doc: fix capitalization
[platform/upstream/nasm.git] / doc / nasmdoc.src
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#   
3 \#   Copyright 1996-2009 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}{1996-2009}
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 "COPYING" distributed in the NASM archive.}
42 \M{auxinfo}{This release is dedicated to the memory of Charles A. Crayne.  We miss you, Chuck.}
43 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
44 \M{infoname}{NASM}
45 \M{infofile}{nasm}
46 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
47 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
48 \IR{-D} \c{-D} option
49 \IR{-E} \c{-E} option
50 \IR{-F} \c{-F} option
51 \IR{-I} \c{-I} option
52 \IR{-M} \c{-M} option
53 \IR{-MD} \c{-MD} option
54 \IR{-MF} \c{-MF} option
55 \IR{-MG} \c{-MG} option
56 \IR{-MP} \c{-MP} option
57 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
58 \IR{-MT} \c{-MT} option
59 \IR{-O} \c{-O} option
60 \IR{-P} \c{-P} option
61 \IR{-U} \c{-U} option
62 \IR{-X} \c{-X} option
63 \IR{-a} \c{-a} option
64 \IR{-d} \c{-d} option
65 \IR{-e} \c{-e} option
66 \IR{-f} \c{-f} option
67 \IR{-g} \c{-g} option
68 \IR{-i} \c{-i} option
69 \IR{-l} \c{-l} option
70 \IR{-o} \c{-o} option
71 \IR{-p} \c{-p} option
72 \IR{-s} \c{-s} option
73 \IR{-u} \c{-u} option
74 \IR{-v} \c{-v} option
75 \IR{-W} \c{-W} option
76 \IR{-w} \c{-w} option
77 \IR{-y} \c{-y} option
78 \IR{-Z} \c{-Z} option
79 \IR{!=} \c{!=} operator
80 \IR{$, here} \c{$}, Here token
81 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
82 \IR{$$} \c{$$} token
83 \IR{%} \c{%} operator
84 \IR{%%} \c{%%} operator
85 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
86 \IA{%-1}{%+1}
87 \IR{%0} \c{%0} parameter count
88 \IR{&} \c{&} operator
89 \IR{&&} \c{&&} operator
90 \IR{*} \c{*} operator
91 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
92 \IR{/} \c{/} operator
93 \IR{//} \c{//} operator
94 \IR{<} \c{<} operator
95 \IR{<<} \c{<<} operator
96 \IR{<=} \c{<=} operator
97 \IR{<>} \c{<>} operator
98 \IR{=} \c{=} operator
99 \IR{==} \c{==} operator
100 \IR{>} \c{>} operator
101 \IR{>=} \c{>=} operator
102 \IR{>>} \c{>>} operator
103 \IR{?} \c{?} MASM syntax
104 \IR{^} \c{^} operator
105 \IR{^^} \c{^^} operator
106 \IR{|} \c{|} operator
107 \IR{||} \c{||} operator
108 \IR{~} \c{~} operator
109 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
110 \IA{%$$}{%$}
111 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
112 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
113 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
114 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
115 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
116 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
117 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
118 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
119 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
120 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
121 variables
122 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
123 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
124 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
125 \IR{autoconf} Autoconf
126 \IR{bin} bin
127 \IR{bitwise and} bitwise AND
128 \IR{bitwise or} bitwise OR
129 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
130 \IR{block ifs} block IFs
131 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
132 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
133 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
134 \IR{bsd} BSD
135 \IR{c calling convention} C calling convention
136 \IR{c symbol names} C symbol names
137 \IA{critical expressions}{critical expression}
138 \IA{command line}{command-line}
139 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
140 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
141 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
142 \IA{character constants}{character constant}
143 \IR{common object file format} Common Object File Format
144 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
145 in \c{elf}
146 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
147 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
148 \IR{declaring structure} declaring structures
149 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
150 \IR{devpac} DevPac
151 \IR{djgpp} DJGPP
152 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
153 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
154 \IR{dos} DOS
155 \IR{dos archive} DOS archive
156 \IR{dos source archive} DOS source archive
157 \IA{effective address}{effective addresses}
158 \IA{effective-address}{effective addresses}
159 \IR{elf} ELF
160 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
161 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
162 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
163 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
164 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
165 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
166 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
167 \IR{freebsd} FreeBSD
168 \IR{freelink} FreeLink
169 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
170 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
171 convention
172 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
173 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
174 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
175 \IR{got} GOT
176 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
177 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
178 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
179 \IR{intel number formats} Intel number formats
180 \IR{linux, elf} Linux, ELF
181 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
182 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
183 \IR{logical and} logical AND
184 \IR{logical or} logical OR
185 \IR{logical xor} logical XOR
186 \IR{masm} MASM
187 \IA{memory reference}{memory references}
188 \IR{minix} Minix
189 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
190 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
191 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
192 \IR{mmx registers} MMX registers
193 \IA{modr/m}{modr/m byte}
194 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
195 \IR{ms-dos} MS-DOS
196 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
197 \IR{multipush} \c{multipush} macro
198 \IR{nan} NaN
199 \IR{nasm version} NASM version
200 \IR{netbsd} NetBSD
201 \IR{omf} OMF
202 \IR{openbsd} OpenBSD
