doc: Update nasmdoc
[platform/upstream/nasm.git] / doc / nasmdoc.src
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#
3 \#   Copyright 1996-2013 The NASM Authors - All Rights Reserved
4 \#   See the file AUTHORS included with the NASM distribution for
5 \#   the specific copyright holders.
6 \#
7 \#   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8 \#   modification, are permitted provided that the following
9 \#   conditions are met:
10 \#
11 \#   * Redistributions of source code must retain the above copyright
12 \#     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13 \#   * Redistributions in binary form must reproduce the above
14 \#     copyright notice, this list of conditions and the following
15 \#     disclaimer in the documentation and/or other materials provided
16 \#     with the distribution.
17 \#
18 \#     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
19 \#     CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
20 \#     INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
21 \#     MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22 \#     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
23 \#     CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24 \#     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
25 \#     NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
26 \#     LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27 \#     HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
28 \#     CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
29 \#     OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
30 \#     EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
31 \#
32 \# --------------------------------------------------------------------------
33 \#
34 \# Source code to NASM documentation
35 \#
36 \M{category}{Programming}
37 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
38 \M{year}{1996-2012}
39 \M{author}{The NASM Development Team}
40 \M{copyright_tail}{-- All Rights Reserved}
41 \M{license}{This document is redistributable under the license given in the file "LICENSE" distributed in the NASM archive.}
42 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
43 \M{infoname}{NASM}
44 \M{infofile}{nasm}
45 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
46 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
47 \M{logoyadj}{-72}
48 \IR{-D} \c{-D} option
49 \IR{-E} \c{-E} option
50 \IR{-F} \c{-F} option
51 \IR{-I} \c{-I} option
52 \IR{-M} \c{-M} option
53 \IR{-MD} \c{-MD} option
54 \IR{-MF} \c{-MF} option
55 \IR{-MG} \c{-MG} option
56 \IR{-MP} \c{-MP} option
57 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
58 \IR{-MT} \c{-MT} option
59 \IR{-O} \c{-O} option
60 \IR{-P} \c{-P} option
61 \IR{-U} \c{-U} option
62 \IR{-X} \c{-X} option
63 \IR{-a} \c{-a} option
64 \IR{-d} \c{-d} option
65 \IR{-e} \c{-e} option
66 \IR{-f} \c{-f} option
67 \IR{-g} \c{-g} option
68 \IR{-i} \c{-i} option
69 \IR{-l} \c{-l} option
70 \IR{-o} \c{-o} option
71 \IR{-p} \c{-p} option
72 \IR{-s} \c{-s} option
73 \IR{-u} \c{-u} option
74 \IR{-v} \c{-v} option
75 \IR{-W} \c{-W} option
76 \IR{-w} \c{-w} option
77 \IR{-y} \c{-y} option
78 \IR{-Z} \c{-Z} option
79 \IR{!=} \c{!=} operator
80 \IR{$, here} \c{$}, Here token
81 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
82 \IR{$$} \c{$$} token
83 \IR{%} \c{%} operator
84 \IR{%%} \c{%%} operator
85 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
86 \IA{%-1}{%+1}
87 \IR{%0} \c{%0} parameter count
88 \IR{&} \c{&} operator
89 \IR{&&} \c{&&} operator
90 \IR{*} \c{*} operator
91 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
92 \IR{/} \c{/} operator
93 \IR{//} \c{//} operator
94 \IR{<} \c{<} operator
95 \IR{<<} \c{<<} operator
96 \IR{<=} \c{<=} operator
97 \IR{<>} \c{<>} operator
98 \IR{=} \c{=} operator
99 \IR{==} \c{==} operator
100 \IR{>} \c{>} operator
101 \IR{>=} \c{>=} operator
102 \IR{>>} \c{>>} operator
103 \IR{?} \c{?} MASM syntax
104 \IR{^} \c{^} operator
105 \IR{^^} \c{^^} operator
106 \IR{|} \c{|} operator
107 \IR{||} \c{||} operator
108 \IR{~} \c{~} operator
109 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
110 \IA{%$$}{%$}
111 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
112 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
113 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
114 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
115 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
116 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
117 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
118 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
119 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
120 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
121 variables
122 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
123 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
124 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
125 \IR{autoconf} Autoconf
126 \IR{bin} bin
127 \IR{bitwise and} bitwise AND
128 \IR{bitwise or} bitwise OR
129 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
130 \IR{block ifs} block IFs
131 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
132 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
133 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
134 \IR{bsd} BSD
135 \IR{c calling convention} C calling convention
136 \IR{c symbol names} C symbol names
137 \IA{critical expressions}{critical expression}
138 \IA{command line}{command-line}
139 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
140 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
141 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
142 \IA{character constants}{character constant}
143 \IR{common object file format} Common Object File Format
144 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
145 in \c{elf}
146 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
147 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
148 \IR{declaring structure} declaring structures
149 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
150 \IR{devpac} DevPac
151 \IR{djgpp} DJGPP
152 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
153 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
154 \IR{dos} DOS
155 \IR{dos archive} DOS archive
156 \IR{dos source archive} DOS source archive
157 \IA{effective address}{effective addresses}
158 \IA{effective-address}{effective addresses}
159 \IR{elf} ELF
160 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
161 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
162 \IR{elf32} \c{elf32}
163 \IR{elf64} \c{elf64}
164 \IR{elfx32} \c{elfx32}
165 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
166 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
167 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
168 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
169 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
170 \IR{freebsd} FreeBSD
171 \IR{freelink} FreeLink
172 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
173 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
174 convention
175 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
176 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
177 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
178 \IR{got} GOT
179 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
180 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
181 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
182 \IR{intel number formats} Intel number formats
183 \IR{linux, elf} Linux, ELF
184 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
185 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
186 \IR{logical and} logical AND
187 \IR{logical or} logical OR
188 \IR{logical xor} logical XOR
189 \IR{mach object file format} Mach, object file format
190 \IR{mach-o} Mach-O
191 \IR{macho32} \c{macho32}
192 \IR{macho64} \c{macho64}
193 \IR{macos x} MacOS X
194 \IR{masm} MASM
195 \IA{memory reference}{memory references}
196 \IR{minix} Minix
197 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
198 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
199 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
200 \IR{mmx registers} MMX registers
201 \IA{modr/m}{modr/m byte}
202 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
203 \IR{ms-dos} MS-DOS
204 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
205 \IR{multipush} \c{multipush} macro
206 \IR{nan} NaN
207 \IR{nasm version} NASM version
208 \IR{netbsd} NetBSD
209 \IR{omf} OMF
210 \IR{openbsd} OpenBSD
211 \IR{operating system} operating system
212 \IR{os/2} OS/2
213 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
214 \IR{passes} passes, assembly
215 \IR{perl} Perl
216 \IR{pic} PIC
217 \IR{pharlap} PharLap
218 \IR{plt} PLT
219 \IR{plt} \c{PLT} relocations
220 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
221 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
222 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
223 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
224 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
225 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
226 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
227 Object File Format
228 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
229 \IA{repeating}{repeating code}
230 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
231 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
232 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
233 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
234 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
235 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
236 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
237 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
238 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
239 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
240 \IR{shift command} \c{shift} command
241 \IA{sib}{sib byte}
242 \IR{sib byte} SIB byte
243 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
244 \IA{sectalign}{sectalign}
245 \IR{solaris x86} Solaris x86
246 \IA{standard section names}{standardized section names}
247 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
248 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
249 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
250 \IR{tlink} \c{TLINK}
251 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
252 \IR{unicode} Unicode
253 \IR{unix} Unix
254 \IR{utf-8} UTF-8
255 \IR{utf-16} UTF-16
256 \IR{utf-32} UTF-32
257 \IA{sco unix}{unix, sco}
258 \IR{unix, sco} Unix, SCO
259 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
260 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
261 \IA{unix system v}{unix, system v}
262 \IR{unix, system v} Unix, System V
263 \IR{unixware} UnixWare
264 \IR{val} VAL
265 \IR{version number of nasm} version number of NASM
266 \IR{visual c++} Visual C++
267 \IR{www page} WWW page
268 \IR{win32} Win32
269 \IR{win32} Win64
270 \IR{windows} Windows
271 \IR{windows 95} Windows 95
272 \IR{windows nt} Windows NT
273 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
274 \# \IC{program entry point}{start point, program}
275 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
276 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
277 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
278
279
280 \C{intro} Introduction
281
282 \H{whatsnasm} What Is NASM?
283
284 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
285 for portability and modularity. It supports a range of object file
286 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
287 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
288 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
289 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
290 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
291 strong support for macros.
292
293
294 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
295
296 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
297 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
298 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
299 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
300
301 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
302 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
303
304 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
305 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
306 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
307 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
308 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
309 it (properly.)
310
311 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
312 doesn't seem to have much (or any) documentation.
313
314 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
315 DOS.
316
317 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
318 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
319 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
320 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
321 It's expensive too. And it's DOS-only.
322
323 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
324 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
325 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
326 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
327 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
328 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
329 Again.
330
331
332 \S{legal} \i{License} Conditions
333
334 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
335 distribution archive, for the license conditions under which you may
336 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
337 known as the simplified BSD license.
338
339 Copyright 1996-2011 the NASM Authors - All rights reserved.
340
341 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
342 modification, are permitted provided that the following conditions are
343 met:
344
345 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
346 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
347
348 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
349 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
350 documentation and/or other materials provided with the distribution.
351       
352 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
353 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
354 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
355 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
356 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
357 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
358 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
359 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
360 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
361 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
362 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
363 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
364 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
365
366
367 \H{contact} Contact Information
368
369 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
370 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
371 (see below for the link).
372 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
373
374 NASM has a \i{website} at
375 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
376 google for us!
377
378 \i{New releases}, \i{release candidates}, and \I{snapshots, daily
379 development}\i{daily development snapshots} of NASM are available from
380 the official web site.
381
382 Announcements are posted to
383 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
384 and to the web site
385 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
386
387 If you want information about the current development status, please
388 subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list; see link from the
389 website.
390
391
392 \H{install} Installation
393
394 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
395
396 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
397 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
398 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
399 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
400
401 The archive will contain a set of executable files: the NASM
402 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
403 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
404 RDOFF file format.
405
406 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
407 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
408 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
409 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
410 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
411 under other versions of Windows as well.)
412
413 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
414 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
415 so you can delete it if you need to save space; however, you may
416 want to keep the documentation or test programs.
417
418 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
419 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
420 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
421 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
422 the source archive.
423
424 Note that a number of files are generated from other files by Perl
425 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
426 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
427 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
428 documentation. It is possible future source distributions may not
429 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
430 platforms, including DOS and Windows, are available from
431 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
432
433
434 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
435
436 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
437 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
438 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
439 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
440 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
441
442 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
443 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
444 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
445 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
446 accordingly.
447
448 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
449 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
450 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
451 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
452 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
453 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
454 install the programs yourself.
455
456 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
457 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
458 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
459 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
460
461
462 \C{running} Running NASM
463
464 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
465
466 To assemble a file, you issue a command of the form
467
468 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
469
470 For example,
471
472 \c nasm -f elf myfile.asm
473
474 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
475
476 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
477
478 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
479
480 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
481 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
482 to give a listing file name, for example:
483
484 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
485
486 To get further usage instructions from NASM, try typing
487
488 \c nasm -h
489
490 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
491 are.
492
493 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
494 or \c{ELF}, type
495
496 \c file nasm
497
498 (in the directory in which you put the NASM binary when you
499 installed it). If it says something like
500
501 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
502
503 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
504 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
505
506 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
507
508 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
509 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
510 and are rare these days.)
511
512 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
513 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
514 messages.
515
516
517 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
518
519 NASM will normally choose the name of your output file for you;
520 precisely how it does this is dependent on the object file format.
521 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
522 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
523 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
524 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
525 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{elfx32}, \c{ieee}, \c{macho32} and
526 \c{macho64}) it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith}
527 and \c{srec}, it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec},
528 respectively, and for the \c{bin} format it will simply remove the
529 extension, so that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
530
531 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
532 has the same name as the input file, in which case it will give a
533 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
534
535 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
536 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
537 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
538 with the name you wish for the output file, either with or without
539 an intervening space. For example:
540
541 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
542 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
543
544 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
545 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
546
547
548 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
549
550 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
551 output file format for you itself. In the distribution versions of
552 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
553 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
554 choose what you want the default to be.
555
556 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
557 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
558
559 A complete list of the available output file formats can be given by
560 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
561
562
563 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
564
565 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
566 optional space) by a file name, NASM will generate a
567 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
568 code are listed on the left, and the actual source code, with
569 expansions of multi-line macros (except those which specifically
570 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
571 right. For example:
572
573 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
574
575 If a list file is selected, you may turn off listing for a
576 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
577 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
578 form" (without the brackets). This can be used to list only
579 sections of interest, avoiding excessively long listings.
580
581
582 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
583
584 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
585 This can be redirected to a file for further processing. For example:
586
587 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
588
589
590 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
591
592 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
593 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
594 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
595 dependency list without a prefix.
596
597
598 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
599
600 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
601 output to a file, rather than to stdout.  For example:
602
603 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
604
605
606 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
607
608 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
609 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
610 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
611 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
612 updated dependencies with every assembly session.  For example:
613
614 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
615
616
617 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
618
619 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
620 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
621 specified by the \c{-o} option.
622
623
624 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
625
626 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
627 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
628 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
629 quotable in Make.  The default output (if no \c{-MT} or \c{-MQ} option
630 is specified) is automatically quoted.
631
632
633 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
634
635 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
636 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
637 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
638 file has been removed.
639
640
641 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
642
643 This option is used to select the format of the debug information
644 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
645 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
646 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
647 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
648 if \c{-F} is specified.
649
650 A complete list of the available debug file formats for an output
651 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
652 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
653
654 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
655 is not built into NASM by default. For information on how
656 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
657
658
659 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
660
661 This option can be used to generate debugging information in the specified
662 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
663 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
664 If no debug information is currently implemented in the selected output
665 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
666
667
668 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
669
670 This option can be used to select an error reporting format for any
671 error messages that might be produced by NASM.
672
673 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
674 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
675 the default and looks like this:
676
677 \c filename.asm:65: error: specific error message
678
679 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
680 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
681 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
682 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
683 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
684
685 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
686 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
687
688 \c filename.asm(65) : error: specific error message
689
690 where the only difference is that the line number is in parentheses
691 instead of being delimited by colons.
692
693 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
694
695 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
696
697 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
698 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
699 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
700 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
701 example) you want to load them into an editor.
702
703 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
704 which causes errors to be sent to the specified files rather than
705 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
706 the errors into a file by typing
707
708 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
709
710 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
711 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
712 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
713
714 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
715
716 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
717 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
718 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
719 program, you can type:
720
721 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
722
723 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
724
725
726 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
727
728 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
729 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
730 search for the given file not only in the current directory, but also
731 in any directories specified on the command line by the use of the
732 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
733 library}, for example, by typing
734
735 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
736
737 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
738 optional).
739
740 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
741 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
742 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
743 prepended exactly as written to the name of the include file.
744 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
745 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
746
747 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
748 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
749 to search for the file \c{foobar.i}...)
750
751 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
752 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
753 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
754 \k{nasmenv}).
755
756 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
757 be specified as \c{-I}.
758
759
760 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
761
762 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
763 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
764 option. So running
765
766 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
767
768 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
769 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
770
771 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
772 option can also be specified as \c{-P}.
773
774
775 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
776
777 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
778 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
779 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
780 could code
781
782 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
783
784 as an alternative to placing the directive
785
786 \c %define FOO 100
787
788 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
789 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
790 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
791 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
792 \c{-dDEBUG}.
793
794 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
795 be specified as \c{-D}.
796
797
798 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
799
800 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
801 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
802 option specified earlier on the command lines.
803
804 For example, the following command line:
805
806 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
807
808 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
809 program. This is useful to override options specified at a different
810 point in a Makefile.
811
812 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
813 be specified as \c{-U}.
814
815
816 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
817
818 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
819 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
820 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
821 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
822 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
823 if the \c{-o} option is also used).
824
825 This option cannot be applied to programs which require the
826 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
827 which depend on the values of symbols: so code such as
828
829 \c %assign tablesize ($-tablestart)
830
831 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
832
833 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
834 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
835 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
836
837 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
838
839 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
840 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
841 completely and assume the compiler has already done it, to save time
842 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
843 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
844 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
845
846
847 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
848
849 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
850 levels of optimization.  The syntax is:
851
852 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
853         if a short form is not specified, except conditional jumps.
854         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
855
856 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
857         which will fit in a signed byte are optimized,
858         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
859         to the long form unless otherwise specified.
860
861 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
862         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
863         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
864         has been used (see \k{strict}).  For compatibility with earlier
865         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
866         one. This number has no effect on the actual number of passes.
867
868 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses, and is the default
869 since NASM 2.09.
870
871 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
872 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
873
874
875 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
876
877 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
878 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
879
880 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
881
882 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
883 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
884 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
885 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
886 Note that you lose the ability to override the default address type for
887 the instruction.
888
889 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
890 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
891 \c{include}, \c{local})
892
893 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
894
895 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
896 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
897 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
898 conditions are reported like errors, but come up with the word
899 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
900 generating an output file and returning a success status to the
901 operating system.
902
903 Some conditions are even less severe than that: they are only
904 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
905 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
906 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
907 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
908 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
909 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
910
911 The \i{suppressible warning} classes are:
912
913 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
914 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
915 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
916 you might want to disable it.
917
918 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
919 warning class is disabled by default.
920
921 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
922 parameters than optional parameters. This warning class
923 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
924
925 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
926 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
927 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
928 see \k{syntax} for more information.
929
930 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
931 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
932
933 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
934 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
935 This warning class is disabled by default.
936
937 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
938 Enabled by default.
939
940 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
941 Disabled by default.
942
943 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
944 Disabled by default.
945
946 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
947 Enabled by default.
948
949 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
950 Enabled by default.
951
952 \b \i\c{lock} warns about \c{LOCK} prefixes on unlockable instructions.
