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