203 \IR{operating system} operating system
204 \IR{os/2} OS/2
205 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
206 \IR{passes} passes, assembly
207 \IR{perl} Perl
208 \IR{pic} PIC
209 \IR{pharlap} PharLap
210 \IR{plt} PLT
211 \IR{plt} \c{PLT} relocations
212 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
213 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
214 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
215 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
216 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
217 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
218 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
219 Object File Format
220 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
221 \IA{repeating}{repeating code}
222 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
223 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
224 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
225 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
226 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
227 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
228 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
229 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
230 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
231 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
232 \IR{shift command} \c{shift} command
233 \IA{sib}{sib byte}
234 \IR{sib byte} SIB byte
235 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
236 \IR{solaris x86} Solaris x86
237 \IA{standard section names}{standardized section names}
238 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
239 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
240 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
241 \IR{tlink} \c{TLINK}
242 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
243 \IR{unicode} Unicode
244 \IR{unix} Unix
245 \IR{utf-8} UTF-8
246 \IR{utf-16} UTF-16
247 \IR{utf-32} UTF-32
248 \IA{sco unix}{unix, sco}
249 \IR{unix, sco} Unix, SCO
250 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
251 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
252 \IA{unix system v}{unix, system v}
253 \IR{unix, system v} Unix, System V
254 \IR{unixware} UnixWare
255 \IR{val} VAL
256 \IR{version number of nasm} version number of NASM
257 \IR{visual c++} Visual C++
258 \IR{www page} WWW page
259 \IR{win32} Win32
260 \IR{win32} Win64
261 \IR{windows} Windows
262 \IR{windows 95} Windows 95
263 \IR{windows nt} Windows NT
264 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
265 \# \IC{program entry point}{start point, program}
266 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
267 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
268 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
269
270
271 \C{intro} Introduction
272
273 \H{whatsnasm} What Is NASM?
274
275 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
276 for portability and modularity. It supports a range of object file
277 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
278 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
279 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
280 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
281 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
282 strong support for macros.
283
284
285 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
286
287 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
288 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
289 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
290 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
291
292 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
293 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
294
295 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
296 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
297 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
298 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
299 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
300 it (properly.)
301
302 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
303 doesn't seem to have much (or any) documentation.
304
305 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
306 DOS.
307
308 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
309 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
310 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
311 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
312 It's expensive too. And it's DOS-only.
313
314 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
315 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
316 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
317 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
318 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
319 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
320 Again.
321
322
323 \S{legal} License Conditions
324
325 Please see the file \c{COPYING}, supplied as part of any NASM
326 distribution archive, for the \i{license} conditions under which you
327 may use NASM.  NASM is now under the so-called GNU Lesser General
328 Public License, LGPL.
329
330
331 \H{contact} Contact Information
332
333 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
334 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
335 (see below for the link).
336 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
337
338 NASM has a \i{WWW page} at
339 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}. If it's
340 not there, google for us!
341
342
343 The original authors are \i{e\-mail}able as
344 \W{mailto:jules@dsf.org.uk}\c{jules@dsf.org.uk} and
345 \W{mailto:anakin@pobox.com}\c{anakin@pobox.com}.
346 The latter is no longer involved in the development team.
347
348 \i{New releases} of NASM are uploaded to the official sites
349 \W{http://nasm.sourceforge.net}\c{http://nasm.sourceforge.net}
350 and to
351 \W{ftp://ftp.kernel.org/pub/software/devel/nasm/}\i\c{ftp.kernel.org}
352 and
353 \W{ftp://ibiblio.org/pub/Linux/devel/lang/assemblers/}\i\c{ibiblio.org}.
354
355 Announcements are posted to
356 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
357 \W{news:alt.lang.asm}\i\c{alt.lang.asm} and
358 \W{news:comp.os.linux.announce}\i\c{comp.os.linux.announce}
359
360 If you want information about NASM beta releases, and the current
361 development status, please subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list
362 by registering at
363 \W{http://sourceforge.net/projects/nasm}\c{http://sourceforge.net/projects/nasm}.