953 Enabled by default.
954
955 \b \i\c{hle} warns about invalid use of the HLE \c{XACQUIRE} or \c{XRELEASE}
956 prefixes.
957 Enabled by default.
958
959 \b \i\c{bnd} warns about ineffective use of the \c{BND} prefix when a relaxed
960 form of jmp instruction becomes jmp short form.
961 Enabled by default.
962
963 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
964 default.
965
966 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
967 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
968
969 In addition, you can set warning classes across sections.
970 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
971 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
972 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
973 (without the brackets) exists.
974
975 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
976 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
977 \c{-w-warning}, respectively.
978
979
980 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
981
982 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
983 and the date on which it was compiled.
984
985 You will need the version number if you report a bug.
986
987 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
988
989 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
990 debug info formats for the given output format. The default format
991 is indicated by an asterisk. For example:
992
993 \c nasm -f elf -y
994
995 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
996 \c   ('*' denotes default):
997 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
998 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
999
1000
1001 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
1002
1003 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
1004 (respectively) the given argument to all \c{global} or
1005 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
1006 underscore to all global and external variables, as C sometimes
1007 (but not always) likes it.
1008
1009
1010 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
1011
1012 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1013 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1014 processed before the real command line. You can use this to define
1015 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1016 options in the \c{NASMENV} variable.
1017
1018 The value of the variable is split up at white space, so that the
1019 value \c{-s -ic:\\nasmlib\\} will be treated as two separate options.
1020 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1021 what you might want, because it will be split at the space and the
1022 NASM command-line processing will get confused by the two
1023 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1024
1025 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1026 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1027 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1028 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1029 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib\\} is equivalent to setting it to \c{-s
1030 -ic:\\nasmlib\\}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1031
1032 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1033 changed with version 0.98.31.
1034
1035
1036 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1037
1038 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1039 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1040 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1041 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1042 skipping this section.
1043
1044
1045 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1046
1047 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1048 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1049 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1050 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1051 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1052 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1053 will distinguish between labels differing only in case.
1054
1055
1056 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1057
1058 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1059 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1060 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1061 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1062 if you declare, for example,
1063
1064 \c foo     equ     1
1065 \c bar     dw      2
1066
1067 then the two lines of code
1068
1069 \c         mov     ax,foo
1070 \c         mov     ax,bar
1071
1072 generate completely different opcodes, despite having
1073 identical-looking syntaxes.
1074
1075 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1076 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1077 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1078 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1079 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1080 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1081 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1082 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1083
1084 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1085 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1086 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1087 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1088 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1089 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1090
1091 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1092 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1093 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1094 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1095 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1096 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1097 \e{everything} is a label.
1098
1099 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1100 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1101 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1102 portion outside square brackets and another portion inside. The
1103 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1104 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1105
1106
1107 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1108
1109 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1110 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1111 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1112 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1113 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1114 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1115 \c{mov word [var],2}.
1116
1117 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1118 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1119 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1120 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1121 the strings being manipulated.
1122
1123
1124 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1125
1126 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1127 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1128 choose to put in your segment registers, and will never
1129 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1130
1131
1132 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1133
1134 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1135 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1136 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1137 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1138 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1139 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1140 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1141 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1142 track of which external variable definitions are far and which are
1143 near.
1144
1145
1146 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1147
1148 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1149 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1150 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1151 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1152
1153 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1154 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1155 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1156 on a misunderstanding by the authors.
1157
1158
1159 \S{qsother} Other Differences
1160
1161 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1162 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1163
1164 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1165 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1166 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1167 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1168 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1169 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1170 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1171
1172 In addition to all of this, macros and directives work completely
1173 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1174 details.
1175
1176
1177 \C{lang} The NASM Language
1178
1179 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1180
1181 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1182 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1183 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1184
1185 \c label:    instruction operands        ; comment
1186
1187 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1188 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1189 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1190 presence and nature of the instruction field.
1191
1192 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1193 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1194 backslash-ended line.
1195
1196 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1197 have white space before them, or instructions may have no space
1198 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1199 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1200 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1201 valid source line which does nothing but define a label. Running
1202 NASM with the command-line option
1203 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1204 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1205
1206 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1207 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1208 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1209 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1210 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1211 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1212 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1213 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1214 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1215 an identifier is 4095 characters.
1216
1217 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1218 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1219 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1220 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ}, \c{REPNE}/\c{REPNZ},
1221 \c{XACQUIRE}/\c{XRELEASE} or \c{BND}/\c{NOBND}, in the usual way. Explicit
1222 \I{address-size prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1223 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1224 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1225 override}segment register as an instruction prefix: coding
1226 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1227 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1228 syntactic features of the language, but for instructions such as
1229 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1230 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1231 \c{es lodsb}.
1232
1233 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1234 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1235 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1236
1237 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1238 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1239
1240 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1241 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1242 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1243 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1244 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1245 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1246
1247 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1248 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1249 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1250 \# Details of
1251 \# all forms of each supported instruction are given in
1252 \# \k{iref}.
1253 For example, you can code:
1254
1255 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1256 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1257 \c
1258 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1259 \c         fadd    to st1          ; so does this
1260
1261 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1262 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1263 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1264
1265
1266 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1267
1268 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1269 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1270 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1271 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO},
1272 \i\c{DY} and \i\c\{DZ}; their \i{uninitialized} counterparts
1273 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST},
1274 \i\c{RESO}, \i\c{RESY} and \i\c\{RESZ}; the \i\c{INCBIN} command, the
1275 \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES} prefix.
1276
1277
1278 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1279
1280 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO}, \i\c{DY}
1281 and \i\c{DZ} are used, much as in MASM, to declare initialized data in
1282 the output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1283 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1284
1285 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1286 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1287 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1288 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1289 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1290 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1291 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1292 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1293 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1294 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1295 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1296 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1297 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1298
1299 \c{DT}, \c{DO}, \c{DY} and \c{DZ} do not accept \i{numeric constants}
1300 as operands.
1301
1302
1303 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1304
1305 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST},
1306 \i\c{RESO}, \i\c{RESY} and \i\c\{RESZ} are designed to be used in the
1307 BSS section of a module: they declare \e{uninitialized} storage
1308 space. Each takes a single operand, which is the number of bytes,
1309 words, doublewords or whatever to reserve.  As stated in \k{qsother},
1310 NASM does not support the MASM/TASM syntax of reserving uninitialized
1311 space by writing \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it
1312 does instead. The operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a
1313 \i\e{critical expression}: see \k{crit}.
1314
1315 For example:
1316
1317 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1318 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1319 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1320 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1321 \c zmmvals:        resz    32              ; 32 ZMM registers 
1322
1323 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1324
1325 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1326 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1327 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1328 directly into a game executable file. It can be called in one of
1329 these three ways:
1330
1331 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1332 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1333 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1334 \c                                    ; actually include at most 512
1335
1336 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1337 macro version searches for the file in the include file search path
1338 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1339 overridden if desired.
1340
1341
1342 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1343
1344 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1345 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1346 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1347 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1348 example,
1349
1350 \c message         db      'hello, world'
1351 \c msglen          equ     $-message
1352
1353 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1354 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1355 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1356 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1357 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1358 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1359
1360
1361 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1362
1363 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1364 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1365 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1366 code
1367
1368 \c zerobuf:        times 64 db 0
1369
1370 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1371 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1372 \e{expression}, so you can do things like
1373
1374 \c buffer: db      'hello, world'
1375 \c         times 64-$+buffer db ' '
1376
1377 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1378 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1379 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1380
1381 \c         times 100 movsb
1382
1383 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1384 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1385 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1386
1387 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1388
1389 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1390 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1391 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1392 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1393 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1394
1395
1396 \H{effaddr} Effective Addresses
1397
1398 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1399 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1400 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1401 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1402 example:
1403
1404 \c wordvar dw      123
1405 \c         mov     ax,[wordvar]
1406 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1407 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1408
1409 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1410 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1411
1412 More complicated effective addresses, such as those involving more
1413 than one register, work in exactly the same way:
1414
1415 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1416 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1417
1418 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1419 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1420 all right:
1421
1422 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1423 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1424
1425 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1426 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1427 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1428 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1429 generate the latter on the grounds that the former requires four
1430 bytes to store a zero offset.
1431
1432 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1433 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1434 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1435 default segment registers.
1436
1437 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1438 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1439 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1440 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1441 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1442 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1443 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1444 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1445 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1446 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1447 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1448
1449 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1450 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1451 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1452 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1453 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1454 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1455 the offset to be lost.
1456
1457 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1458 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1459 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1460 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1461 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1462 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1463
1464 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1465 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1466 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1467 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1468
1469 A new form of split effective addres syntax is also supported. This is
1470 mainly intended for mib operands as used by MPX instructions, but can
1471 be used for any memory reference. The basic concept of this form is
1472 splitting base and index.
1473
1474 \c      mov eax,[ebx+8,ecx*4]   ; ebx=base, ecx=index, 4=scale, 8=disp
1475
1476 For mib operands, there are several ways of writing effective address depending
1477 on the tools. NASM supports all currently possible ways of mib syntax:
1478
1479 \c      ; bndstx
1480 \c      ; next 5 lines are parsed same
1481 \c      ; base=rax, index=rbx, scale=1, displacement=3
1482 \c      bndstx [rax+0x3,rbx], bnd0      ; NASM - split EA
1483 \c      bndstx [rbx*1+rax+0x3], bnd0    ; GAS - '*1' indecates an index reg
1484 \c      bndstx [rax+rbx+3], bnd0        ; GAS - without hints
1485 \c      bndstx [rax+0x3], bnd0, rbx     ; ICC-1
1486 \c      bndstx [rax+0x3], rbx, bnd0     ; ICC-2
1487
1488 When broadcasting decorator is used, the opsize keyword should match
1489 the size of each element.
1490
1491 \c      VDIVPS zmm4, zmm5, dword [rbx]{1to16}   ; single-precision float
1492 \c      VDIVPS zmm4, zmm5, zword [rbx]          ; packed 512 bit memory
1493
1494
1495 \H{const} \i{Constants}
1496
1497 NASM understands four different types of constant: numeric,
1498 character, string and floating-point.
1499
1500
1501 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1502
1503 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1504 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1505 suffix \c{H} or \c{X}, \c{D} or \c{T}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} or
1506 \c{Y} for \i{hexadecimal}, \i{decimal}, \i{octal} and \i{binary}
1507 respectively, or you can prefix \c{0x}, for hexadecimal in the style
1508 of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal in the style of Borland
1509 Pascal or Motorola Assemblers. Note, though, that the \I{$,
1510 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1511 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1512 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1513 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0d} or
1514 \c{0t} for decimal, \c{0o} or \c{0q} for octal, and \c{0b} or \c{0y}
1515 for binary.  Please note that unlike C, a \c{0} prefix by itself does
1516 \e{not} imply an octal constant!
1517
1518 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1519 up long strings.
1520
1521 Some examples (all producing exactly the same code):
1522
1523 \c         mov     ax,200          ; decimal
1524 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1525 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1526 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1527 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1528 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1529 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1530 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1531 \c         mov     ax,310q         ; octal
1532 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1533 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1534 \c         mov     ax,0q310        ; octal yet again
1535 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1536 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1537 \c         mov     ax,1100_1000y   ; same binary constant once more
1538 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1539 \c         mov     ax,0y1100_1000  ; same binary constant yet again
1540
1541 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1542
1543 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1544 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1545 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1546 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1547 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1548 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1549 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1550
1551
1552 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1553
1554 \c       \'          single quote (')
1555 \c       \"          double quote (")
1556 \c       \`          backquote (`)
1557 \c       \\\          backslash (\)
1558 \c       \?          question mark (?)
1559 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1560 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1561 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1562 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1563 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1564 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1565 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1566 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1567 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1568 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1569 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1570 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1571
1572 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1573 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1574 sequence.
1575
1576 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1577 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1578
1579 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1580 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1581 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1582
1583
1584 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1585
1586 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1587 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1588
1589 A character constant with more than one byte will be arranged
1590 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1591
1592 \c           mov eax,'abcd'
1593
1594 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1595 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1596 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1597 the sense of character constants understood by the Pentium's
1598 \i\c{CPUID} instruction.
1599
1600
1601 \S{strconst} \i{String Constants}
1602
1603 String constants are character strings used in the context of some
1604 pseudo-instructions, namely the
1605 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1606 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1607 certain preprocessor directives.
1608
1609 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1610 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1611 for the conditions. So the following are equivalent:
1612
1613 \c       db    'hello'               ; string constant
1614 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1615
1616 And the following are also equivalent:
1617
1618 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1619 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1620 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1621
1622 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1623 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1624 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1625 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1626 or four-character constants are treated as strings when they are
1627 operands to \c{DW}, and so forth.
1628
1629 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1630
1631 The special operators \i\c{__utf16__}, \i\c{__utf16le__},
1632 \i\c{__utf16be__}, \i\c{__utf32__}, \i\c{__utf32le__} and
1633 \i\c{__utf32be__} allows definition of Unicode strings.  They take a
1634 string in UTF-8 format and converts it to UTF-16 or UTF-32,
1635 respectively.  Unless the \c{be} forms are specified, the output is
1636 littleendian.
1637
1638 For example:
1639
1640 \c %define u(x) __utf16__(x)
1641 \c %define w(x) __utf32__(x)
1642 \c
1643 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1644 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1645
1646 The UTF operators can be applied either to strings passed to the
1647 \c{DB} family instructions, or to character constants in an expression
1648 context.
1649
1650 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1651
1652 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1653 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1654 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1655 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1656 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1657 \i\c{__float128h__}.
1658
1659 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1660 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1661 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1662 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1663 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.
1664
1665 NASM also support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x},
1666 hexadecimal digits, period, optionally more hexadeximal digits, then
1667 optionally a \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent
1668 in decimal notation.  As an extension, NASM additionally supports the
1669 \c{0h} and \c{$} prefixes for hexadecimal, as well binary and octal
1670 floating-point, using the \c{0b} or \c{0y} and \c{0o} or \c{0q}
1671 prefixes, respectively.
1672
1673 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1674 floating-point constants as well.
1675
1676 Some examples:
1677
1678 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1679 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1680 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1681 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1682 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1683 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1684 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1685 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1686 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1687 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1688 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1689
1690 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1691 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1692 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1693 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1694 called a "\i{minifloat}."
1695
1696 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1697 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1698 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1699 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1700 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1701 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1702 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1703 floating-point number, respectively.
1704
1705 For example:
1706
1707 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1708
1709 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1710 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1711
1712 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1713
1714 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1715 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1716 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1717 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1718 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1719 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1720 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1721 of floating-point routines, which would significantly increase the
1722 size of the assembler for very little benefit.
1723
1724 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1725 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1726 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1727 respectively.  These are normally used as macros:
1728
1729 \c %define Inf __Infinity__
1730 \c %define NaN __QNaN__
1731 \c
1732 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1733
1734 The \c{%use fp} standard macro package contains a set of convenience
1735 macros.  See \k{pkg_fp}.
1736
1737 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1738
1739 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1740 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1741 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1742
1743 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1744 digits.
1745
1746 For example:
1747
1748 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1749 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1750 \c       dt +0p33
1751 \c       dt 33p
1752
1753
1754 \H{expr} \i{Expressions}
1755
1756 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1757 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1758 appropriate size.
1759
1760 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1761 calculations to involve the current assembly position: the
1762 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1763 position at the beginning of the line containing the expression; so
1764 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1765 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1766 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1767
1768 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1769 increasing order of \i{precedence}.
1770
1771
1772 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1773
1774 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1775 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1776 arithmetic operator supported by NASM.
1777
1778
1779 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1780
1781 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1782
1783
1784 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1785
1786 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1787
1788
1789 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1790
1791 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1792 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1793 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1794 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1795 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1796
1797
1798 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1799 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1800
1801 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1802 subtraction.
1803
1804
1805 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1806 \i{Multiplication} and \i{Division}
1807
1808 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1809 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1810 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1811 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1812 \i{signed modulo} operators respectively.
1813
1814 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1815 operation of the signed modulo operator.
1816
1817 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1818 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1819 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1820
1821
1822 \S{expmul} \i{Unary Operators}
1823
1824 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are those
1825 which only apply to one argument.  These are \I{+ opunary}\c{+}, \I{-
1826 opunary}\c{-}, \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!}, \i\c{SEG}, and the
1827 \i{integer functions} operators.
1828
1829 \c{-} negates its operand, \c{+} does nothing (it's provided for
1830 symmetry with \c{-}), \c{~} computes the \i{one's complement} of its
1831 operand, \c{!} is the \i{logical negation} operator.
1832
1833 \c{SEG} provides the \i{segment address}
1834 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1835
1836 A set of additional operators with leading and trailing double
1837 underscores are used to implement the integer functions of the
1838 \c{ifunc} macro package, see \k{pkg_ifunc}.
1839
1840
1841 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1842
1843 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1844 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1845 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1846 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1847
1848 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1849 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1850 the symbol makes sense. So the code
1851
1852 \c         mov     ax,seg symbol
1853 \c         mov     es,ax
1854 \c         mov     bx,symbol
1855
1856 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1857
1858 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1859 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1860 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1861 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1862 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1863
1864 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1865 \c         mov     es,ax
1866 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1867
1868 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1869 pointer to the symbol \c{symbol}.
1870
1871 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1872 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1873 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1874 could code either of
1875
1876 \c         call    (seg procedure):procedure
1877 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1878
1879 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1880 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1881 practice.)
1882
1883 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1884 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1885 to \c{CALL} in these examples.
1886
1887 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1888 must code
1889
1890 \c         dw      symbol, seg symbol
1891
1892 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1893 invent one using the macro processor.
1894
1895
1896 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1897
1898 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1899 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1900 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD}, \c{YWORD} or \c{ZWORD}),
1901 but will give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT}
1902 can be used to inhibit optimization and force a particular operand to
1903 be emitted in the specified size. For example, with the optimizer on,
1904 and in \c{BITS 16} mode,
1905
1906 \c         push dword 33
1907
1908 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1909
1910 \c         push strict dword 33
1911
1912 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1913 21 00 00 00}.
