 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
6539 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
6540 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
6541
6542 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
6543
6544 \c        ndisasm -o100h filename.com
6545
6546 will do the trick.
6547
6548
6549 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
6550
6551 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
6552 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
6553 will faithfully plough through the data section, producing machine
6554 instructions wherever it can (although most of them will look
6555 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
6556 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
6557 Then it will reach the code section.
6558
6559 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
6560 instruction from part of the data section, and its file position is
6561 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
6562 entirely possible that another spurious instruction will get
6563 generated, starting with the final byte of the data section, and
6564 then the correct first instruction in the code section will not be
6565 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
6566 ideal.
6567
6568 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
6569 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
6570 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
6571 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
6572 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
6573 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
6574 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
6575 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
6576 the instructions in your code section.
6577
6578 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
6579 in terms of the program origin, not the file position. So if you
6580 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
6581 do
6582
6583 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
6584
6585 rather than
6586
6587 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
6588
6589 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
6590 to, just by repeating the \c{-s} option.
6591
6592
6593 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
6594 \I\c{auto-sync}
6595
6596 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
6597 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
6598 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
6599 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
6600 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
6601 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
6602 needed.
6603
6604 On the other hand, why should you have to specify the sync point
6605 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
6606 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
6607 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
6608
6609 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
6610 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
6611 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
6612 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
6613 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
6614 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
6615 processed, there isn't much it can do about it...)
6616
6617 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
6618 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
6619 the register contains) or involves a segment address (in which case
6620 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
6621 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
6622
6623 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
6624 points in all the right places, and save you from having to place
6625 any sync points manually. However, it should be stressed that
6626 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
6627 you may still have to place some manually.
6628
6629 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
6630 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
6631 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
6632 options.
6633
6634 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
6635 fluke, something in your data section should disassemble to a
6636 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
6637 sync point in a totally random place, for example in the middle of
6638 one of the instructions in your code section. So you may end up with
6639 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
6640 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
6641 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
6642 suppress disassembly of the data area.
6643
6644
6645 \S{ndisother} Other Options
6646
6647 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
6648 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
6649 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
6650 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
6651
6652 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
6653 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
6654 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
6655 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
6656 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
6657 anyway.
6658
6659
6660 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
6661
6662 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
6663 possible, should be sent to
6664 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
6665 developer's site at
6666 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
6667 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
6668 new features as well.
6669
6670 Future plans include awareness of which processors certain
6671 instructions will run on, and marking of instructions that are too
6672 advanced for some processor (or are \c{FPU} instructions, or are
6673 undocumented opcodes, or are privileged protected-mode instructions,
6674 or whatever).
6675
6676 That's All Folks!
6677
6678 I hope NDISASM is of some use to somebody. Including me. :-)
6679
6680 I don't recommend taking NDISASM apart to see how an efficient
6681 disassembler works, because as far as I know, it isn't an efficient
6682 one anyway. You have been warned.
6683