364
365
366 \H{install} Installation
367
368 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
369
370 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
371 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
372 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
373 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
374
375 The archive will contain a set of executable files: the NASM
376 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
377 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
378 RDOFF file format.
379
380 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
381 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
382 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
383 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
384 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
385 under other versions of Windows as well.)
386
387 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
388 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
389 so you can delete it if you need to save space; however, you may
390 want to keep the documentation or test programs.
391
392 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
393 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
394 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
395 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
396 the source archive.
397
398 Note that a number of files are generated from other files by Perl
399 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
400 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
401 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
402 documentation. It is possible future source distributions may not
403 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
404 platforms, including DOS and Windows, are available from
405 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
406
407
408 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
409
410 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
411 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
412 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
413 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
414 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
415
416 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
417 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
418 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
419 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
420 accordingly.
421
422 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
423 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
424 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
425 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
426 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
427 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
428 install the programs yourself.
429
430 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
431 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
432 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
433 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
434
435
436 \C{running} Running NASM
437
438 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
439
440 To assemble a file, you issue a command of the form
441
442 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
443
444 For example,
445
446 \c nasm -f elf myfile.asm
447
448 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
449
450 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
451
452 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
453
454 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
455 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
456 to give a listing file name, for example:
457
458 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
459
460 To get further usage instructions from NASM, try typing
461
462 \c nasm -h
463
464 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
465 are.
466
467 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
468 or \c{ELF}, type
469
470 \c file nasm
471
472 (in the directory in which you put the NASM binary when you
473 installed it). If it says something like
474
475 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
476
477 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
478 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
479
480 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
481
482 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
483 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
484 and are rare these days.)
485
486 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
487 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
488 messages.
489
490
491 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
492
493 NASM will normally choose the name of your output file for you;
494 precisely how it does this is dependent on the object file format.
495 For Microsoft object file formats (\i\c{obj} and \i\c{win32}), it
496 will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
497 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
498 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\i\c{aout},
499 \i\c{coff}, \i\c{elf}, \i\c{macho} and \i\c{as86}) it will substitute \c{.o}. For
500 \i\c{rdf}, it will use \c{.rdf}, and for the \i\c{bin} format it
501 will simply remove the extension, so that \c{myfile.asm} produces
502 the output file \c{myfile}.
503
504 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
505 has the same name as the input file, in which case it will give a
506 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
507
508 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
509 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
510 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
511 with the name you wish for the output file, either with or without
512 an intervening space. For example:
513
514 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
515 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
516
517 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
518 is used to specify the number of optimisation passes required. See \k{opt-O}.
519
520
521 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
522
523 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
524 output file format for you itself. In the distribution versions of
525 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
526 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
527 choose what you want the default to be.
528
529 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
530 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
531
532 A complete list of the available output file formats can be given by
533 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
534
535
536 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
537
538 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
539 optional space) by a file name, NASM will generate a
540 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
541 code are listed on the left, and the actual source code, with
542 expansions of multi-line macros (except those which specifically
543 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
544 right. For example:
545
546 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
547
548 If a list file is selected, you may turn off listing for a
549 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
550 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
551 form" (without the brackets). This can be used to list only
552 sections of interest, avoiding excessively long listings.
553
554
555 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
556
557 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
558 This can be redirected to a file for further processing. For example:
559
560 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
561
562
563 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
564
565 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
566 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
567 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
568 dependency list without a prefix.
569
570
571 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
572
573 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
574 output to a file, rather than to stdout.  For example:
575
576 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
577
578
579 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
580
581 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
582 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
583 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
584 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
585 updated dependencies with every assembly session.  For example:
586
587 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
588
589
590 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
591
592 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
593 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
594 specified by the \c{-o} option.
595
596
597 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
598
599 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
600 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
601 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
602 quotable in Make.
603
604
605 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
606
607 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
608 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
609 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
610 file has been removed.
611
612
613 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
614
615 This option is used to select the format of the debug information
616 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
617 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
618 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
619 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
620 if \c{-F} is specified.
621
622 A complete list of the available debug file formats for an output
623 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
624 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
625
626 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
627 is not built into NASM by default. For information on how
628 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
629
630
631 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
632
633 This option can be used to generate debugging information in the specified
634 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
635 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
636 If no debug information is currently implemented in the selected output
637 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
638
639
640 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
641
642 This option can be used to select an error reporting format for any
643 error messages that might be produced by NASM.
644
645 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
646 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
647 the default and looks like this:
648
649 \c filename.asm:65: error: specific error message
650
651 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
652 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
653 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
654 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
655 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
656
657 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
658 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
659
660 \c filename.asm(65) : error: specific error message
661
662 where the only difference is that the line number is in parentheses
663 instead of being delimited by colons.