1914
1915 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1916 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1917
1918
1919 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1920
1921 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1922 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1923 called \e{Critical Expressions}.
1924
1925 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1926 code and data, so that the second pass, when generating all the
1927 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1928 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1929 symbol declared after the code in question. For example,
1930
1931 \c         times (label-$) db 0
1932 \c label:  db      'Where am I?'
1933
1934 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1935 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1936 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1937 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1938 code
1939
1940 \c         times (label-$+1) db 0
1941 \c label:  db      'NOW where am I?'
1942
1943 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1944 wrong!
1945
1946 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1947 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1948 value is required to be computable in the first pass, and which must
1949 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1950 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1951
1952 \H{locallab} \i{Local Labels}
1953
1954 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1955 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1956 label, which means that it is associated with the previous non-local
1957 label. So, for example:
1958
1959 \c label1  ; some code
1960 \c
1961 \c .loop
1962 \c         ; some more code
1963 \c
1964 \c         jne     .loop
1965 \c         ret
1966 \c
1967 \c label2  ; some code
1968 \c
1969 \c .loop
1970 \c         ; some more code
1971 \c
1972 \c         jne     .loop
1973 \c         ret
1974
1975 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1976 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1977 are kept separate by virtue of each being associated with the
1978 previous non-local label.
1979
1980 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1981 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1982 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1983 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1984 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1985 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1986 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1987 to, you could write
1988
1989 \c label3  ; some more code
1990 \c         ; and some more
1991 \c
1992 \c         jmp label1.loop
1993
1994 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1995 define a label which can be referenced from anywhere but which
1996 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1997 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1998 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1999 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
2000 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
2001 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
2002 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
2003 to the local label mechanism. So you could code
2004
2005 \c label1:                         ; a non-local label
2006 \c .local:                         ; this is really label1.local
2007 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
2008 \c label2:                         ; another non-local label
2009 \c .local:                         ; this is really label2.local
2010 \c
2011 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
2012
2013 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
2014 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
2015 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}),
2016 \c{..imagebase} is used to find out the offset from a base address
2017 of the current image in the \c{win64} output format (see \k{win64pic}).
2018 So just keep in mind that symbols beginning with a double period are
2019 special.
2020
2021
2022 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
2023
2024 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
2025 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
2026 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
2027 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
2028 sign.
2029
2030 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
2031 character into a single line.  Thus:
2032
2033 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
2034 \c         THIS_VALUE
2035
2036 will work like a single-line macro without the backslash-newline
2037 sequence.
2038
2039 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
2040
2041 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
2042
2043 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
2044 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
2045 things like
2046
2047 \c %define ctrl    0x1F &
2048 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
2049 \c
2050 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
2051
2052 which will expand to
2053
2054 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
2055
2056 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
2057 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
2058 not at definition time. Thus the code
2059
2060 \c %define a(x)    1+b(x)
2061 \c %define b(x)    2*x
2062 \c
2063 \c         mov     ax,a(8)
2064
2065 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2066 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2067
2068 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2069 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2070 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2071 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2072 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2073 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2074 \c{bar}.
2075
2076 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2077 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2078 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2079 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2080 Hence, if you code
2081
2082 \c %define a(x)    1+a(x)
2083 \c
2084 \c         mov     ax,a(3)
2085
2086 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2087 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2088 for an example of its use.
2089
2090 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2091 macros: if you write
2092
2093 \c %define foo(x)   1+x
2094 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2095
2096 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2097 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2098 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2099 you define
2100
2101 \c %define foo bar
2102
2103 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2104 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2105 \e{with} parameters, and vice versa.
2106
2107 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2108 perfectly well define a macro with
2109
2110 \c %define foo bar
2111
2112 and then re-define it later in the same source file with
2113
2114 \c %define foo baz
2115
2116 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2117 according to the most recent definition. This is particularly useful
2118 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2119
2120 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2121 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2122
2123
2124 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2125
2126 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2127 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2128 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2129 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2130 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2131
2132 Suppose you have the following code:
2133
2134 \c %define  isTrue  1
2135 \c %define  isFalse isTrue
2136 \c %define  isTrue  0
2137 \c
2138 \c val1:    db      isFalse
2139 \c
2140 \c %define  isTrue  1
2141 \c
2142 \c val2:    db      isFalse
2143
2144 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2145 This is because, when a single-line macro is defined using
2146 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2147 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2148 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2149 time it is 1.
2150
2151 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2152 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2153 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2154
2155 \c %xdefine isTrue  1
2156 \c %xdefine isFalse isTrue
2157 \c %xdefine isTrue  0
2158 \c
2159 \c val1:    db      isFalse
2160 \c
2161 \c %xdefine isTrue  1
2162 \c
2163 \c val2:    db      isFalse
2164
2165 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2166 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2167 the time that \c{isFalse} was defined.
2168
2169
2170 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2171
2172 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2173 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2174 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2175 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2176
2177 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2178
2179 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2180 select between them.  Similarly, the two statements:
2181
2182 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2183 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2184
2185 have, in fact, exactly the same effect.
2186
2187 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2188 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2189
2190
2191 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2192
2193 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2194 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2195 several similar macros that perform similar functions.
2196
2197 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2198 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2199
2200 As an example, consider the following:
2201
2202 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2203
2204 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2205 \c         .COM1addr       RESW    1
2206 \c         .COM2addr       RESW    1
2207 \c         ; ..and so on
2208 \c endstruc
2209
2210 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2211 we can end up with:
2212
2213 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2214 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2215
2216 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2217 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2218
2219 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2220
2221 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2222
2223 Now the above code can be written as:
2224
2225 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2226 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2227
2228 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2229 in turn, reduce typing errors).
2230
2231
2232 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2233
2234 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2235 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2236 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2237 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2238 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2239 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2240
2241 For example:
2242
2243 \c %idefine Foo mov %?,%??
2244 \c
2245 \c         foo
2246 \c         FOO
2247
2248 will expand to:
2249
2250 \c         mov foo,Foo
2251 \c         mov FOO,Foo
2252
2253 The sequence:
2254
2255 \c %idefine keyword $%?
2256
2257 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2258 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2259
2260 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2261
2262
2263 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2264
2265 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2266 example, the following sequence:
2267
2268 \c %define foo bar
2269 \c %undef  foo
2270 \c
2271 \c         mov     eax, foo
2272
2273 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2274 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2275
2276 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2277 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2278 \k{opt-u}.
2279
2280
2281 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2282
2283 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2284 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2285 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2286 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2287
2288 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2289 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2290 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2291 \c{%assign} directive is processed.
2292
2293 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2294 later, so you can do things like
2295
2296 \c %assign i i+1
2297
2298 to increment the numeric value of a macro.
2299
2300 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2301 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2302 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2303
2304 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2305 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2306 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2307 involving a register).
2308
2309
2310 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2311
2312 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2313 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2314 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2315 before definition.
2316
2317 For example:
2318
2319 \c %defstr test TEST
2320
2321 is equivalent to
2322
2323 \c %define test 'TEST'
2324
2325 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2326 \k{getenv}):
2327
2328 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2329
2330
2331 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2332
2333 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2334 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2335 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2336
2337 For example:
2338
2339 \c %deftok test 'TEST'
2340
2341 is equivalent to
2342
2343 \c %define test TEST
2344
2345
2346 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2347
2348 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2349 supports a few simple string handling macro operators from which
2350 more complex operations can be constructed.
2351
2352 All the string operators define or redefine a value (either a string
2353 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2354 value, it may change the style of quoting of the input string or
2355 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2356
2357 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2358
2359 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2360 a single-line macro.
2361
2362 For example:
2363
2364 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2365
2366 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2367 Similarly:
2368
2369 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2370
2371 ... would assign the value \c{`"foo"\\\\'bar'`} to \c{beta}.
2372
2373 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2374
2375
2376 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2377
2378 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2379 For example:
2380
2381 \c %strlen charcnt 'my string'
2382
2383 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2384 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2385 was a literal string but it could also have been a single-line
2386 macro that expands to a string, as in the following example:
2387
2388 \c %define sometext 'my string'
2389 \c %strlen charcnt sometext
2390
2391 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2392 assigned the value of 9.
2393
2394
2395 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2396
2397 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2398 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2399 than the description:
2400
2401 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2402 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2403 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2404 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2405 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2406 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2407
2408 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2409 single-line macro to be created and the second is the string. The
2410 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2411 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2412 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2413 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2414 values out of range result in an empty string.  A negative length
2415 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2416 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2417
2418
2419 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2420
2421 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2422 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2423 this.
2424
2425 \c %macro  prologue 1
2426 \c
2427 \c         push    ebp
2428 \c         mov     ebp,esp
2429 \c         sub     esp,%1
2430 \c
2431 \c %endmacro
2432
2433 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2434 invoke the macro with a call such as
2435
2436 \c myfunc:   prologue 12
2437
2438 which would expand to the three lines of code
2439
2440 \c myfunc: push    ebp
2441 \c         mov     ebp,esp
2442 \c         sub     esp,12
2443
2444 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2445 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2446 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2447 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2448 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2449 \c{%3} and so on.
2450
2451 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2452 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2453
2454 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2455 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2456 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2457 things like
2458
2459 \c %macro  silly 2
2460 \c
2461 \c     %2: db      %1
2462 \c
2463 \c %endmacro
2464 \c
2465 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2466 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2467 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2468
2469
2470 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2471
2472 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2473 defining the same macro name several times with different numbers of
2474 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2475 parameters at all. So you could define
2476
2477 \c %macro  prologue 0
2478 \c
2479 \c         push    ebp
2480 \c         mov     ebp,esp
2481 \c
2482 \c %endmacro
2483
2484 to define an alternative form of the function prologue which
2485 allocates no local stack space.
2486
2487 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2488 instruction; for example, you might want to define
2489
2490 \c %macro  push 2
2491 \c
2492 \c         push    %1
2493 \c         push    %2
2494 \c
2495 \c %endmacro
2496
2497 so that you could code
2498
2499 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2500 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2501
2502 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2503 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2504 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2505 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2506 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2507 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2508
2509
2510 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2511
2512 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2513 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2514 calling the same macro multiple times will use a different label
2515 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2516 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2517 flag is set by doing this:
2518
2519 \c %macro  retz 0
2520 \c
2521 \c         jnz     %%skip
2522 \c         ret
2523 \c     %%skip:
2524 \c
2525 \c %endmacro
2526
2527 You can call this macro as many times as you want, and every time
2528 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2529 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2530 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2531 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2532 interfering with the local label mechanism, as described in
2533 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2534 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2535 they interfere with macro-local labels.
2536
2537
2538 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2539
2540 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2541 command line into one parameter definition, possibly after
2542 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2543 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2544 you might want to be able to write
2545
2546 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2547
2548 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2549 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2550 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2551 the last defined one along with the separating commas. So if you
2552 code:
2553
2554 \c %macro  writefile 2+
2555 \c
2556 \c         jmp     %%endstr
2557 \c   %%str:        db      %2
2558 \c   %%endstr:
2559 \c         mov     dx,%%str
2560 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2561 \c         mov     bx,%1
2562 \c         mov     ah,0x40
2563 \c         int     0x21
2564 \c
2565 \c %endmacro
2566
2567 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2568 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2569 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2570 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2571 \c{db}.
2572
2573 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2574 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2575 \c{%macro} line.
2576
2577 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2578 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2579 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2580 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2581 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2582 into account when overloading macros, and will not allow you to
2583 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2584 example).
2585
2586 Of course, the above macro could have been implemented as a
2587 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2588 look like
2589
2590 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2591
2592 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2593 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2594 definition.
2595
2596 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2597
2598 \S{mlmacrange} \i{Macro Parameters Range}
2599
2600 NASM allows you to expand parameters via special construction \c{%\{x:y\}}
2601 where \c{x} is the first parameter index and \c{y} is the last. Any index can
2602 be either negative or positive but must never be zero.
2603
2604 For example
2605
2606 \c %macro mpar 1-*
2607 \c      db %{3:5}
2608 \c %endmacro
2609 \c
2610 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2611
2612 expands to \c{3,4,5} range.
2613
2614 Even more, the parameters can be reversed so that
2615
2616 \c %macro mpar 1-*
2617 \c      db %{5:3}
2618 \c %endmacro
2619 \c
2620 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2621
2622 expands to \c{5,4,3} range.
2623
2624 But even this is not the last. The parameters can be addressed via negative
2625 indices so NASM will count them reversed. The ones who know Python may see
2626 the analogue here.
2627
2628 \c %macro mpar 1-*
2629 \c      db %{-1:-3}
2630 \c %endmacro
2631 \c
2632 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2633
2634 expands to \c{6,5,4} range.
2635
2636 Note that NASM uses \i{comma} to separate parameters being expanded.
2637
2638 By the way, here is a trick - you might use the index \c{%{-1:-1}}
2639 which gives you the \i{last} argument passed to a macro.
2640
2641 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2642
2643 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2644 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2645 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2646
2647 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2648 \c
2649 \c         writefile 2,%1
2650 \c         mov     ax,0x4c01
2651 \c         int     0x21
2652 \c
2653 \c %endmacro
2654
2655 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2656 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2657 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2658 called with no parameters, in which case it will use the default
2659 error message supplied in the macro definition.
2660
2661 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2662 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2663 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2664 optional ones. So if a macro definition began with the line
2665
2666 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2667
2668 then it could be called with between one and three parameters, and
2669 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2670 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2671 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2672
2673 You can provide extra information to a macro by providing
2674 too many default parameters:
2675
2676 \c %macro quux 1 something
2677
2678 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2679 more information.
2680 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2681 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2682 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2683 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2684 when the macro is defined, not when it is expanded.
2685
2686 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2687 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2688 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2689 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2690 parameters were really passed to the macro call.
2691
2692 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2693 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2694 and more useful, by changing the first line of the definition to
2695
2696 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2697
2698 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2699 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2700 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2701
2702
2703 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2704
2705 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2706 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2707 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2708 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2709 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2710 Examples are given in \k{rotate}.
2711
2712
2713 \S{percent00} \i\c{%00}: \I{label preceeding macro}Label Preceeding Macro
2714
2715 \c{%00} will return the label preceeding the macro invocation, if any. The
2716 label must be on the same line as the macro invocation, may be a local label
2717 (see \k{locallab}), and need not end in a colon.
2718
2719
2720 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2721
2722 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2723 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2724 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2725 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2726 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2727 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2728
2729 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2730 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2731 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2732 argument list reappear on the right, and vice versa.
2733
2734 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2735 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2736 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2737 parameters are rotated to the right.
2738
2739 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2740 restore a set of registers might work as follows:
2741
2742 \c %macro  multipush 1-*
2743 \c
2744 \c   %rep  %0
2745 \c         push    %1
2746 \c   %rotate 1
2747 \c   %endrep
2748 \c
2749 \c %endmacro
2750
2751 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2752 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2753 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2754 one place to the left, so that the original second argument is now
2755 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2756 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2757 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2758
2759 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2760 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2761 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2762
2763 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2764 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2765 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2766 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2767 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2768 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2769 order from the one in which they were pushed.
2770
2771 This can be done by the following definition:
2772
2773 \c %macro  multipop 1-*
2774 \c
2775 \c   %rep %0
2776 \c   %rotate -1
2777 \c         pop     %1
2778 \c   %endrep
2779 \c
2780 \c %endmacro
2781
2782 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2783 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2784 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2785 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2786 iterated through in reverse order.
2787
2788
2789 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2790
2791 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2792 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2793 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2794 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2795 table, you could code something like
2796
2797 \c %macro keytab_entry 2
2798 \c
2799 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2800 \c                 db      %2
2801 \c
2802 \c %endmacro
2803 \c
2804 \c keytab:
2805 \c           keytab_entry F1,128+1
2806 \c           keytab_entry F2,128+2
2807 \c           keytab_entry Return,13
2808
2809 which would expand to
2810
2811 \c keytab:
2812 \c keyposF1        equ     $-keytab
2813 \c                 db     128+1
2814 \c keyposF2        equ     $-keytab
2815 \c                 db      128+2
2816 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2817 \c                 db      13
2818
2819 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2820 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2821
2822 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2823 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2824 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2825 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2826 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2827 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2828 (literal text to be concatenated to the parameter).
2829
2830 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2831 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2832 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2833 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2834 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2835 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2836 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2837 real names of macro-local labels means that the two usages
2838 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2839 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2840
2841 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2842 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2843 purpose of concatenation.
2844
2845 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2846
2847
2848 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2849
2850 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2851 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2852 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2853 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2854 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2855 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2856 condition code.
2857
2858 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2859 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2860 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2861 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2862
2863 \c %macro  retc 1
2864 \c
2865 \c         j%-1    %%skip
2866 \c         ret
2867 \c   %%skip:
2868 \c
2869 \c %endmacro
2870
2871 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2872 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2873 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2874 \c{JPE}.
2875
2876 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2877 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2878 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2879 because no inverse condition code exists.
2880
2881
2882 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2883
2884 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2885 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2886 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2887 see which instructions in the macro expansion are generating what
2888 code; however, for some macros this clutters the listing up
2889 unnecessarily.
2890
2891 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2892 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2893 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2894 the number of parameters, like this:
2895
2896 \c %macro foo 1.nolist
2897
2898 Or like this:
2899
2900 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2901
2902 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2903
2904 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2905 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2906 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2907 that argument specification.
2908
2909 For example:
2910
2911 \c %macro foo 1-3
2912 \c         ; Do something
2913 \c %endmacro
2914 \c %unmacro foo 1-3
2915
2916 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2917
2918 \c %macro bar 1-3
2919 \c         ; Do something
2920 \c %endmacro
2921 \c %unmacro bar 1
2922
2923 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2924 specification does not match exactly.
