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