664
665 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
666
667 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
668
669 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
670 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
671 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
672 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
673 example) you want to load them into an editor.
674
675 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
676 which causes errors to be sent to the specified files rather than
677 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
678 the errors into a file by typing
679
680 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
681
682 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
683 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
684 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
685
686 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
687
688 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
689 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
690 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
691 program, you can type:
692
693 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
694
695 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
696
697
698 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
699
700 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
701 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
702 search for the given file not only in the current directory, but also
703 in any directories specified on the command line by the use of the
704 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
705 library}, for example, by typing
706
707 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
708
709 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
710 optional).
711
712 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
713 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
714 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
715 prepended exactly as written to the name of the include file.
716 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
717 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
718
719 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
720 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
721 to search for the file \c{foobar.i}...)
722
723 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
724 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
725 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
726 \k{nasmenv}).
727
728 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
729 be specified as \c{-I}.
730
731
732 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
733
734 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
735 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
736 option. So running
737
738 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
739
740 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
741 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
742
743 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
744 option can also be specified as \c{-P}.
745
746
747 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
748
749 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
750 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
751 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
752 could code
753
754 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
755
756 as an alternative to placing the directive
757
758 \c %define FOO 100
759
760 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
761 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
762 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
763 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
764 \c{-dDEBUG}.
765
766 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
767 be specified as \c{-D}.
768
769
770 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
771
772 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
773 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
774 option specified earlier on the command lines.
775
776 For example, the following command line:
777
778 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
779
780 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
781 program. This is useful to override options specified at a different
782 point in a Makefile.
783
784 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
785 be specified as \c{-U}.
786
787
788 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
789
790 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
791 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
792 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
793 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
794 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
795 if the \c{-o} option is also used).
796
797 This option cannot be applied to programs which require the
798 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
799 which depend on the values of symbols: so code such as
800
801 \c %assign tablesize ($-tablestart)
802
803 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
804
805 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
806 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
807 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
808
809 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
810
811 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
812 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
813 completely and assume the compiler has already done it, to save time
814 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
815 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
816 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
817
818
819 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Multipass Optimization}
820
821 NASM defaults to not optimizing operands which can fit into a signed byte.
822 This means that if you want the shortest possible object code,
823 you have to enable optimization.
824
825 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
826 levels of optimization.  The syntax is:
827
828 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
829         if a short form is not specified, except conditional jumps.
830         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
831
832 \b \c{-O1}: Minimal optimization. As above, but immediate operands
833         which will fit in a signed byte are optimized,
834         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
835         to the long form unless otherwise specified.
836
837 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Multipass optimization.
838         Minimize branch offsets and signed immediate bytes,
839         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
840         has been used (see \k{strict}).  For compatability with earlier
841         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
842         one. This number has no effect on the actual number of passes.
843
844 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses.
845
846 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
847 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
848
849
850 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
851
852 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
853 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
854
855 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
856
857 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
858 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
859 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
860 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
861 Note that you lose the ability to override the default address type for
862 the instruction.
863
864 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
865 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
866 \c{include}, \c{local})
867
868 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
869
870 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
871 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
872 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
873 conditions are reported like errors, but come up with the word
874 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
875 generating an output file and returning a success status to the
876 operating system.
877
878 Some conditions are even less severe than that: they are only
879 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
880 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
881 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
882 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
883 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
884 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
885
886 The \i{suppressible warning} classes are:
887
888 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
889 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
890 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
891 you might want to disable it.
892
893 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
894 warning class is disabled by default.
895
896 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
897 parameters than optional parameters. This warning class
898 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
899
900 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
901 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
902 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
903 see \k{syntax} for more information.
904
905 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
906 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
907
908 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
909 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
910 This warning class is disabled by default.
911
912 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
913 Enabled by default.
914
915 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
916 Disabled by default.
917
918 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
919 Disabled by default.
920
921 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
922 Enabled by default.
923
924 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
925 Enabled by default.
926
927 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
928 default.
929
930 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
931 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
932
933 In addition, you can set warning classes across sections.
934 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
935 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
936 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
937 (without the brackets) exists.
938
939 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
940 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
941 \c{-w-warning}, respectively.
942
943
944 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
945
946 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
947 and the date on which it was compiled.
948
949 You will need the version number if you report a bug.
950
951 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
952
953 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
954 debug info formats for the given output format. The default format
955 is indicated by an asterisk. For example:
956
957 \c nasm -f elf -y
958
959 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
960 \c   ('*' denotes default):
961 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
962 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
963
964
965 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
966
967 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
968 (respectively) the given argument to all \c{global} or
969 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
970 underscore to all global and external variables, as C sometimes
971 (but not always) likes it.