2925
2926
2927 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2928
2929 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2930 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2931 syntax of this feature looks like this:
2932
2933 \c %if<condition>
2934 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2935 \c %elif<condition2>
2936 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2937 \c %else
2938 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2939 \c %endif
2940
2941 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2942
2943 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2944 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2945
2946 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2947 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2948 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2949 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2950
2951 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2952 single-line macro existence}
2953
2954 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2955 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2956 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2957 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2958
2959 For example, when debugging a program, you might want to write code
2960 such as
2961
2962 \c           ; perform some function
2963 \c %ifdef DEBUG
2964 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2965 \c %endif
2966 \c           ; go and do something else
2967
2968 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2969 version of the program which produced debugging messages, and remove
2970 the option to generate the final release version of the program.
2971
2972 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2973 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2974 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2975 \i\c{%elifndef}.
2976
2977
2978 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2979 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2980
2981 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2982 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2983
2984 For example, you may be working with a large project and not have control
2985 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2986 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2987 does exist.
2988
2989 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2990 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2991
2992 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2993 \c
2994 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2995 \c
2996 \c %else
2997 \c
2998 \c      %macro MyMacro 1-3
2999 \c
3000 \c              ; insert code to define the macro
3001 \c
3002 \c      %endmacro
3003 \c
3004 \c %endif
3005
3006 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
3007 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
3008 conflict.
3009
3010 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
3011 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
3012 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
3013
3014
3015 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
3016 stack}
3017
3018 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
3019 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
3020 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
3021 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
3022 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
3023
3024 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
3025 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
3026
3027
3028 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
3029 arbitrary numeric expressions}
3030
3031 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
3032 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
3033 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
3034 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
3035 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
3036
3037 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
3038 a critical expression (see \k{crit}).
3039
3040 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
3041 set of \i{relational operators} which are not normally available in
3042 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
3043 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
3044 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
3045 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
3046 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
3047 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
3048 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
3049 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
3050 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
3051 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
3052 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
3053 for true and 0 for false.
3054
3055 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
3056 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
3057
3058 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
3059 Identity\I{testing, exact text identity}
3060
3061 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
3062 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
3063 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
3064 Differences in white space are not counted.
3065
3066 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
3067
3068 For example, the following macro pushes a register or number on the
3069 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
3070
3071 \c %macro  pushparam 1
3072 \c
3073 \c   %ifidni %1,ip
3074 \c         call    %%label
3075 \c   %%label:
3076 \c   %else
3077 \c         push    %1
3078 \c   %endif
3079 \c
3080 \c %endmacro
3081
3082 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
3083 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
3084 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
3085 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
3086
3087 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
3088 Types\I{testing, token types}
3089
3090 Some macros will want to perform different tasks depending on
3091 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
3092 example, a string output macro might want to be able to cope with
3093 being passed either a string constant or a pointer to an existing
3094 string.
3095
3096 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
3097 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
3098 the first token in the parameter exists and is an identifier.
3099 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3100 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3101
3102 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3103 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3104
3105 \c %macro writefile 2-3+
3106 \c
3107 \c   %ifstr %2
3108 \c         jmp     %%endstr
3109 \c     %if %0 = 3
3110 \c       %%str:    db      %2,%3
3111 \c     %else
3112 \c       %%str:    db      %2
3113 \c     %endif
3114 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3115 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3116 \c   %else
3117 \c                 mov     dx,%2
3118 \c                 mov     cx,%3
3119 \c   %endif
3120 \c                 mov     bx,%1
3121 \c                 mov     ah,0x40
3122 \c                 int     0x21
3123 \c
3124 \c %endmacro
3125
3126 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3127 the following two ways:
3128
3129 \c         writefile [file], strpointer, length
3130 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3131
3132 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3133 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3134 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3135 it itself and works out the address and length for itself.
3136
3137 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3138 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3139 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3140 which case, all but the first two would be lumped together into
3141 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3142
3143 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3144 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3145 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3146 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3147
3148 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3149
3150 Some macros will want to do different things depending on if it is
3151 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3152 versus a multi-token sequence.
3153
3154 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3155 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3156 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3157
3158 For example:
3159
3160 \c %iftoken 1
3161
3162 will assemble the subsequent code, but
3163
3164 \c %iftoken -1
3165
3166 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3167 \c{-}, and the number \c{1}.
3168
3169 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3170 variants are also provided.
3171
3172 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3173
3174 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3175 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3176 any tokens at all, whitespace excepted.
3177
3178 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3179 variants are also provided.
3180
3181 \S{ifenv} \i\c{%ifenv}: Test If Environment Variable Exists
3182
3183 The conditional assembly construct \c{%ifenv} assembles the
3184 subsequent code if and only if the environment variable referenced by
3185 the \c{%!<env>} directive exists.
3186
3187 The usual \i\c{%elifenv}, \i\c\{%ifnenv}, and \i\c{%elifnenv}
3188 variants are also provided.
3189
3190 Just as for \c{%!<env>} the argument should be written as a string if
3191 it contains characters that would not be legal in an identifier.  See
3192 \k{getenv}.
3193
3194 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3195
3196 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3197 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3198 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3199 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3200
3201 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3202 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3203 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3204 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3205
3206 \c %assign i 0
3207 \c %rep    64
3208 \c         inc     word [table+2*i]
3209 \c %assign i i+1
3210 \c %endrep
3211
3212 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3213 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3214 \c{[table+126]}.
3215
3216 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3217 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3218 terminate the loop, like this:
3219
3220 \c fibonacci:
3221 \c %assign i 0
3222 \c %assign j 1
3223 \c %rep 100
3224 \c %if j > 65535
3225 \c     %exitrep
3226 \c %endif
3227 \c         dw j
3228 \c %assign k j+i
3229 \c %assign i j
3230 \c %assign j k
3231 \c %endrep
3232 \c
3233 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3234
3235 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3236 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3237 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3238 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3239 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3240 be gradually used up and other applications to start crashing.
3241
3242 Note a maximum repeat count is limited by 62 bit number, though it
3243 is hardly possible that you ever need anything bigger.
3244
3245
3246 \H{files} Source Files and Dependencies
3247
3248 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3249
3250 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3251
3252 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3253 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3254 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3255
3256 \c %include "macros.mac"
3257
3258 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3259 file containing the \c{%include} directive.
3260
3261 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3262 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3263 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3264 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3265 line using the \c{-i} option.
3266
3267 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3268 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3269 the form
3270
3271 \c %ifndef MACROS_MAC
3272 \c     %define MACROS_MAC
3273 \c     ; now define some macros
3274 \c %endif
3275
3276 then including the file more than once will not cause errors,
3277 because the second time the file is included nothing will happen
3278 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3279
3280 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3281 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3282 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3283
3284
3285 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3286
3287 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3288 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3289 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3290 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3291
3292 For example,
3293
3294 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3295
3296 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3297 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3298
3299
3300 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3301
3302 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3303 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3304 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3305
3306 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3307 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3308 \c{INCBIN} directive looks like:
3309
3310 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3311 \c %pathsearch dep %1
3312 \c %depend dep
3313 \c         incbin dep,%2
3314 \c %endmacro
3315
3316 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3317 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3318 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3319
3320
3321 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3322
3323 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3324 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3325 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3326 described in \k{macropkg}.
3327
3328 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3329 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3330 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3331 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3332
3333 \c %use altreg
3334 \c %use 'altreg'
3335
3336 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3337 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3338 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3339
3340 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3341
3342 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3343 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3344 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3345 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3346 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3347 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3348 able to nest these loops.
3349
3350 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3351 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3352 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3353 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3354 define labels that are local to a particular context on the stack.
3355
3356
3357 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3358 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3359
3360 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3361 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3362 which is the name of the context. For example:
3363
3364 \c %push    foobar
3365
3366 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3367 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3368 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3369 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3370 single macro definition.)
3371
3372 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3373 context from the context stack and destroys it, along with any
3374 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3375 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3376
3377
3378 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3379
3380 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3381 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3382 is used to define a label which is local to the context on the top
3383 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3384 above could be implemented by means of:
3385
3386 \c %macro repeat 0
3387 \c
3388 \c     %push   repeat
3389 \c     %$begin:
3390 \c
3391 \c %endmacro
3392 \c
3393 \c %macro until 1
3394 \c
3395 \c         j%-1    %$begin
3396 \c     %pop
3397 \c
3398 \c %endmacro
3399
3400 and invoked by means of, for example,
3401
3402 \c         mov     cx,string
3403 \c         repeat
3404 \c         add     cx,3
3405 \c         scasb
3406 \c         until   e
3407
3408 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3409 in \c{AL}.
3410
3411 If you need to define, or access, labels local to the context
3412 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3413 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3414
3415
3416 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3417
3418 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3419 a particular context, in just the same way:
3420
3421 \c %define %$localmac 3
3422
3423 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3424 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3425 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3426
3427
3428 \S{ctxfallthrough} \i{Context Fall-Through Lookup}
3429
3430 Context fall-through lookup (automatic searching of outer contexts)
3431 is a feature that was added in NASM version 0.98.03. Unfortunately,
3432 this feature is unintuitive and can result in buggy code that would
3433 have otherwise been prevented by NASM's error reporting. As a result,
3434 this feature has been \e{deprecated}. NASM version 2.09 will issue a
3435 warning when usage of this \e{deprecated} feature is detected. Starting
3436 with NASM version 2.10, usage of this \e{deprecated} feature will simply
3437 result in an \e{expression syntax error}.
3438
3439 An example usage of this \e{deprecated} feature follows:
3440
3441 \c %macro ctxthru 0
3442 \c %push ctx1
3443 \c     %assign %$external 1
3444 \c         %push ctx2
3445 \c             %assign %$internal 1
3446 \c             mov eax, %$external
3447 \c             mov eax, %$internal
3448 \c         %pop
3449 \c %pop
3450 \c %endmacro
3451
3452 As demonstrated, \c{%$external} is being defined in the \c{ctx1}
3453 context and referenced within the \c{ctx2} context. With context
3454 fall-through lookup, referencing an undefined context-local macro
3455 like this implicitly searches through all outer contexts until a match
3456 is made or isn't found in any context. As a result, \c{%$external}
3457 referenced within the \c{ctx2} context would implicitly use \c{%$external}
3458 as defined in \c{ctx1}. Most people would expect NASM to issue an error in
3459 this situation because \c{%$external} was never defined within \c{ctx2} and also
3460 isn't qualified with the proper context depth, \c{%$$external}.
3461
3462 Here is a revision of the above example with proper context depth:
3463
3464 \c %macro ctxthru 0
3465 \c %push ctx1
3466 \c     %assign %$external 1
3467 \c         %push ctx2
3468 \c             %assign %$internal 1
3469 \c             mov eax, %$$external
3470 \c             mov eax, %$internal
3471 \c         %pop
3472 \c %pop
3473 \c %endmacro
3474
3475 As demonstrated, \c{%$external} is still being defined in the \c{ctx1}
3476 context and referenced within the \c{ctx2} context. However, the
3477 reference to \c{%$external} within \c{ctx2} has been fully qualified with
3478 the proper context depth, \c{%$$external}, and thus is no longer ambiguous,
3479 unintuitive or erroneous.
3480
3481
3482 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3483
3484 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3485 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3486 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3487 have the side effect of destroying all context-local labels and
3488 macros associated with the context that was just popped.
3489
3490 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3491 with a different name, without touching the associated macros and
3492 labels. So you could replace the destructive code
3493
3494 \c %pop
3495 \c %push   newname
3496
3497 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3498
3499
3500 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3501
3502 This example makes use of almost all the context-stack features,
3503 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3504 implement a block IF statement as a set of macros.
3505
3506 \c %macro if 1
3507 \c
3508 \c     %push if
3509 \c     j%-1  %$ifnot
3510 \c
3511 \c %endmacro
3512 \c
3513 \c %macro else 0
3514 \c
3515 \c   %ifctx if
3516 \c         %repl   else
3517 \c         jmp     %$ifend
3518 \c         %$ifnot:
3519 \c   %else
3520 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3521 \c   %endif
3522 \c
3523 \c %endmacro
3524 \c
3525 \c %macro endif 0
3526 \c
3527 \c   %ifctx if
3528 \c         %$ifnot:
3529 \c         %pop
3530 \c   %elifctx      else
3531 \c         %$ifend:
3532 \c         %pop
3533 \c   %else
3534 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3535 \c   %endif
3536 \c
3537 \c %endmacro
3538
3539 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3540 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3541 that the macros are issued in the right order (for example, not
3542 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3543 not.
3544
3545 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3546 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3547 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3548 to do different things depending on whether the context on top of
3549 the stack is \c{if} or \c{else}.
3550
3551 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3552 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3553 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3554 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3555 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3556
3557 A sample usage of these macros might look like:
3558
3559 \c         cmp     ax,bx
3560 \c
3561 \c         if ae
3562 \c                cmp     bx,cx
3563 \c
3564 \c                if ae
3565 \c                        mov     ax,cx
3566 \c                else
3567 \c                        mov     ax,bx
3568 \c                endif
3569 \c
3570 \c         else
3571 \c                cmp     ax,cx
3572 \c
3573 \c                if ae
3574 \c                        mov     ax,cx
3575 \c                endif
3576 \c
3577 \c         endif
3578
3579 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3580 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3581 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3582 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3583
3584
3585 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3586
3587 The following preprocessor directives provide a way to use
3588 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3589
3590 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3591
3592 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3593
3594 \b\c{%local}  (see \k{local})
3595
3596
3597 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3598
3599 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3600 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3601 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3602
3603 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3604 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3605 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3606 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3607
3608 \c some_function:
3609 \c
3610 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3611 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3612 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3613 \c
3614 \c         mov     ax,[i]
3615 \c         mov     bx,[j_ptr]
3616 \c         add     ax,[bx]
3617 \c         ret
3618 \c
3619 \c     %pop                       ; restore original context
3620
3621 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3622 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3623 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3624 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3625
3626
3627 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3628
3629 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3630 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3631 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3632 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3633 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3634
3635 \c %stacksize flat
3636
3637 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3638 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3639 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3640
3641 \c %stacksize flat64
3642
3643 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3644 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3645 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3646
3647 \c %stacksize large
3648
3649 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3650 assumes that a far form of call was used to get to this address
3651 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3652
3653 \c %stacksize small
3654
3655 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3656 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3657 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3658 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3659 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3660 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3661 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3662 (see \k{local}).
3663
3664
3665 \S{local} \i\c{%local} Directive
3666
3667 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3668 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3669 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3670 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3671 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3672 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3673 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3674 instruction.
3675 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3676 An example of its use is the following:
3677
3678 \c silly_swap:
3679 \c
3680 \c     %push mycontext             ; save the current context
3681 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3682 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3683 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3684 \c
3685 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3686 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3687 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3688 \c         mov     ax,bx
3689 \c         mov     dx,cx
3690 \c         mov     bx,[old_ax]
3691 \c         mov     cx,[old_dx]
3692 \c         leave                   ; restore old bp
3693 \c         ret                     ;
3694 \c
3695 \c     %pop                        ; restore original context
3696
3697 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3698 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3699 current context before the \c{%local} directive may be used.
3700 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3701 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3702 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3703 as shown in the example.
3704
3705
3706 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3707
3708 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3709 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3710 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3711 right macros by means of code like this:
3712
3713 \c %ifdef F1
3714 \c     ; do some setup
3715 \c %elifdef F2
3716 \c     ; do some different setup
3717 \c %else
3718 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3719 \c %endif
3720
3721 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3722 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3723 having to wait until the program crashes on being run and then not
3724 knowing what went wrong.
3725
3726 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3727
3728 \c %ifdef F1
3729 \c     ; do some setup
3730 \c %elifdef F2
3731 \c     ; do some different setup
3732 \c %else
3733 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3734 \c     %define F1
3735 \c %endif
3736
3737 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3738 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3739 depend on symbol values.
3740
3741 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3742 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3743 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3744 messages.
3745
3746 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3747 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3748 are expanded in it, which can be used to display more information to
3749 the user.  For example:
3750
3751 \c %if foo > 64
3752 \c     %assign foo_over foo-64
3753 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3754 \c %endif
3755
3756
3757 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3758
3759 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3760 information from external sources. Currently they include:
3761
3762 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3763 preprocessor (see \k{line}).
3764
3765 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3766 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3767
3768 \S{line} \i\c{%line} Directive
3769
3770 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3771 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3772 this other file would be an original source file, with the current
3773 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3774 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3775 number of the original source file, instead of the file that is being
3776 read by NASM.
3777
3778 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3779 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3780 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3781
3782 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3783
3784 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3785 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3786 which specifies a line increment value; each line of the input file
3787 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3788 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3789 specifies the file name of the original source file.
3790
3791 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3792 all file name and line numbers relative to the values specified
3793 therein.
3794
3795
3796 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3797
3798 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3799 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3800 to store the contents of an environment variable into a string, which
3801 could be used at some other point in your code.
3802
3803 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3804 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3805 could do that as follows:
3806
3807 \c %defstr FOO          %!FOO
3808
3809 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3810
3811 If the name of the environment variable contains non-identifier
3812 characters, you can use string quotes to surround the name of the
3813 variable, for example:
3814
3815 \c %defstr C_colon      %!'C:'
3816
3817
3818 \H{comment} Comment Blocks: \i\c{%comment}
3819
3820 The \c{%comment} and \c{%endcomment} directives are used to specify
3821 a block of commented (i.e. unprocessed) code/text. Everything between
3822 \c{%comment} and \c{%endcomment} will be ignored by the preprocessor.
3823
3824 \c %comment
3825 \c     ; some code, text or data to be ignored
3826 \c %endcomment
3827
3828
3829 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3830
3831 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3832 when it starts to process any source file. If you really need a
3833 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3834 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3835 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3836
3837 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3838 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3839 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3840 described here.
3841
3842
3843 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3844
3845 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3846 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3847 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3848 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3849 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3850 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3851 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3852
3853 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3854 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3855
3856
3857 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3858
3859 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3860 representing the full version number of the version of nasm being used.
3861 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3862 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3863 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3864 would be equivalent to:
3865
3866 \c         dd      0x00622001
3867
3868 or
3869
3870 \c         db      1,32,98,0
3871
3872 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3873 line is used just to give an indication of the order that the separate
3874 values will be present in memory.