972
973
974 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
975
976 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
977 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
978 processed before the real command line. You can use this to define
979 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
980 options in the \c{NASMENV} variable.
981
982 The value of the variable is split up at white space, so that the
983 value \c{-s -ic:\\nasmlib} will be treated as two separate options.
984 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
985 what you might want, because it will be split at the space and the
986 NASM command-line processing will get confused by the two
987 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
988
989 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
990 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
991 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
992 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
993 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib} is equivalent to setting it to \c{-s
994 -ic:\\nasmlib}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
995
996 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
997 changed with version 0.98.31.
998
999
1000 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1001
1002 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1003 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1004 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1005 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1006 skipping this section.
1007
1008
1009 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1010
1011 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1012 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1013 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1014 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1015 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1016 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1017 will distinguish between labels differing only in case.
1018
1019
1020 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1021
1022 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1023 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1024 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1025 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1026 if you declare, for example,
1027
1028 \c foo     equ     1
1029 \c bar     dw      2
1030
1031 then the two lines of code
1032
1033 \c         mov     ax,foo
1034 \c         mov     ax,bar
1035
1036 generate completely different opcodes, despite having
1037 identical-looking syntaxes.
1038
1039 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1040 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1041 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1042 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1043 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1044 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1045 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1046 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1047
1048 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1049 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1050 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1051 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1052 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1053 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1054
1055 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1056 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1057 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1058 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1059 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1060 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1061 \e{everything} is a label.
1062
1063 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1064 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1065 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1066 portion outside square brackets and another portion inside. The
1067 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1068 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1069
1070
1071 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1072
1073 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1074 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1075 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1076 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1077 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1078 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1079 \c{mov word [var],2}.
1080
1081 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1082 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1083 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1084 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1085 the strings being manipulated.
1086
1087
1088 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1089
1090 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1091 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1092 choose to put in your segment registers, and will never
1093 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1094
1095
1096 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1097
1098 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1099 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1100 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1101 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1102 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1103 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1104 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1105 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1106 track of which external variable definitions are far and which are
1107 near.
1108
1109
1110 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1111
1112 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1113 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1114 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1115 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1116
1117 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1118 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1119 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1120 on a misunderstanding by the authors.
1121
1122
1123 \S{qsother} Other Differences
1124
1125 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1126 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1127
1128 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1129 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1130 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1131 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1132 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1133 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1134 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1135
1136 In addition to all of this, macros and directives work completely
1137 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1138 details.
1139
1140
1141 \C{lang} The NASM Language
1142
1143 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1144
1145 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1146 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1147 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1148
1149 \c label:    instruction operands        ; comment
1150
1151 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1152 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1153 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1154 presence and nature of the instruction field.
1155
1156 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1157 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1158 backslash-ended line.
1159
1160 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1161 have white space before them, or instructions may have no space
1162 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1163 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1164 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1165 valid source line which does nothing but define a label. Running
1166 NASM with the command-line option
1167 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1168 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1169
1170 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1171 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1172 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1173 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1174 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1175 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1176 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1177 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1178 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1179 an identifier is 4095 characters.
1180
1181 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1182 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1183 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1184 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1185 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1186 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1187 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1188 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1189 override}segment register as an instruction prefix: coding
1190 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1191 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1192 syntactic features of the language, but for instructions such as
1193 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1194 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1195 \c{es lodsb}.
1196
1197 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1198 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1199 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1200
1201 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1202 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1203
1204 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1205 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1206 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1207 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1208 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1209 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1210
1211 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1212 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1213 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1214 \# Details of
1215 \# all forms of each supported instruction are given in
1216 \# \k{iref}.
1217 For example, you can code:
1218
1219 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1220 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1221 \c
1222 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1223 \c         fadd    to st1          ; so does this
1224
1225 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1226 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1227 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1228
1229
1230 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1231
1232 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1233 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1234 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1235 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1236 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1237 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1238 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1239 prefix.
1240
1241
1242 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1243
1244 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1245 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1246 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1247 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1248
1249 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1250 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1251 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1252 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1253 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1254 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1255 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1256 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1257 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1258 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1259 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1260 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1261 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1262
1263 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1264
1265
1266 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1267
1268 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1269 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1270 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1271 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1272 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1273 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1274 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1275 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1276 expression}: see \k{crit}.
1277
1278 For example:
1279
1280 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1281 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1282 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1283 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1284
1285 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1286
1287 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1288 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1289 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1290 directly into a game executable file. It can be called in one of
1291 these three ways:
1292
1293 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1294 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1295 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1296 \c                                    ; actually include at most 512
1297
1298 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1299 macro version searches for the file in the include file search path
1300 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1301 overridden if desired.
1302
1303
1304 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1305
1306 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1307 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1308 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1309 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1310 example,
1311
1312 \c message         db      'hello, world'
1313 \c msglen          equ     $-message
1314
1315 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1316 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1317 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1318 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1319 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1320 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1321
1322
1323 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1324
1325 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1326 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1327 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1328 code
1329
1330 \c zerobuf:        times 64 db 0
1331
1332 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1333 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1334 \e{expression}, so you can do things like
1335
1336 \c buffer: db      'hello, world'
1337 \c         times 64-$+buffer db ' '
1338
1339 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1340 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1341 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1342
1343 \c         times 100 movsb
1344
1345 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1346 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1347 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1348
1349 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1350
1351 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1352 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1353 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1354 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1355 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1356
1357
1358 \H{effaddr} Effective Addresses
1359
1360 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1361 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1362 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1363 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1364 example:
1365
1366 \c wordvar dw      123
1367 \c         mov     ax,[wordvar]
1368 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1369 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1370
1371 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1372 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1373
1374 More complicated effective addresses, such as those involving more
1375 than one register, work in exactly the same way:
1376
1377 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1378 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1379
1380 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1381 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1382 all right:
1383
1384 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1385 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1386
1387 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1388 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1389 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1390 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1391 generate the latter on the grounds that the former requires four
1392 bytes to store a zero offset.
1393
1394 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1395 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1396 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1397 default segment registers.
1398
1399 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1400 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1401 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1402 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1403 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1404 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1405 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1406 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1407 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1408 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1409 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1410
1411 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1412 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1413 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1414 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1415 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1416 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1417 the offset to be lost.
1418
1419 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1420 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1421 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1422 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1423 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1424 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1425
1426 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1427 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1428 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1429 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1430
1431
1432 \H{const} \i{Constants}
1433
1434 NASM understands four different types of constant: numeric,
1435 character, string and floating-point.
1436
1437
1438 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1439
1440 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1441 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1442 suffix \c{H} or \c{X}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} for \i{hexadecimal},
1443 \i{octal} and \i{binary} respectively, or you can prefix \c{0x} for
1444 hexadecimal in the style of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal
1445 in the style of Borland Pascal. Note, though, that the \I{$,
1446 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1447 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1448 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1449 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0o} or
1450 \c{0q} for octal, and \c{0b} for binary.  Please note that unlike C, a
1451 \c{0} prefix by itself does \e{not} imply an octal constant!
1452
1453 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1454 up long strings.
1455
1456 Some examples (all producing exactly the same code):
1457
1458 \c         mov     ax,200          ; decimal
1459 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1460 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1461 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1462 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1463 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1464 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1465 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1466 \c         mov     ax,310q         ; octal
1467 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1468 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1469 \c         mov     ax,0q310        ; hex yet again
1470 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1471 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1472 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1473
1474 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1475
1476 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1477 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1478 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1479 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1480 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1481 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1482 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1483
1484
1485 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1486
1487 \c       \'          single quote (')
1488 \c       \"          double quote (")
1489 \c       \`          backquote (`)
1490 \c       \\\          backslash (\)
1491 \c       \?          question mark (?)
1492 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1493 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1494 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1495 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1496 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1497 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1498 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1499 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1500 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1501 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1502 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1503 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1504
1505 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1506 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1507 sequence.
1508
1509 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1510 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1511
1512 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1513 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1514 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1515
1516
1517 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1518
1519 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1520 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1521
1522 A character constant with more than one byte will be arranged
1523 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1524
1525 \c           mov eax,'abcd'
1526
1527 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1528 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1529 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1530 the sense of character constants understood by the Pentium's
1531 \i\c{CPUID} instruction.
1532
1533
1534 \S{strconst} \i{String Constants}
1535
1536 String constants are character strings used in the context of some
1537 pseudo-instructions, namely the
1538 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1539 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1540 certain preprocessor directives.
1541
1542 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1543 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1544 for the conditions. So the following are equivalent:
1545
1546 \c       db    'hello'               ; string constant
1547 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1548
1549 And the following are also equivalent:
1550
1551 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1552 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1553 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1554
1555 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1556 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1557 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1558 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1559 or four-character constants are treated as strings when they are
1560 operands to \c{DW}, and so forth.
1561
1562 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1563
1564 The special operators \i\c{__utf16__} and \i\c{__utf32__} allows
1565 definition of Unicode strings.  They take a string in UTF-8 format and
1566 converts it to (littleendian) UTF-16 or UTF-32, respectively.
1567
1568 For example:
1569
1570 \c %define u(x) __utf16__(x)
1571 \c %define w(x) __utf32__(x)
1572 \c
1573 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1574 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1575
1576 \c{__utf16__} and \c{__utf32__} can be applied either to strings
1577 passed to the \c{DB} family instructions, or to character constants in
1578 an expression context.