3875
3876
3877 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3878
3879 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3880 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3881
3882 \c         db      __NASM_VER__
3883
3884 would expand to
3885
3886 \c         db      "0.98.32"
3887
3888
3889 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3890
3891 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3892 name and line number containing the current instruction. The macro
3893 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3894 current input file (which may change through the course of assembly
3895 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3896 numeric constant giving the current line number in the input file.
3897
3898 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3899 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3900 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3901 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3902 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3903 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3904 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3905 here'. You could then write a macro
3906
3907 \c %macro  notdeadyet 0
3908 \c
3909 \c         push    eax
3910 \c         mov     eax,__LINE__
3911 \c         call    stillhere
3912 \c         pop     eax
3913 \c
3914 \c %endmacro
3915
3916 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3917 find the crash point.
3918
3919
3920 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3921
3922 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3923 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3924 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3925 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3926 mode-dependent macros.
3927
3928 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3929
3930 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3931 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3932 list.
3933
3934 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3935 \c  %define NEWLINE 13, 10
3936 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3937 \c  %define NEWLINE 10
3938 \c %endif
3939
3940
3941 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3942
3943 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3944 assembly session.
3945
3946 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3947 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3948 respectively.)
3949
3950 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3951 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3952 \c{HHMMSS} respectively.
3953
3954 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3955 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3956 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3957 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3958
3959 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3960 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3961 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3962 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3963 undefined.
3964
3965 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3966 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3967 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3968 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3969 local time as if it was UTC.
3970
3971 All instances of time and date macros in the same assembly session
3972 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3973 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3974 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3975 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3976 clock:
3977
3978 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3979 \c       __TIME__             "00:00:42"
3980 \c       __DATE_NUM__         20100101
3981 \c       __TIME_NUM__         000042
3982 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3983 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3984 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3985 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3986 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3987
3988
3989 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3990 Include Test
3991
3992 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3993 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3994 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3995 testing if a particular package is invoked or not.
3996
3997 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3998 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3999
4000
4001 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
4002
4003 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
4004 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
4005 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
4006 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
4007
4008 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
4009 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
4010 change in future versions of NASM.}
4011
4012
4013 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
4014
4015 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
4016 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
4017 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
4018 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
4019
4020 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
4021 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
4022 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
4023 the value of the base offset, and the name of the data type with the
4024 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
4025 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
4026 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
4027 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
4028 the definition.
4029
4030 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
4031 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
4032
4033 \c struc   mytype
4034 \c
4035 \c   mt_long:      resd    1
4036 \c   mt_word:      resw    1
4037 \c   mt_byte:      resb    1
4038 \c   mt_str:       resb    32
4039 \c
4040 \c endstruc
4041
4042 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
4043 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
4044 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
4045 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
4046
4047 The reason why the structure type name is defined at zero by default
4048 is a side effect of allowing structures to work with the local label
4049 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
4050 more than one structure, you can define the above structure like this:
4051
4052 \c struc mytype
4053 \c
4054 \c   .long:        resd    1
4055 \c   .word:        resw    1
4056 \c   .byte:        resb    1
4057 \c   .str:         resb    32
4058 \c
4059 \c endstruc
4060
4061 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
4062 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
4063
4064 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
4065 support any form of period notation to refer to the elements of a
4066 structure once you have one (except the above local-label notation),
4067 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
4068 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
4069 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
4070 ax,[mystruc+mytype.word]}.
4071
4072 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
4073 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
4074
4075 \c push ebp
4076 \c mov ebp, esp
4077 \c sub esp, 40
4078
4079 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
4080
4081 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
4082
4083 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
4084 a base offset:
4085
4086 \c struc mytype, -40
4087
4088 And access an element this way:
4089
4090 \c mov [ebp + mytype.word], ax
4091
4092
4093 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
4094 \i{Instances of Structures}
4095
4096 Having defined a structure type, the next thing you typically want
4097 to do is to declare instances of that structure in your data
4098 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
4099 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
4100 you code something like this:
4101
4102 \c mystruc:
4103 \c     istruc mytype
4104 \c
4105 \c         at mt_long, dd      123456
4106 \c         at mt_word, dw      1024
4107 \c         at mt_byte, db      'x'
4108 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
4109 \c
4110 \c     iend
4111
4112 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
4113 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
4114 specified structure field, and then to declare the specified data.
4115 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
4116 they were specified in the structure definition.
4117
4118 If the data to go in a structure field requires more than one source
4119 line to specify, the remaining source lines can easily come after
4120 the \c{AT} line. For example:
4121
4122 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
4123 \c                     db      190,100,0
4124
4125 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
4126 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
4127 line:
4128
4129 \c         at mt_str
4130 \c                 db      'hello, world'
4131 \c                 db      13,10,0
4132
4133
4134 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
4135
4136 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
4137 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
4138 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
4139 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
4140
4141 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
4142 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
4143 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
4144 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
4145 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
4146
4147 Both macros require their first argument to be a power of two; they
4148 both compute the number of additional bytes required to bring the
4149 length of the current section up to a multiple of that power of two,
4150 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
4151 perform the alignment.
4152
4153 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
4154 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
4155 second argument is specified, the two macros are equivalent.
4156 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
4157 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
4158 except for special purposes.
4159
4160 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
4161 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
4162 power of two, or if their second argument generates more than one
4163 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
4164 thing.
4165
4166 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4167 be used within structure definitions:
4168
4169 \c struc mytype2
4170 \c
4171 \c   mt_byte:
4172 \c         resb 1
4173 \c         alignb 2
4174 \c   mt_word:
4175 \c         resw 1
4176 \c         alignb 4
4177 \c   mt_long:
4178 \c         resd 1
4179 \c   mt_str:
4180 \c         resb 32
4181 \c
4182 \c endstruc
4183
4184 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4185 relative to the base of the structure.
4186
4187 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4188 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4189 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4190 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4191 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4192 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4193 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4194
4195 Both \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} do call \c{SECTALIGN} macro implicitly.
4196 See \k{sectalign} for details.
4197
4198 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4199
4200
4201 \S{sectalign} \i\c{SECTALIGN}: Section Alignment
4202
4203 The \c{SECTALIGN} macros provides a way to modify alignment attribute
4204 of output file section. Unlike the \c{align=} attribute (which is allowed
4205 at section definition only) the \c{SECTALIGN} macro may be used at any time.
4206
4207 For example the directive
4208
4209 \c SECTALIGN 16
4210
4211 sets the section alignment requirements to 16 bytes. Once increased it can
4212 not be decreased, the magnitude may grow only.
4213
4214 Note that \c{ALIGN} (see \k{align}) calls the \c{SECTALIGN} macro implicitly
4215 so the active section alignment requirements may be updated. This is by default
4216 behaviour, if for some reason you want the \c{ALIGN} do not call \c{SECTALIGN}
4217 at all use the directive
4218
4219 \c SECTALIGN OFF
4220
4221 It is still possible to turn in on again by
4222
4223 \c SECTALIGN ON
4224
4225
4226 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4227
4228 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4229 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4230 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4231 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4232
4233 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4234 quoted or not.
4235
4236
4237 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4238
4239 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4240 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4241 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4242 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4243 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4244 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4245
4246 Example use:
4247
4248 \c %use altreg
4249 \c
4250 \c proc:
4251 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4252 \c       ret
4253
4254 See also \k{reg64}.
4255
4256
4257 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4258
4259 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4260 macro which is more powerful than the default (and
4261 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4262 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4263 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4264 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4265 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4266 sequence.
4267
4268 The specific instructions generated can be controlled with the
4269 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4270 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4271 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1
4272 (or set it to \c{nojmp}). The following modes are possible:
4273
4274 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4275 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4276 default.
4277
4278 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4279 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4280 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4281
4282 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4283 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4284 threshold is 16.
4285
4286 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4287 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4288 threshold is 16.
4289
4290 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4291 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4292 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4293 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4294
4295 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4296 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4297 are used internally by this macro package.
4298
4299
4300 \H{pkg_fp} \i\c\{fp}: Floating-point macros
4301
4302 This packages contains the following floating-point convenience macros:
4303
4304 \c %define Inf             __Infinity__
4305 \c %define NaN             __QNaN__
4306 \c %define QNaN            __QNaN__
4307 \c %define SNaN            __SNaN__
4308 \c 
4309 \c %define float8(x)       __float8__(x)
4310 \c %define float16(x)      __float16__(x)
4311 \c %define float32(x)      __float32__(x)
4312 \c %define float64(x)      __float64__(x)
4313 \c %define float80m(x)     __float80m__(x)
4314 \c %define float80e(x)     __float80e__(x)
4315 \c %define float128l(x)    __float128l__(x)
4316 \c %define float128h(x)    __float128h__(x)
4317
4318
4319 \H{pkg_ifunc} \i\c{ifunc}: \i{Integer functions}
4320
4321 This package contains a set of macros which implement integer
4322 functions.  These are actually implemented as special operators, but
4323 are most conveniently accessed via this macro package.
4324
4325 The macros provided are:
4326
4327 \S{ilog2} \i{Integer logarithms}
4328
4329 These functions calculate the integer logarithm base 2 of their
4330 argument, considered as an unsigned integer.  The only differences
4331 between the functions is their behavior if the argument provided is
4332 not a power of two.
4333
4334 The function \i\c{ilog2e()} (alias \i\c{ilog2()}) generate an error if
4335 the argument is not a power of two.
4336
4337 The function \i\c{ilog2w()} generate a warning if the argument is not
4338 a power of two.
4339
4340 The function \i\c{ilog2f()} rounds the argument down to the nearest
4341 power of two; if the argument is zero it returns zero.
4342
4343 The function \i\c{ilog2c()} rounds the argument up to the nearest
4344 power of two.
4345
4346
4347 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4348
4349 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4350 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4351 directives. These are described in this chapter.
4352
4353 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4354 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4355 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4356 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4357 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4358 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4359
4360 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4361 directives are not.
4362
4363 In addition to the universal directives described in this chapter,
4364 each object file format can optionally supply extra directives in
4365 order to control particular features of that file format. These
4366 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4367 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4368
4369
4370 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4371
4372 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4373 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4374 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4375 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4376
4377 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4378 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4379 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4380 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4381 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4382 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4383 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4384 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4385
4386 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4387 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4388 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4389 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4390 device drivers and boot loader software.
4391
4392 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4393 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4394 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4395 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4396
4397 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4398 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4399 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4400 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4401 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4402 need an 0x67.
4403
4404 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4405 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4406 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4407
4408 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4409 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4410 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4411 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4412 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4413 necessary.
4414
4415 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4416 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4417 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4418 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4419 REX prefix is used.
4420
4421 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4422 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4423 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4424
4425 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4426
4427 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4428
4429 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4430 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4431
4432
4433 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4434
4435 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4436 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4437 specify most features directly.  However, this is occationally
4438 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4439 to use.
4440
4441 Currently, \c{DEFAULT} can set \c{REL} & \c{ABS} and \c{BND} & \c{NOBND}.
4442
4443 \S{REL & ABS} \i\c{REL} & \i\c{ABS}: RIP-relative addressing
4444
4445 This sets whether registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative
4446 or not. By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4447 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4448 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4449 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4450
4451 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4452 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4453 other special functions in 64-bit mode, and generating
4454 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4455
4456 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4457
4458 \S{BND & NOBND} \i\c{BND} & \i\c{NOBND}: \c{BND} prefix
4459
4460 If \c{DEFAULT BND} is set, all bnd-prefix available instructions following
4461 this directive are prefixed with bnd. To override it, \c{NOBND} prefix can
4462 be used.
4463
4464 \c  DEFAULT BND
4465 \c      call foo            ; BND will be prefixed
4466 \c      nobnd call foo      ; BND will NOT be prefixed
4467
4468 DEFAULT NOBND can disable DEFAULT BND and then \c{BND} prefix will be added
4469 only when explicitly specified in code.
4470
4471 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4472 Sections}
4473
4474 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4475 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4476 which section of the output file the code you write will be
4477 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4478 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4479 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4480 define a new section, if you try to switch to a section that does
4481 not (yet) exist.
4482
4483 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4484 \k{multisec}, all support
4485 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4486 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4487 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4488 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4489 name that has one.
4490
4491
4492 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4493
4494 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4495 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4496 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4497 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4498 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4499 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4500 it. So the user-level directive
4501
4502 \c         SECTION .text
4503
4504 expands to the two lines
4505
4506 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4507 \c         [SECTION .text]
4508
4509 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4510 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4511 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4512
4513 \c %macro  writefile 2+
4514 \c
4515 \c         [section .data]
4516 \c
4517 \c   %%str:        db      %2
4518 \c   %%endstr:
4519 \c
4520 \c         __SECT__
4521 \c
4522 \c         mov     dx,%%str
4523 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4524 \c         mov     bx,%1
4525 \c         mov     ah,0x40
4526 \c         int     0x21
4527 \c
4528 \c %endmacro
4529
4530 This form of the macro, once passed a string to output, first
4531 switches temporarily to the data section of the file, using the
4532 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4533 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4534 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4535 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4536 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4537 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4538 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4539 code in any of several separate code sections.
4540
4541
4542 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4543
4544 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4545 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4546 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4547 given absolute address. The only instructions you can use in this
4548 mode are the \c{RESB} family.
4549
4550 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4551
4552 \c absolute 0x1A
4553 \c
4554 \c     kbuf_chr    resw    1
4555 \c     kbuf_free   resw    1
4556 \c     kbuf        resw    16
4557
4558 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4559 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4560 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4561
4562 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4563 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4564
4565 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4566 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4567
4568 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4569 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4570 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4571 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4572
4573 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4574 \c
4575 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4576 \c
4577 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4578 \c setup:
4579 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4580 \c
4581 \c absolute setup
4582 \c
4583 \c runtimevar1     resw    1
4584 \c runtimevar2     resd    20
4585 \c
4586 \c tsr_end:
4587
4588 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4589 after the setup has finished running, the space it took up can be
4590 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4591 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4592 needs to be made resident.
4593
4594
4595 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4596
4597 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4598 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4599 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4600 defined in some other module and needs to be referred to by this
4601 one. Not every object-file format can support external variables:
4602 the \c{bin} format cannot.
4603
4604 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4605 argument is the name of a symbol:
4606
4607 \c extern  _printf
4608 \c extern  _sscanf,_fscanf
4609
4610 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4611 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4612 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4613 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4614 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4615 by means of the directive
4616
4617 \c extern  _variable:wrt dgroup
4618
4619 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4620 only in that it can take only one argument at a time: the support
4621 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4622
4623 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4624 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4625 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4626
4627
4628 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4629
4630 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4631 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4632 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4633 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4634 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4635
4636 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4637 the definition of the symbol.
4638
4639 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4640 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4641 \c{GLOBAL} directive. For example:
4642
4643 \c global _main
4644 \c _main:
4645 \c         ; some code
4646
4647 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4648 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4649 example, lets you specify whether global data items are functions or
4650 data:
4651
4652 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4653
4654 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4655 user-level form only in that it can take only one argument at a
4656 time.
4657
4658
4659 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4660
4661 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4662 A common variable is much like a global variable declared in the
4663 uninitialized data section, so that
4664
4665 \c common  intvar  4
4666
4667 is similar in function to
4668
4669 \c global  intvar
4670 \c section .bss
4671 \c
4672 \c intvar  resd    1
4673
4674 The difference is that if more than one module defines the same
4675 common variable, then at link time those variables will be
4676 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4677 at the same piece of memory.
4678
4679 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4680 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4681 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4682 specify the alignment requirements of a common variable:
4683
4684 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4685 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4686
4687 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4688 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4689 only one argument at a time.
4690
4691
4692 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4693
4694 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4695 are available on the specified CPU.
4696
4697 Options are:
4698
4699 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4700
4701 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4702
4703 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4704
4705 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4706
4707 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4708
4709 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4710
4711 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4712
4713 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4714
4715 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4716
4717 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4718
4719 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4720
4721 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4722
4723 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4724
4725 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4726
4727 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4728
4729 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4730
4731 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4732
4733 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4734 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4735 instructions are available.
4736
4737
4738 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4739
4740 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4741 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4742 this behaviour:
4743
4744 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4745
4746 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4747
4748 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4749
4750 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4751
4752 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4753
4754 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4755
4756 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4757
4758 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4759 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4760 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4761
4762 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4763 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4764
4765
4766 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4767
4768 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4769 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4770 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4771 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4772 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4773 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4774
4775 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4776 output file based on the input file name and the chosen output
4777 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4778 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4779 name, and substituting an extension defined by the output format.
4780 The extensions are given with each format below.
4781
4782
4783 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4784
4785 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4786 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4787 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4788 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4789 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4790 development.
4791
4792 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4793 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4794
4795 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4796 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4797 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4798 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4799
4800 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4801 leaves your file name as it is once the original extension has been
4802 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4803 into a binary file called \c{binprog}.
4804
4805
4806 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4807
4808 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4809 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4810 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4811 the program begins at when it is loaded into memory.
4812
4813 For example, the following code will generate the longword
4814 \c{0x00000104}:
4815
4816 \c         org     0x100
4817 \c         dd      label
4818 \c label:
4819
4820 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4821 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4822 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4823 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4824 offset which is added to all internal address references within the
4825 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4826 does. See \k{proborg} for further comments.
4827
4828
4829 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4830 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4831
4832 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4833 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4834 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4835 end of the section-definition line. For example,
4836
4837 \c section .data   align=16
4838
4839 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4840 aligned on a 16-byte boundary.
4841
4842 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4843 section start address must be forced to zero. The alignment value
4844 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4845 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4846
4847
4848 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4849
4850 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4851 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4852
4853 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4854 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4855 of course).
4856
4857 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4858 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4859 \i\c{start=}.
4860
4861 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4862 for the calculation of all memory references within that section
4863 with \i\c{vstart=}.
4864
4865 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4866 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4867 start address.
4868
4869 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4870 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4871 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4872
4873 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4874 is directed by default into the \c{.text} section.
4875
4876 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4877 by default.
4878
4879 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4880 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4881 has been specified.
4882
4883 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4884 alignment has been specified.
4885
4886 \b Sections may not overlap.
4887
4888 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4889 which may be used in your code.