1579
1580 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1581
1582 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1583 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1584 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1585 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1586 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1587 \i\c{__float128h__}.
1588
1589 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1590 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1591 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1592 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1593 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.  NASM also
1594 support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x}, hexadecimal
1595 digits, period, optionally more hexadeximal digits, then optionally a
1596 \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent in decimal
1597 notation.
1598
1599 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1600 floating-point constants as well.
1601
1602 Some examples:
1603
1604 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1605 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1606 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1607 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1608 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1609 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1610 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1611 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1612 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1613 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1614 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1615
1616 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1617 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1618 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1619 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1620 called a "\i{minifloat}."
1621
1622 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1623 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1624 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1625 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1626 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1627 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1628 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1629 floating-point number, respectively.
1630
1631 For example:
1632
1633 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1634
1635 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1636 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1637
1638 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1639
1640 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1641 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1642 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1643 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1644 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1645 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1646 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1647 of floating-point routines, which would significantly increase the
1648 size of the assembler for very little benefit.
1649
1650 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1651 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1652 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1653 respectively.  These are normally used as macros:
1654
1655 \c %define Inf __Infinity__
1656 \c %define NaN __QNaN__
1657 \c
1658 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1659
1660 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1661
1662 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1663 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1664 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1665
1666 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1667 digits.
1668
1669 For example:
1670
1671 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1672 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1673 \c       dt +0p33
1674 \c       dt 33p
1675
1676
1677 \H{expr} \i{Expressions}
1678
1679 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1680 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1681 appropriate size.
1682
1683 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1684 calculations to involve the current assembly position: the
1685 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1686 position at the beginning of the line containing the expression; so
1687 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1688 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1689 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1690
1691 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1692 increasing order of \i{precedence}.
1693
1694
1695 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1696
1697 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1698 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1699 arithmetic operator supported by NASM.
1700
1701
1702 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1703
1704 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1705
1706
1707 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1708
1709 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1710
1711
1712 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1713
1714 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1715 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1716 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1717 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1718 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1719
1720
1721 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1722 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1723
1724 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1725 subtraction.
1726
1727
1728 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1729 \i{Multiplication} and \i{Division}
1730
1731 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1732 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1733 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1734 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1735 \i{signed modulo} operators respectively.
1736
1737 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1738 operation of the signed modulo operator.
1739
1740 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1741 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1742 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1743
1744
1745 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1746 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1747
1748 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1749 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1750 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1751 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1752 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1753 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1754
1755
1756 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1757
1758 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1759 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1760 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1761 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1762
1763 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1764 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1765 the symbol makes sense. So the code
1766
1767 \c         mov     ax,seg symbol
1768 \c         mov     es,ax
1769 \c         mov     bx,symbol
1770
1771 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1772
1773 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1774 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1775 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1776 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1777 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1778
1779 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1780 \c         mov     es,ax
1781 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1782
1783 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1784 pointer to the symbol \c{symbol}.
1785
1786 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1787 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1788 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1789 could code either of
1790
1791 \c         call    (seg procedure):procedure
1792 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1793
1794 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1795 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1796 practice.)
1797
1798 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1799 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1800 to \c{CALL} in these examples.
1801
1802 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1803 must code
1804
1805 \c         dw      symbol, seg symbol
1806
1807 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1808 invent one using the macro processor.
1809
1810
1811 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1812
1813 When assembling with the optimizer set to level 2 or higher (see
1814 \k{opt-O}), NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1815 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1816 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1817 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1818 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1819 in \c{BITS 16} mode,
1820
1821 \c         push dword 33
1822
1823 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1824
1825 \c         push strict dword 33
1826
1827 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1828 21 00 00 00}.
1829
1830 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1831 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1832
1833
1834 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1835
1836 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1837 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1838 called \e{Critical Expressions}.
1839
1840 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1841 code and data, so that the second pass, when generating all the
1842 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1843 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1844 symbol declared after the code in question. For example,
1845
1846 \c         times (label-$) db 0
1847 \c label:  db      'Where am I?'
1848
1849 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1850 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1851 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1852 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1853 code
1854
1855 \c         times (label-$+1) db 0
1856 \c label:  db      'NOW where am I?'
1857
1858 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1859 wrong!
1860
1861 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1862 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1863 value is required to be computable in the first pass, and which must
1864 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1865 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1866
1867 \H{locallab} \i{Local Labels}
1868
1869 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1870 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1871 label, which means that it is associated with the previous non-local
1872 label. So, for example:
1873
1874 \c label1  ; some code
1875 \c
1876 \c .loop
1877 \c         ; some more code
1878 \c
1879 \c         jne     .loop
1880 \c         ret
1881 \c
1882 \c label2  ; some code
1883 \c
1884 \c .loop
1885 \c         ; some more code
1886 \c
1887 \c         jne     .loop
1888 \c         ret
1889
1890 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1891 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1892 are kept separate by virtue of each being associated with the
1893 previous non-local label.