4890
4891 \S{map}\i{Map Files}
4892
4893 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4894 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4895 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4896 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4897 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4898 brackets must be used.
4899
4900
4901 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4902
4903 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4904 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4905 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4906 similar utilities.
4907
4908 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4909 the \c{ith} file format.
4910
4911 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4912
4913
4914 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4915
4916 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4917 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4918 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4919 similar utilities.
4920
4921 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4922 the \c{srec} file format.
4923
4924 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4925
4926
4927 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4928
4929 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4930 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4931 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4932 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4933
4934 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4935
4936 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4937 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4938 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4939 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4940 file format.
4941
4942 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4943 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4944 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4945
4946 If your source file contains code before specifying an explicit
4947 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4948 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4949
4950 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4951 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4952 address of the segment. So, for example:
4953
4954 \c segment data
4955 \c
4956 \c dvar:   dw      1234
4957 \c
4958 \c segment code
4959 \c
4960 \c function:
4961 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4962 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4963 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4964 \c         ret
4965
4966 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4967 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4968 like
4969
4970 \c extern  foo
4971 \c
4972 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4973 \c       mov   ds,ax
4974 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4975 \c       mov   es,ax
4976 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4977 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4978
4979
4980 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4981 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4982
4983 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4984 directive to allow you to specify various properties of the segment
4985 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4986 end of the segment-definition line. For example,
4987
4988 \c segment code private align=16
4989
4990 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4991 segment, and requires that the portion of it described in this code
4992 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4993
4994 The available qualifiers are:
4995
4996 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4997 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4998 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4999 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
5000 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
5001 than stuck end-to-end.
5002
5003 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
5004 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
5005 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
5006 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
5007 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
5008 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
5009 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
5010 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
5011 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
5012
5013 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
5014 indicates to the linker that segments of the same class should be
5015 placed near each other in the output file. The class name can be any
5016 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
5017
5018 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
5019 as an argument, and provides overlay information to an
5020 overlay-capable linker.
5021
5022 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
5023 the effect of recording the choice in the object file and also
5024 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
5025 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
5026
5027 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
5028 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
5029 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
5030 defines the group if it is not already defined.
5031
5032 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
5033 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
5034 are currently known to make sensible use of this feature;
5035 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
5036 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
5037 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
5038
5039 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
5040 class, no overlay, and \c{USE16}.
5041
5042
5043 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
5044
5045 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
5046 single segment register can be used to refer to all the segments in
5047 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
5048 you can code
5049
5050 \c segment data
5051 \c
5052 \c         ; some data
5053 \c
5054 \c segment bss
5055 \c
5056 \c         ; some uninitialized data
5057 \c
5058 \c group dgroup data bss
5059
5060 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
5061 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
5062 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
5063 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
5064 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
5065 segment register.
5066
5067 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
5068 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
5069 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
5070 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
5071 base rather than the segment base.
5072
5073 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
5074 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
5075 segment which is part of more than one group will default to being
5076 relative to the first group that was defined to contain the segment.
5077
5078 A group does not have to contain any segments; you can still make
5079 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
5080 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
5081 \c{FLAT} with no segments in it.
5082
5083
5084 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
5085
5086 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
5087 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
5088 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
5089 segment, group and symbol names that are written to the object file
5090 to be forced to upper case just before being written. Within a
5091 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
5092 be written entirely in upper case if desired.
5093
5094 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
5095
5096
5097 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
5098 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
5099
5100 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
5101 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
5102 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
5103 as well as using the \c{IMPORT} directive.
5104
5105 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
5106 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
5107 wish to import and the name of the library you wish to import it
5108 from. For example:
5109
5110 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
5111
5112 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
5113 known in the library you are importing it from, in case this is not
5114 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
5115 once you have imported it. For example:
5116
5117 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
5118
5119
5120 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
5121 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
5122
5123 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
5124 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
5125 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
5126 using the \c{EXPORT} directive.
5127
5128 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
5129 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
5130 optional second parameter (separated by white space from the first)
5131 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
5132 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
5133 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
5134 off.
5135
5136 Further parameters can be given to define attributes of the exported
5137 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
5138 space. If further parameters are given, the external name must also
5139 be specified, even if it is the same as the internal name. The
5140 available attributes are:
5141
5142 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
5143 resident by the system loader. This is an optimisation for
5144 frequently used symbols imported by name.
5145
5146 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
5147 does not make use of any initialized data.
5148
5149 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
5150 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
5151 between 32-bit and 16-bit segments.
5152
5153 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
5154 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
5155 the desired number.
5156
5157 For example:
5158
5159 \c     export  myfunc
5160 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
5161 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
5162 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
5163
5164
5165 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
5166 Point}
5167
5168 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
5169 define the program entry point, where execution will begin when the
5170 program is run. If the object file that defines the entry point is
5171 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
5172 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
5173 begin.
5174
5175
5176 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
5177 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
5178
5179 If you declare an external symbol with the directive
5180
5181 \c     extern  foo
5182
5183 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
5184 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
5185 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
5186 \c{foo} you will usually need to do something like
5187
5188 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
5189 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
5190 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
5191
5192 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
5193 is going to be accessible from a given segment or group, say
5194 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
5195 simply code
5196
5197 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
5198
5199 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
5200 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
5201 alternative form
5202
5203 \c     extern  foo:wrt dgroup
5204
5205 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
5206 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
5207 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
5208 \c{foo wrt dgroup}.
5209
5210 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
5211 to make externals appear to be relative to any group or segment in
5212 your program. It can also be applied to common variables: see
5213 \k{objcommon}.
5214
5215
5216 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
5217 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
5218
5219 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
5220 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
5221 specify which your variables should be by the use of the syntax
5222
5223 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
5224 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
5225
5226 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
5227 OMF specification says that they are declared as a number of
5228 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
5229 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
5230 five-byte elements or one ten-byte element.
5231
5232 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
5233 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
5234 the variable size, to match when resolving common variables declared
5235 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
5236 the element size on your far common variables. This is done by the
5237 following syntax:
5238
5239 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
5240 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
5241
5242 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
5243 keyword is not required when an element size is specified, since
5244 only far commons may have element sizes at all. So the above
5245 declarations could equivalently be
5246
5247 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
5248 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
5249
5250 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
5251 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
5252 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
5253
5254 \c common  foo     10:wrt dgroup
5255 \c common  bar     16:far 2:wrt data
5256 \c common  baz     24:wrt data:6
5257
5258
5259 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5260
5261 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5262 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5263 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5264 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5265
5266 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5267
5268 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5269 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5270 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5271 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5272 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5273 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5274 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5275 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5276
5277
5278 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5279 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5280
5281 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5282 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5283 and properties of sections you declare. Section types and properties
5284 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5285 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5286 these qualifiers.
5287
5288 The available qualifiers are:
5289
5290 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5291 code section. This marks the section as readable and executable, but
5292 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5293 section is code.
5294
5295 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5296 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5297 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5298 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5299
5300 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5301 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5302 constants in it.
5303
5304 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5305 which is not included in the executable file by the linker, but may
5306 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5307 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5308 linker to interpret the contents of the section as command-line
5309 options.
5310
5311 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5312 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5313 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5314 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5315 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5316 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5317 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5318 for data (and BSS) sections.
5319 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5320 alignment), though the value does not matter.
5321
5322 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5323 qualifiers are:
5324
5325 \c section .text    code  align=16
5326 \c section .data    data  align=4
5327 \c section .rdata   rdata align=8
5328 \c section .bss     bss   align=4
5329
5330 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5331
5332 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5333
5334 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5335 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5336 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5337 designated read-only table and have alleged entry point verified
5338 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5339 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5340 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5341 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5342 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5343 will not be performed for application in question. Table omission is by
5344 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5345 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5346 \c{/safeseh} command line option.
5347
5348 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5349 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5350 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5351
5352 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5353
5354 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5355
5356 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5357 line to source code:
5358
5359 \c $@feat.00 equ 1
5360
5361 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5362 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5363 developer would choose to assign another value in source file, it would
5364 still be perfectly possible.
5365
5366 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5367 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5368 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5369 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5370 table." Its typical use would be:
5371
5372 \c section .text
5373 \c extern  _MessageBoxA@16
5374 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5375 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5376 \c %endif
5377 \c handler:
5378 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5379 \c         push    DWORD caption
5380 \c         push    DWORD text
5381 \c         push    DWORD 0
5382 \c         call    _MessageBoxA@16
5383 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5384 \c                         ; for exception handler
5385 \c         ret
5386 \c global  _main
5387 \c _main:
5388 \c         push    DWORD handler
5389 \c         push    DWORD [fs:0]
5390 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5391 \c         xor     eax,eax
5392 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5393 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5394 \c         add     esp,4
5395 \c         ret
5396 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5397 \c caption:db      'SEGV',0
5398 \c
5399 \c section .drectve info
5400 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5401
5402 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5403 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5404 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5405 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5406 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5407 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5408 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5409 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5410 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5411 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5412 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5413 no notification is provided and user is left with no clue on what
5414 caused application failure.
5415
5416 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5417 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5418 data for "safe exception handler table" causes no backward
5419 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5420 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5421
5422
5423 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5424
5425 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5426 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5427 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5428 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5429 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5430
5431 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5432
5433 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5434 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5435 references. Consider a switch dispatch table:
5436
5437 \c         jmp     qword [dsptch+rax*8]
5438 \c         ...
5439 \c dsptch: dq      case0
5440 \c         dq      case1
5441 \c         ...
5442
5443 Even a novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5444 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5445
5446 \c 'ADDR32' relocation to '.text' invalid without /LARGEADDRESSAWARE:NO
5447
5448 So [s]he will have to split jmp instruction as following:
5449
5450 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5451 \c         jmp     qword [rbx+rax*8]
5452
5453 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5454 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5455 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5456 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5457 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5458 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5459 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5460 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5461 But no worry, it's trivial to fix:
5462
5463 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5464 \c         add     rbx,[rbx+rax*8]
5465 \c         jmp     rbx
5466 \c         ...
5467 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5468 \c         dq      case1-dsptch
5469 \c         ...
5470
5471 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5472 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5473 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5474 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5475 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5476 these image-relative references:
5477
5478 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5479 \c         mov     eax,[rbx+rax*4]
5480 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5481 \c         add     rbx,rax
5482 \c         jmp     rbx
5483 \c         ...
5484 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5485 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5486
5487 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5488 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5489 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5490 become apparent in next paragraph.
5491
5492 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5493 operand only:
5494
5495 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5496 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5497 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5498 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5499
5500 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5501
5502 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5503 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5504 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5505 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5506 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5507 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5508 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5509 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5510 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5511 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5512 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5513 top of the stack.
5514
5515 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5516 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5517 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5518 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5519 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5520 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5521 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5522 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5523 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5524 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5525 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5526 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5527 copying caller's return address to the top of stack and this would
5528 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5529 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5530 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5531 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5532 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5533 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5534 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5535 no, no trace of failure is left.
5536
5537 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5538 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5539 is checked for presence of reference to custom language-specific
5540 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5541 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5542 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5543 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5544 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5545 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5546 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5547 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5548 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5549 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5550 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5551 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5552 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5553 terminating the application.
5554
5555 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5556 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5557 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5558 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5559 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5560 leaf function:
5561
5562 \c default rel
5563 \c section .text
5564 \c extern  MessageBoxA
5565 \c handler:
5566 \c         sub     rsp,40
5567 \c         mov     rcx,0
5568 \c         lea     rdx,[text]
5569 \c         lea     r8,[caption]
5570 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5571 \c         call    MessageBoxA
5572 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5573 \c                         ; for exception handler
5574 \c         add     rsp,40
5575 \c         ret
5576 \c global  main
5577 \c main:
5578 \c         xor     rax,rax
5579 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5580 \c         ret
5581 \c main_end:
5582 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5583 \c caption:db      'SEGV',0
5584 \c
5585 \c section .pdata  rdata align=4
5586 \c         dd      main wrt ..imagebase
5587 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5588 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5589 \c section .xdata  rdata align=8
5590 \c xmain:  db      9,0,0,0
5591 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5592 \c section .drectve info
5593 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5594
5595 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5596 start and end addresses of function" along with reference to associated
5597 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5598 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5599 designated exception handler. References are \e{required} to be
5600 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5601 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5602 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5603 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5604 references, not only above listed required ones, placed into these two
5605 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5606 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5607 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5608 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5609
5610 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5611 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5612 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5613 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5614 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5615 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5616 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5617 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5618 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5619 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5620 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5621 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5622 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5623 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5624 unwinding procedure. Consider following example:
5625
5626 \c function:
5627 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5628 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5629 \c         push    rbx
5630 \c         push    rbp
5631 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5632 \c         sub     r11,rcx
5633 \c         and     r11,-64
5634 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5635 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5636 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5637 \c magic_point:
5638 \c         ...
5639 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5640 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5641 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5642 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5643 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5644 \c         ret
5645
5646 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5647 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5648 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5649 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5650 custom language-specific exception handler would look like this:
5651
5652 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5653 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5654 \c {   ULONG64 *rsp;
5655 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5656 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5657 \c     else
5658 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5659 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5660 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5661 \c         context->R15 = rsp[-1];
5662 \c     }
5663 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5664 \c
5665 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5666 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5667 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5668 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5669 \c     return ExceptionContinueSearch;
5670 \c }
5671
5672 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5673 structure does not have to contain any information about stack frame
5674 and its layout.
5675
5676 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5677
5678 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5679 linking with the \i{DJGPP} linker.
5680
5681 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5682
5683 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5684 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5685 the \c{info} section type are not supported.
5686
5687 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5688
5689 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5690 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5691 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5692
5693 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5694
5695 \H{elffmt} \i\c{elf32}, \i\c{elf64}, \i\c{elfx32}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5696 Format} Object Files
5697
5698 The \c{elf32}, \c{elf64} and \c{elfx32} output formats generate
5699 \c{ELF32 and ELF64} (Executable and Linkable Format) object files, as
5700 used by Linux as well as \i{Unix System V}, including \i{Solaris x86},
5701 \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf} provides a default output
5702 file-name extension of \c{.o}.  \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5703
5704 The \c{elfx32} format is used for the \i{x32} ABI, which is a 32-bit
5705 ABI with the CPU in 64-bit mode.
5706
5707 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5708
5709 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5710 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5711  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5712  most systems which support ELF.
5713
5714 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5715 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5716
5717 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5718 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5719 and properties of sections you declare. Section types and properties
5720 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5721 names}, but may still be
5722 overridden by these qualifiers.
5723
5724 The available qualifiers are:
5725
5726 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5727 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5728 which is not, such as an informational or comment section.
5729
5730 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5731 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5732 which should not.
5733
5734 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5735 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5736 not.
5737
5738 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5739 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5740 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5741 contents given, such as a BSS section.
5742
5743 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5744 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5745 requirements of the section.
5746
5747 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5748 thread local variables.
5749
5750 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5751 qualifiers are:
5752
5753 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5754 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5755
5756 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5757 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5758 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5759 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5760 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5761 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5762 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5763 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5764 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5765 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5766 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5767
5768 (Any section name other than those in the above table
5769  is treated by default like \c{other} in the above table.
5770  Please note that section names are case sensitive.)
5771
5772
5773 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5774 Symbols and \i\c{WRT}
5775
5776 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5777 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5778 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5779 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5780 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5781
5782 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5783 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5784 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5785 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5786 types.
5787
5788 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5789 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5790 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5791 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5792
5793 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5794 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5795 beginning of the current section to the global offset table.
5796 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5797 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5798 result to get the real address of the GOT.
5799
5800 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5801 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5802 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5803 would give the real address of the location you wanted.
5804
5805 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5806 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5807 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5808 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5809 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5810 address of the symbol.
5811
5812 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5813 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5814 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5815 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5816 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5817 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5818 entries absolutely.
5819
5820 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5821 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5822 relative to the start of the section and then adding on the offset
5823 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5824 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5825 peculiarity of the dynamic linker.
5826
5827 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5828 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5829
5830 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5831 Symbols and \i\c{WRT}
5832
5833 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5834 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5835 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5836 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5837 of the symbol with code such as:
5838
5839 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5840 \c        mov  [gs:eax],ebx
5841
5842
5843 \b In ELF64 or ELFx32 mode, referring to an external or global symbol using
5844 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5845 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5846 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5847 of the symbol with code such as:
5848
5849 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5850 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5851
5852
5853 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5854 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5855
5856 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5857 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5858 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5859 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5860 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5861 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5862 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5863 to specify these features.
5864
5865 You can specify whether a global variable is a function or a data
5866 object by suffixing the name with a colon and the word
5867 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5868 \c{data}.) For example:
5869
5870 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5871
5872 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5873 \c{hashtable} as a data object.
5874
5875 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5876 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5877 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5878 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5879
5880 \c global   hashlookup:function hidden
5881
5882 You can also specify the size of the data associated with the
5883 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5884 forward references) after the type specifier. Like this:
5885
5886 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5887 \c
5888 \c hashtable:
5889 \c         db this,that,theother  ; some data here
5890 \c .end:
5891
5892 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5893 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5894
5895 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5896 writing shared library code. For more information, see
5897 \k{picglobal}.
5898
5899
5900 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5901 \I{COMMON, elf extensions to}
5902
5903 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5904 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5905 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5906 power of two) after the name and size of the common variable,
5907 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5908 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5909
5910 \c common  dwordarray 128:4
5911
5912 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5913 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5914
5915
5916 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5917 \I{ELF, 16-bit code and}
5918
5919 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5920 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5921 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5922 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5923 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5924 these relocations is generated.
5925
5926 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5927 \I{ELF, Debug formats and}
5928
5929 ELF provides debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5930 Line number information is generated for all executable sections, but please
5931 note that only the ".text" section is executable by default.
5932
5933 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5934
5935 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5936 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5937 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5938 the magic number in the first four bytes of the file is
5939 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5940 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5941 implementation does not.
5942
5943 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5944
5945 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5946 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5947 extensions to any standard directives. It supports only the three
5948 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5949
5950
5951 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5952 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5953
5954 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5955 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5956 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5957 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5958 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5959 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5960 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5961
5962 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5963
5964 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5965 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5966 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5967 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5968 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5969
5970 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5971 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5972 this.
5973
5974
5975 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5976
5977 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5978 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5979 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5980 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5981 itself \c{a.out}.
5982
5983 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5984 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5985
5986 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5987 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5988 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5989 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5990 only special symbol supported is \c{..start}.
5991
5992
5993 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5994 Format}
5995
5996 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5997 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5998 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5999 format the internal structure of the assembler.
6000
6001 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
6002 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
6003 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
6004 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
6005
6006 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
6007 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
6008 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
6009 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
6010 execute an RDF executable under Linux.
6011
6012 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
6013 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
6014
6015
6016 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
6017
6018 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
6019 library to be linked to the module, either at load time or run time.
6020 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
6021 which is the name of the module:
6022
6023 \c     library  mylib.rdl
6024
6025
6026 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
6027
6028 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
6029 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
6030 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
6031 of current module:
6032
6033 \c     module  mymodname
6034
6035 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
6036 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
6037 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
6038
6039 \c     module  $kernel.core
6040
6041
6042 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
6043 rdf extensions to}
6044
6045 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
6046 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
6047 telling the linker do not strip it from target executable or library
6048 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
6049 is a procedure (function) or data object.
6050
6051 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
6052 symbol exported:
6053
6054 \c     global  sys_open:export
6055
6056 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
6057 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
6058
6059 \c     global  sys_open:export proc
6060
6061 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
6062 or \i\c{object} to the directive:
6063
6064 \c     global  kernel_ticks:export data
6065
6066
6067 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
6068 rdf extensions to}
6069
6070 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
6071 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
6072 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
6073 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
6074 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
6075 (function) or data object. For example:
6076
6077 \c     library $libc
6078 \c     extern  _open:import
6079 \c     extern  _printf:import proc
6080 \c     extern  _errno:import data
6081
6082 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
6083 a hint as to where to find requested symbols.
6084
6085
6086 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
6087
6088 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
6089 configuration. If you are building your own NASM executable from the
6090 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
6091 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
6092
6093 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
6094 it outputs a text file which contains a complete list of all the
6095 transactions between the main body of NASM and the output-format
6096 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
6097 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
6098 of the various requests the main program makes of the output driver,
6099 and in what order they happen.
6100
6101 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
6102
6103 \c nasm -f dbg filename.asm
6104
6105 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
6106 However, this will not work well on files which were designed for a
6107 different object format, because each object format defines its own
6108 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
6109 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
6110 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
6111 native object format selected:
6112
6113 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
6114 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
6115
6116 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
6117 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
6118 directives are converted into primitive form correctly. Then the
6119 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
6120 the final diagnostic output.
6121
6122 This workaround will still typically not work for programs intended
6123 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
6124 directives have side effects of defining the segment and group names
6125 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
6126 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
6127 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
6128 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
6129
6130 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
6131 them all to its output file.
6132
6133
6134 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
6135
6136 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
6137 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
6138 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
6139 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
6140 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
6141
6142
6143 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
6144
6145 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
6146 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
6147 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
6148 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
6149 support the \c{.COM} format.
6150
6151 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
6152 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
6153 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
6154 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
6155 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
6156 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
6157 Yann Guidon for contributing the code for this.
6158
6159 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
6160 future releases.
6161
6162
6163 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
6164
6165 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
6166 by linking \c{.OBJ} files together.
6167
6168 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
6169 linker; if you have none of these, there is a free linker called
6170 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
6171 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
6172 An LZH archiver can be found at
6173 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
6174 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
6175 sources) called \i{FREELINK}, available from
6176 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
6177 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
6178 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
6179 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
6180 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
6181
6182 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
6183 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
6184 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
6185 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
6186 point, the linker will not know what value to give the entry-point
6187 field in the output file header; if more than one defines a start
6188 point, the linker will not know \e{which} value to use.
6189
6190 An example of a NASM source file which can be assembled to a
6191 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
6192 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
6193 the segment registers, and declaring a start point. This file is
6194 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
6195 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
6196
6197 \c segment code
6198 \c
6199 \c ..start:
6200 \c         mov     ax,data
6201 \c         mov     ds,ax
6202 \c         mov     ax,stack
6203 \c         mov     ss,ax
6204 \c         mov     sp,stacktop
6205
6206 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
6207 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
6208 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
6209 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
6210 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
6211 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
6212 execute on.
6213
6214 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
6215 beginning of this code, which means that will be the entry point
6216 into the resulting executable file.
6217
6218 \c         mov     dx,hello
6219 \c         mov     ah,9
6220 \c         int     0x21
6221
6222 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
6223 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
6224 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
6225 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
6226
6227 \c         mov     ax,0x4c00
6228 \c         int     0x21
6229
6230 This terminates the program using another DOS system call.
6231
6232 \c segment data
6233 \c
6234 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
6235
6236 The data segment contains the string we want to display.
6237
6238 \c segment stack stack
6239 \c         resb 64
6240 \c stacktop:
6241
6242 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
6243 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
6244 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
6245 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
6246 necessary to the correct running of the program, but linkers are
6247 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
6248 type \c{STACK}.
6249
6250 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
6251 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
6252 world' and then exit.
6253
6254
6255 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
6256
6257 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
6258 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
6259 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
6260 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
6261 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6262 \c{.EXE} files.
6263
6264 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6265 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6266 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6267
6268 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6269 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6270 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6271 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6272 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6273 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6274 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6275 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6276 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6277
6278 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6279 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6280 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6281 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6282 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6283 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6284 explicitly issue one of your own.
6285
6286 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6287 since this would require a relocation in the header, and things
6288 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6289 base by copying it out of \c{CS} instead.
6290
6291 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6292 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6293 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6294 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6295 \c{EXE_stack 64}.
6296
6297 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6298 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6299 \c{binexe.asm}.
6300
6301
6302 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6303
6304 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6305 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6306 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6307 output format.
6308
6309
6310 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6311
6312 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6313 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6314 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6315 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6316 like
6317
6318 \c         org 100h
6319 \c
6320 \c section .text
6321 \c
6322 \c start:
6323 \c         ; put your code here
6324 \c
6325 \c section .data
6326 \c
6327 \c         ; put data items here
6328 \c
6329 \c section .bss
6330 \c
6331 \c         ; put uninitialized data here
6332
6333 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6334 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6335 you want to and the code will still end up at the front of the file
6336 where it belongs.
6337
6338 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6339 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6340 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6341 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6342 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6343 run.
6344
6345 To assemble the above program, you should use a command line like
6346
6347 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6348
6349 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6350 explicit output file name were specified, so you have to override it
6351 and give the desired file name.
6352
6353
6354 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6355
6356 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6357 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6358 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6359 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6360 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6361 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6362 file.
6363
6364 If you do this, you need to take care of several things:
6365
6366 \b The first object file containing code should start its code
6367 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6368 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6369 segment, so that the linker or converter program does not have to
6370 adjust address references within the file when generating the
6371 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6372 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6373 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6374 in MASM-compatible assemblers.
6375
6376 \b You don't need to define a stack segment.
6377
6378 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6379 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6380 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6381 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6382
6383
6384 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6385
6386 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6387 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6388 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6389 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6390 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6391 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6392 your code segment.
6393
6394 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6395 the various routines inside the driver which do the work. This
6396 structure should be defined at the start of the code segment, even
6397 though it is not actually code.
6398
6399 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6400 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6401 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6402 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6403
6404
6405 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6406
6407 This section covers the basics of writing assembly routines that
6408 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6409 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6410 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6411
6412
6413 \S{16cunder} External Symbol Names
6414
6415 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6416 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6417 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6418 appears in the C program. So, for example, the function a C
6419 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6420 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6421 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6422 not have to worry about name clashes with C symbols.
6423
6424 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6425 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6426
6427 \c %macro  cglobal 1
6428 \c
6429 \c   global  _%1
6430 \c   %define %1 _%1
6431 \c
6432 \c %endmacro
6433 \c
6434 \c %macro  cextern 1
6435 \c
6436 \c   extern  _%1
6437 \c   %define %1 _%1
6438 \c
6439 \c %endmacro
6440
6441 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6442 \c{%rep} construct could solve this.)
6443
6444 If you then declare an external like this:
6445
6446 \c cextern printf
6447
6448 then the macro will expand it as
6449
6450 \c extern  _printf
6451 \c %define printf _printf
6452
6453 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6454 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6455
6456 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6457 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6458 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6459
6460 Also see \k{opt-pfix}.
6461
6462 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6463
6464 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6465 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6466 writing for. This means you have to keep track of the following
6467 things:
6468
6469 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6470 functions are near. This means that function pointers, when stored
6471 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6472 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6473 never changes its value, and always gives the segment part of the
6474 full function address), and that functions are called using ordinary
6475 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6476 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6477 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6478 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6479
6480 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6481 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6482 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6483 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6484 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6485 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6486 \c{CALL FAR} to call external routines.
6487
6488 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6489 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6490 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6491 segment part of the full data item address).
6492
6493 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6494 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6495 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6496 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6497 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6498 pointers you are passed.
6499
6500 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6501 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6502 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6503 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6504 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6505
6506 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6507 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6508 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6509 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6510 and global data items can both be accessed easily without changing
6511 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6512 segments. However, some memory models (though not the standard
6513 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6514 same value to be removed. Be careful about functions' local
6515 variables in this latter case.
6516
6517 In models with a single code segment, the segment is called
6518 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6519 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6520 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6521 called \i\c{_DATA}.
6522
6523
6524 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6525
6526 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6527 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6528 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6529 doing the calling and the function which gets called.
6530
6531 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6532 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6533 argument specified to the function is pushed last).
6534
6535 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6536 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6537 memory model.
6538
6539 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6540 actually necessary, in functions which do not need to access their
6541 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6542 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6543 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6544 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6545 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6546 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6547
6548 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6549 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6550 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6551 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6552 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6553 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6554 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6555 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6556 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6557 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6558 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6559 parameters in reverse order means that the function knows where to
6560 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6561 remaining ones.
6562
6563 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6564 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6565 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6566
6567 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6568 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6569 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6570 compiler) returned in \c{ST0}.
6571
6572 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6573 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6574 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6575 memory model.
6576
6577 \b When the caller regains control from the callee, the function
6578 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6579 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6580 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6581 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6582 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6583 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6584 removing.
6585
6586 It is instructive to compare this calling convention with that for
6587 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6588 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6589 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6590 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6591 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6592 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6593 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6594 which means that a compiler can give better guarantees about
6595 sequence points without performance suffering.
6596
6597 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6598 The following example is for small model:
6599
6600 \c global  _myfunc
6601 \c
6602 \c _myfunc:
6603 \c         push    bp
6604 \c         mov     bp,sp
6605 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6606 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6607 \c
6608 \c         ; some more code
6609 \c
6610 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6611 \c         pop     bp
6612 \c         ret
6613
6614 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6615 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6616 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6617 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6618 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6619 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6620
6621 At the other end of the process, to call a C function from your
6622 assembly code, you would do something like this:
6623
6624 \c extern  _printf
6625 \c
6626 \c       ; and then, further down...
6627 \c
6628 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6629 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6630 \c       call    _printf
6631 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6632 \c
6633 \c       ; then those data items...
6634 \c
6635 \c segment _DATA
6636 \c
6637 \c myint         dw    1234
6638 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6639
6640 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6641 code
6642
6643 \c     int myint = 1234;
6644 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6645
6646 In large model, the function-call code might look more like this. In
6647 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6648 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6649 it first.
6650
6651 \c       push    word [myint]
6652 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6653 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6654 \c       call    far _printf
6655 \c       add    sp,byte 6
6656
6657 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6658 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6659 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6660 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6661 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6662 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6663 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6664 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6665 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6666 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6667 word of parameters.
6668
6669
6670 \S{16cdata} Accessing Data Items
6671
6672 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6673 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6674 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6675 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6676 accessed from assembler as
6677
6678 \c extern _i
6679 \c
6680 \c         mov ax,[_i]
6681
6682 And to declare your own integer variable which C programs can access
6683 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6684 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6685
6686 \c global  _j
6687 \c
6688 \c _j      dw      0
6689
6690 To access a C array, you need to know the size of the components of
6691 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6692 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6693 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6694 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6695 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6696 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6697 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6698
6699 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6700 the base of the structure to the field you are interested in. You
6701 can either do this by converting the C structure definition into a
6702 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6703 one offset and using just that.
6704
6705 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6706 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6707 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6708 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6709 Typically, you might find that a structure like
6710
6711 \c struct {
6712 \c     char c;
6713 \c     int i;
6714 \c } foo;
6715
6716 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6717 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6718 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6719 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6720 out how your own compiler does it.
6721
6722
6723 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6724
6725 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6726 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6727 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6728 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6729 the work involved in keeping track of the calling convention.
6730
6731 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6732 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6733
6734 An example of an assembly function using the macro set is given
6735 here:
6736
6737 \c proc    _nearproc
6738 \c
6739 \c %$i     arg
6740 \c %$j     arg
6741 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6742 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6743 \c         add     ax,[bx]
6744 \c
6745 \c endproc
6746
6747 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6748 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6749 integer. It returns \c{i + *j}.
6750
6751 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6752 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6753 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6754 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6755 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6756 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6757 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6758
6759 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6760 compact-model code) by default. You can have it generate far
6761 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6762 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6763 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6764 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6765 dependency on whether data pointers are far or not.
6766
6767 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6768 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6769 many function parameters will be of type \c{int}.
6770
6771 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6772
6773 \c %define FARCODE
6774 \c
6775 \c proc    _farproc
6776 \c
6777 \c %$i     arg
6778 \c %$j     arg     4
6779 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6780 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6781 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6782 \c         add     ax,[bx]
6783 \c
6784 \c endproc
6785
6786 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6787 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6788 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6789
6790
6791 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6792
6793 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6794 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6795
6796 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6797 not required for Pascal.
6798
6799 \b The memory model is always large: functions are far, data
6800 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6801 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6802 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6803 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6804 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6805 data declared in a Pascal program goes into the default data
6806 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6807 when control is passed to your assembly code. The only things that
6808 do not live in the default data segment are local variables (they
6809 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6810 data \e{pointers}, however, are far.
6811
6812 \b The function calling convention is different - described below.
6813
6814 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6815
6816 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6817 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6818 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6819
6820
6821 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6822
6823 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6824 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6825 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6826 used to denote the function doing the calling and the function which
6827 gets called.
6828
6829 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6830 after another, in normal order (left to right, so that the first
6831 argument specified to the function is pushed first).
6832
6833 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6834 control to the callee.
6835
6836 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6837 actually necessary, in functions which do not need to access their
6838 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6839 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6840 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6841 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6842 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6843 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6844
6845 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6846 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6847 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6848 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6849 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6850 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6851 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6852
6853 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6854 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6855 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6856
6857 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6858 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6859 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6860 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6861 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6862 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6863 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6864 places the returned string value at that location. The pointer is
6865 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6866 \c{RETF} instruction.
6867
6868 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6869 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6870 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6871 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6872 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6873 to be removed from the stack as a side effect of the return
6874 instruction.
6875
6876 \b When the caller regains control from the callee, the function
6877 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6878 do nothing further.
6879
6880 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6881 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6882
6883 \c global  myfunc
6884 \c
6885 \c myfunc: push    bp
6886 \c         mov     bp,sp
6887 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6888 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6889 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6890 \c
6891 \c         ; some more code
6892 \c
6893 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6894 \c         pop     bp
6895 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6896
6897 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6898 assembly code, you would do something like this:
6899
6900 \c extern  SomeFunc
6901 \c
6902 \c        ; and then, further down...
6903 \c
6904 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6905 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6906 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6907 \c        call   far SomeFunc
6908
6909 This is equivalent to the Pascal code
6910
6911 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6912 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6913
6914
6915 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6916 Name Restrictions
6917
6918 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6919 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6920 reading and understanding the various information contained in a
6921 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6922 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6923 restrictions:
6924
6925 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6926 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6927
6928 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6929 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6930
6931 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6932 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6933
6934 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6935 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6936
6937
6938 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6939
6940 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6941 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6942 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6943 definition ensures that functions are far (it implies
6944 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6945 generated with an operand.
6946
6947 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6948 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6949 reverse order. For example:
6950
6951 \c %define PASCAL
6952 \c
6953 \c proc    _pascalproc
6954 \c
6955 \c %$j     arg 4
6956 \c %$i     arg
6957 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6958 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6959 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6960 \c         add     ax,[bx]
6961 \c
6962 \c endproc
6963
6964 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6965 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6966 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6967 and the contents of the pointer. The only difference between this
6968 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6969 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6970 reverse order.
6971
6972
6973 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6974
6975 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6976 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6977 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6978 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6979 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6980 shared libraries.
6981
6982 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6983 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6984 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6985 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6986 address space no matter what segment you work relative to, and that
6987 you should ignore all segment registers completely. When writing
6988 flat-model application code, you never need to use a segment
6989 override or modify any segment register, and the code-section
6990 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6991 space as the data-section addresses you access your variables by and
6992 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6993 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6994 offset part.
6995
6996
6997 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6998
6999 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
7000 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
7001 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
7002
7003
7004 \S{32cunder} External Symbol Names
7005
7006 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
7007 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
7008 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
7009 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
7010 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
7011 underscore on their assembly-language names.
7012
7013 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
7014 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
7015 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
7016 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
7017 though, the leading underscore should not be used.
7018
7019 See also \k{opt-pfix}.
7020
7021 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
7022
7023 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
7024 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
7025 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
7026 the function doing the calling and the function which gets called.
7027
7028 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
7029 after another, in reverse order (right to left, so that the first
7030 argument specified to the function is pushed last).
7031
7032 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
7033 control to the callee.
7034
7035 \b The callee receives control, and typically (although this is not
7036 actually necessary, in functions which do not need to access their
7037 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
7038 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
7039 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
7040 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
7041 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
7042 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
7043
7044 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
7045 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
7046 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
7047 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
7048 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
7049 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
7050 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
7051 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
7052 pushing of the parameters in reverse order means that the function
7053 knows where to find its first parameter, which tells it the number
7054 and type of the remaining ones.
7055
7056 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
7057 allocate space on the stack for local variables, which will then be
7058 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
7059
7060 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
7061 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
7062 of the value. Floating-point results are typically returned in
7063 \c{ST0}.
7064
7065 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
7066 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
7067 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
7068
7069 \b When the caller regains control from the callee, the function
7070 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
7071 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
7072 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
7073 called with the wrong number of parameters due to a prototype
7074 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
7075 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
7076 removing.
7077
7078 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
7079 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
7080 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
7081 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
7082 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
7083 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
7084 still pushed in right-to-left order.
7085
7086 Thus, you would define a function in C style in the following way:
7087
7088 \c global  _myfunc
7089 \c
7090 \c _myfunc:
7091 \c         push    ebp
7092 \c         mov     ebp,esp
7093 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
7094 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
7095 \c
7096 \c         ; some more code
7097 \c
7098 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
7099 \c         ret
7100
7101 At the other end of the process, to call a C function from your
7102 assembly code, you would do something like this:
7103
7104 \c extern  _printf
7105 \c
7106 \c         ; and then, further down...
7107 \c
7108 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
7109 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
7110 \c         call    _printf
7111 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
7112 \c
7113 \c         ; then those data items...
7114 \c
7115 \c segment _DATA
7116 \c
7117 \c myint       dd   1234
7118 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
7119
7120 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
7121
7122 \c     int myint = 1234;
7123 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
7124
7125
7126 \S{32cdata} Accessing Data Items
7127
7128 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
7129 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
7130 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
7131 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
7132 accessed from assembler as
7133
7134 \c           extern _i
7135 \c           mov eax,[_i]
7136
7137 And to declare your own integer variable which C programs can access
7138 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
7139 the \c{_DATA} segment, if necessary):
7140
7141 \c           global _j
7142 \c _j        dd 0
7143
7144 To access a C array, you need to know the size of the components of
7145 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
7146 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
7147 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
7148 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
7149 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
7150 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
7151 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
7152 are also 4 bytes long.
7153
7154 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
7155 the base of the structure to the field you are interested in. You
7156 can either do this by converting the C structure definition into a
7157 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
7158 one offset and using just that.
7159
7160 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
7161 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
7162 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
7163 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
7164 Typically, you might find that a structure like
7165
7166 \c struct {
7167 \c     char c;
7168 \c     int i;
7169 \c } foo;
7170
7171 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
7172 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
7173 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
7174 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
7175 out how your own compiler does it.
7176
7177
7178 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
7179
7180 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
7181 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
7182 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
7183 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
7184 the work involved in keeping track of the calling convention.
7185
7186 An example of an assembly function using the macro set is given
7187 here:
7188
7189 \c proc    _proc32
7190 \c
7191 \c %$i     arg
7192 \c %$j     arg
7193 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
7194 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
7195 \c         add     eax,[ebx]
7196 \c
7197 \c endproc
7198
7199 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
7200 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
7201 integer. It returns \c{i + *j}.
7202
7203 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
7204 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
7205 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
7206 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
7207 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
7208 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
7209 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
7210
7211 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
7212 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
7213 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
7214
7215
7216 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
7217 Libraries}
7218
7219 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
7220 because it contains support for \i{position-independent code}
7221 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
7222 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
7223 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
7224
7225 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
7226 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
7227 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
7228 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
7229
7230 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
7231 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
7232 of the running process. The contents of the library's code section
7233 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
7234
7235 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
7236 this:
7237
7238 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
7239
7240 Instead, the linker provides an area of memory called the
7241 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
7242 constant distance from your library's code, so if you can find out
7243 where your library is loaded (which is typically done using a
7244 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
7245 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
7246 linker-generated entries in the GOT.
7247
7248 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
7249 restrictions: since the data section is writable, it has to be
7250 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
7251 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
7252 you can put ordinary types of relocation in the data section without
7253 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
7254
7255
7256 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
7257
7258 Each code module in your shared library should define the GOT as an
7259 external symbol:
7260
7261 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7262 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7263
7264 At the beginning of any function in your shared library which plans
7265 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7266 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7267 in this form:
7268
7269 \c func:   push    ebp
7270 \c         mov     ebp,esp
7271 \c         push    ebx
7272 \c         call    .get_GOT
7273 \c .get_GOT:
7274 \c         pop     ebx
7275 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7276 \c
7277 \c         ; the function body comes here
7278 \c
7279 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7280 \c         mov     esp,ebp
7281 \c         pop     ebp
7282 \c         ret
7283
7284 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7285 second leading underscore.)
7286
7287 The first two lines of this function are simply the standard C
7288 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7289 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7290 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7291 libraries use this register to store the address of the GOT.
7292
7293 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7294 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7295 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7296 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7297 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7298 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7299 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7300 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7301 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7302 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7303 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7304 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7305 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7306 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7307 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7308 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7309
7310 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7311 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7312 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7313
7314 \c %macro  get_GOT 0
7315 \c
7316 \c         call    %%getgot
7317 \c   %%getgot:
7318 \c         pop     ebx
7319 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7320 \c
7321 \c %endmacro
7322
7323 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7324
7325 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7326 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7327 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7328 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7329 way this works is like this:
7330
7331 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7332
7333 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7334 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7335 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7336 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7337
7338 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7339 them, they are shared between code modules in the library, but do
7340 not get exported from the library to the program that loaded it.
7341 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7342 can access them in the same way as local variables, using the above
7343 \c{..gotoff} mechanism.
7344
7345 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7346 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7347 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7348
7349
7350 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7351
7352 If your library needs to get at an external variable (external to
7353 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7354 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7355 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7356 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7357 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7358 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7359 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7360 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7361 you would code
7362
7363 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7364
7365 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7366 linker, when it builds the shared library, collects together every
7367 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7368 has every necessary entry present.
7369
7370 Common variables must also be accessed in this way.
7371
7372
7373 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7374
7375 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7376 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7377 you have to give the size of the data item. This is because the
7378 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7379 entries for any exported functions, and also moves exported data
7380 items away from the library's data section in which they were
7381 declared.
7382
7383 So to export a function to users of the library, you must use
7384
7385 \c global  func:function           ; declare it as a function
7386 \c
7387 \c func:   push    ebp
7388 \c
7389 \c         ; etc.
7390
7391 And to export a data item such as an array, you would have to code
7392
7393 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7394 \c
7395 \c array:  resd    128
7396 \c .end:
7397
7398 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7399 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7400 end up living in the data section of the main program, rather than
7401 in your library's data section, where you declared it. So you will
7402 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7403 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7404 effectively, it has become).
7405
7406 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7407 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7408 sort of code:
7409
7410 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7411
7412 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7413 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7414 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7415 pointing at your data section instead of at the exported global
7416 which resides elsewhere.
7417
7418 Instead of the above code, then, you must write
7419
7420 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7421
7422 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7423 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7424 at that address, rather than just relocating by section base.
7425
7426 Either method will work for functions: referring to one of your
7427 functions by means of
7428
7429 \c funcptr:        dd      my_function
7430
7431 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7432
7433 \c funcptr:        dd      my_function wrt ..sym
7434
7435 will give the address of the procedure linkage table for the
7436 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7437 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7438
7439
7440 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7441
7442 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7443 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7444 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7445 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7446 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7447 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7448 in the main program can be transparently passed off to their real
7449 destinations.
7450
7451 To call an external routine, you must use another special PIC
7452 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7453 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7454 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7455 ..plt}.
7456
7457
7458 \S{link} Generating the Library File
7459
7460 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7461 you then generate your shared library with a command such as
7462
7463 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7464 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7465
7466 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7467 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7468 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7469 library file name, with a version number, into the library:
7470
7471 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7472
7473 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7474 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7475
7476
7477 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7478
7479 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7480 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7481 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7482 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7483 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7484 one, or jumps between different-size segments.
7485
7486
7487 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7488
7489 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7490 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7491 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7492 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7493 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7494 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7495 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7496 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7497
7498 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7499 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7500 segment, so just coding, for example,
7501
7502 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7503
7504 will not work, since the offset part of the address will be
7505 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7506 one.
7507
7508 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7509 generate the required instruction by coding it manually, using
7510 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7511 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7512
7513 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7514
7515 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7516 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7517 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7518 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7519 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7520 segment to a 32-bit one.
7521
7522 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7523 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7524
7525 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7526
7527 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7528 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7529 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7530
7531
7532 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7533 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7534
7535 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7536 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7537 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7538 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7539 32-bit segment, or vice versa.
7540
7541 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7542 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7543 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7544 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7545
7546 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7547 the address, since any effective address containing a 32-bit
7548 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7549
7550 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7551 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7552
7553 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7554 instruction and a register) if you already know the precise offset
7555 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7556 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7557 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7558
7559 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7560 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7561
7562 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7563
7564 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7565 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7566 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7567
7568 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7569
7570 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7571 which controls the size of the data stored at the address, with the
7572 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7573 address itself. The two can quite easily be different:
7574
7575 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7576
7577 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7578 offset.
7579
7580 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7581 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7582
7583 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7584
7585 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7586 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7587 offset), and calls that address.
7588
7589
7590 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7591
7592 The other way you might want to access data might be using the
7593 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7594 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7595 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7596 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7597
7598 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7599 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7600 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7601 desired address into \c{ESI} and then code
7602
7603 \c         a32     lodsb
7604
7605 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7606 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7607 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7608 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7609
7610 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7611 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7612 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7613 instructions with implicit addressing:
7614 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7615 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7616 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7617 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7618 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7619 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7620 Also, the
7621 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7622 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7623 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7624 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7625 size from the code segment.
7626
7627 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7628 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7629 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7630 give the value of the segment register being manipulated. To force
7631 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7632 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7633
7634 \c         o16 push    ss
7635 \c         o16 push    ds
7636
7637 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7638 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7639 one.
7640
7641 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7642 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7643
7644
7645 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7646
7647 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7648 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7649 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7650 write position-independent code for shared libraries.
7651
7652 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7653 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7654 registers, which still add their bases.
7655
7656 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7657 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7658 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7659 probably desirable to make that the default, using the directive
7660 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7661
7662 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7663 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7664 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7665 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7666 Please see the ABI documentation for your platform.
7667
7668 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7669 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7670 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7671 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7672
7673 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7674 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7675 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7676 set to zero.
7677
7678 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7679
7680 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7681 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respectively:
7682
7683 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7684 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7685 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7686 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7687
7688 This is consistent with the AMD documentation and most other
7689 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7690 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7691 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7692 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7693 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7694 can be used for this purpose.
7695
7696 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7697
7698 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7699 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7700 immediates to 32 bits.
7701
7702 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7703
7704 \c      MOV reg64,imm64
7705
7706 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7707 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7708 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7709 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7710 immediate as \c{DWORD}:
7711
7712 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7713 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7714 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7715 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7716
7717 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7718
7719 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7720 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7721 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7722 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7723 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7724 displacement size as \c{QWORD}:
7725
7726 \c      default abs
7727 \c
7728 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7729 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7730 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7731 \c
7732 \c      default rel
7733 \c
7734 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7735 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7736 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7737 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7738
7739 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7740 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7741
7742 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7743
7744 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7745
7746 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7747
7748 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7749 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7750
7751 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7752 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7753 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7754 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7755 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7756
7757 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7758
7759 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7760 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7761 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7762 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7763
7764 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7765
7766 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7767
7768 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7769
7770 \c      void foo(long a, double b, int c)
7771
7772 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7773
7774 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7775
7776 The Win64 ABI is described at:
7777
7778 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7779
7780 What follows is a simplified summary.
7781
7782 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7783 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7784 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7785 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7786 use by the function without saving.
7787
7788 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7789
7790 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7791 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7792 return is \c{XMM0} only.
7793
7794 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7795
7796 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7797
7798 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7799
7800 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7801
7802 \C{trouble} Troubleshooting
7803
7804 This chapter describes some of the common problems that users have
7805 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7806 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7807 that isn't listed here.
7808
7809
7810 \H{problems} Common Problems
7811
7812 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7813
7814 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7815 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7816 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7817 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7818 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7819 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7820 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7821 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7822 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7823
7824
7825 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7826
7827 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7828 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7829 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7830 longer.
7831
7832 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7833 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7834 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7835 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7836 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7837 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7838 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7839 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7840 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7841 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7842 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7843 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7844
7845
7846 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7847
7848 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7849 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7850 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7851 sector, people who are used to MASM tend to code
7852
7853 \c         ORG 0
7854 \c
7855 \c         ; some boot sector code
7856 \c
7857 \c         ORG 510
7858 \c         DW 0xAA55
7859
7860 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7861 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7862 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7863
7864 \c         ORG 0
7865 \c
7866 \c         ; some boot sector code
7867 \c
7868 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7869 \c         DW 0xAA55
7870
7871 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7872 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7873 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7874 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7875 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7876 find out what's wrong with it.
7877
7878
7879 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7880
7881 The other common problem with the above code is people who write the
7882 \c{TIMES} line as
7883
7884 \c         TIMES 510-$ DB 0
7885
7886 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7887 the difference between them is also a pure number and can happily be
7888 fed to \c{TIMES}.
7889
7890 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7891 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7892 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7893 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7894 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7895 information back to the expression evaluator. So from the
7896 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7897 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7898 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7899 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7900
7901 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7902 line in the form
7903
7904 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7905
7906 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7907 and so their difference is a pure number. This will solve the
7908 problem and generate sensible code.
7909
7910
7911 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7912
7913 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7914 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7915 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7916 \i\c{bugtracker} at
7917 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7918 (click on "Bug Tracker"), or if that fails then through one of the
7919 contacts in \k{contact}.
7920
7921 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7922 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7923 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7924 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7925 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7926 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7927 there.
7928
7929 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7930 information:
7931
7932 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7933 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7934
7935 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7936 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7937 you were using the standard distribution binaries out of the
7938 archive. If you were using a locally built executable, try to
7939 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7940 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7941 it.
7942
7943 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7944 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7945 \c{NASMENV} environment variable if any.
7946
7947 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7948 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7949 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7950 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7951 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7952 compiler, what version, and what command line or options you used.
7953 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7954 with the command-line version of the compiler.)
7955
7956 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7957 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7958 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7959 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7960 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7961 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7962 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7963 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7964 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7965 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7966 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7967 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7968 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7969
7970 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7971 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7972 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7973 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7974 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7975 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7976 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7977 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7978 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7979 should be 77 instead'.
7980
7981 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7982 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7983 generates the same file, or whether the problem is related to
7984 portability issues between our development platforms and yours. We
7985 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7986 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7987 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7988 for us.
7989
7990 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7991 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7992 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7993 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7994 differently from us.
7995
7996
7997 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7998
7999                   The Netwide Disassembler, NDISASM
8000
8001 \H{ndisintro} Introduction
8002
8003
8004 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
8005 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
8006 complete with a full instruction table, and not make as much use of
8007 it as possible, so here's a disassembler which shares the
8008 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
8009
8010 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
8011 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
8012 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
8013 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
8014 disassembles.
8015
8016
8017 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
8018
8019 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
8020 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
8021 are on a Unix system.
8022
8023
8024 \H{ndisrun} Running NDISASM
8025
8026 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
8027
8028 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
8029
8030 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
8031 provided of course that you remember to specify which it is to work
8032 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
8033 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
8034
8035 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
8036 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
8037 summary of command line options.
8038
8039
8040 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
8041
8042 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
8043 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
8044 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
8045 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
8046 this.
8047
8048 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
8049 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
8050 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
8051 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
8052 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
8053
8054 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
8055
8056 \c        ndisasm -o100h filename.com
8057
8058 will do the trick.
8059
8060
8061 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
8062
8063 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
8064 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
8065 will faithfully plough through the data section, producing machine
8066 instructions wherever it can (although most of them will look
8067 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
8068 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
8069 Then it will reach the code section.
8070
8071 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
8072 instruction from part of the data section, and its file position is
8073 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
8074 entirely possible that another spurious instruction will get
8075 generated, starting with the final byte of the data section, and
8076 then the correct first instruction in the code section will not be
8077 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
8078 ideal.
8079
8080 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
8081 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
8082 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
8083 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
8084 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
8085 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
8086 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
8087 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
8088 the instructions in your code section.
8089
8090 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
8091 in terms of the program origin, not the file position. So if you
8092 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
8093 do
8094
8095 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
8096
8097 rather than
8098
8099 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
8100
8101 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
8102 to, just by repeating the \c{-s} option.
8103
8104
8105 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
8106 \I\c{auto-sync}
8107
8108 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
8109 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
8110 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
8111 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
8112 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
8113 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
8114 needed.
8115
8116 On the other hand, why should you have to specify the sync point
8117 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
8118 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
8119 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
8120
8121 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
8122 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
8123 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
8124 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
8125 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
8126 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
8127 processed, there isn't much it can do about it...)
8128
8129 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
8130 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
8131 the register contains) or involves a segment address (in which case
8132 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
8133 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
8134
8135 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
8136 points in all the right places, and save you from having to place
8137 any sync points manually. However, it should be stressed that
8138 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
8139 you may still have to place some manually.
8140
8141 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
8142 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
8143 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
8144 options.
8145
8146 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
8147 fluke, something in your data section should disassemble to a
8148 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
8149 sync point in a totally random place, for example in the middle of
8150 one of the instructions in your code section. So you may end up with
8151 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
8152 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
8153 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
8154 suppress disassembly of the data area.
8155
8156
8157 \S{ndisother} Other Options
8158
8159 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
8160 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
8161 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
8162 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
8163
8164 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
8165 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
8166 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
8167 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
8168 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
8169 anyway.
8170
8171
8172 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
8173
8174 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
8175 possible, should be sent to
8176 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
8177 developer's site at
8178 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
8179 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
8180 new features as well.
8181
8182 \A{inslist} \i{Instruction List}
8183
8184 \H{inslistintro} Introduction
8185
8186 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
8187 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
8188 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
8189  when appropriate, one or more usage flags.
8190
8191 \& inslist.src
8192
8193 \A{changelog} \i{NASM Version History}
8194
8195 \& changes.src
8196