1894
1895 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1896 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1897 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1898 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1899 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1900 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1901 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1902 to, you could write
1903
1904 \c label3  ; some more code
1905 \c         ; and some more
1906 \c
1907 \c         jmp label1.loop
1908
1909 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1910 define a label which can be referenced from anywhere but which
1911 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1912 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1913 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1914 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1915 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1916 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1917 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1918 to the local label mechanism. So you could code
1919
1920 \c label1:                         ; a non-local label
1921 \c .local:                         ; this is really label1.local
1922 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1923 \c label2:                         ; another non-local label
1924 \c .local:                         ; this is really label2.local
1925 \c
1926 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1927
1928 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1929 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1930 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}).
1931
1932
1933 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1934
1935 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1936 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1937 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1938 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1939 sign.
1940
1941 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1942 character into a single line.  Thus:
1943
1944 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1945 \c         THIS_VALUE
1946
1947 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1948 sequence.
1949
1950 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1951
1952 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1953
1954 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1955 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1956 things like
1957
1958 \c %define ctrl    0x1F &
1959 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1960 \c
1961 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
1962
1963 which will expand to
1964
1965 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
1966
1967 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
1968 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
1969 not at definition time. Thus the code
1970
1971 \c %define a(x)    1+b(x)
1972 \c %define b(x)    2*x
1973 \c
1974 \c         mov     ax,a(8)
1975
1976 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
1977 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
1978
1979 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
1980 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
1981 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
1982 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
1983 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
1984 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
1985 \c{bar}.
1986
1987 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
1988 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
1989 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
1990 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
1991 Hence, if you code
1992
1993 \c %define a(x)    1+a(x)
1994 \c
1995 \c         mov     ax,a(3)
1996
1997 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
1998 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
1999 for an example of its use.
2000
2001 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2002 macros: if you write
2003
2004 \c %define foo(x)   1+x
2005 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2006
2007 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2008 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2009 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2010 you define
2011
2012 \c %define foo bar
2013
2014 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2015 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2016 \e{with} parameters, and vice versa.
2017
2018 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2019 perfectly well define a macro with
2020
2021 \c %define foo bar
2022
2023 and then re-define it later in the same source file with
2024
2025 \c %define foo baz
2026
2027 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2028 according to the most recent definition. This is particularly useful
2029 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2030
2031 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2032 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2033
2034
2035 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2036
2037 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2038 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2039 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2040 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2041 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2042
2043 Suppose you have the following code:
2044
2045 \c %define  isTrue  1
2046 \c %define  isFalse isTrue
2047 \c %define  isTrue  0
2048 \c
2049 \c val1:    db      isFalse
2050 \c
2051 \c %define  isTrue  1
2052 \c
2053 \c val2:    db      isFalse
2054
2055 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2056 This is because, when a single-line macro is defined using
2057 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2058 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2059 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2060 time it is 1.
2061
2062 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2063 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2064 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2065
2066 \c %xdefine isTrue  1
2067 \c %xdefine isFalse isTrue
2068 \c %xdefine isTrue  0
2069 \c
2070 \c val1:    db      isFalse
2071 \c
2072 \c %xdefine isTrue  1
2073 \c
2074 \c val2:    db      isFalse
2075
2076 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2077 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2078 the time that \c{isFalse} was defined.
2079
2080
2081 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2082
2083 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2084 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2085 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2086 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2087
2088 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2089
2090 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2091 select between them.  Similarly, the two statements:
2092
2093 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2094 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2095
2096 have, in fact, exactly the same effect.
2097
2098 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2099 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2100
2101
2102 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2103
2104 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2105 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2106 several similar macros that perform similar functions.
2107
2108 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2109 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2110
2111 As an example, consider the following:
2112
2113 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2114
2115 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2116 \c         .COM1addr       RESW    1
2117 \c         .COM2addr       RESW    1
2118 \c         ; ..and so on
2119 \c endstruc
2120
2121 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2122 we can end up with:
2123
2124 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2125 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2126
2127 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2128 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2129
2130 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2131
2132 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2133
2134 Now the above code can be written as:
2135
2136 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2137 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2138
2139 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2140 in turn, reduce typing errors).
2141
2142
2143 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2144
2145 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2146 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2147 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2148 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2149 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2150 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2151
2152 For example:
2153
2154 \c %idefine Foo mov %?,%??
2155 \c
2156 \c         foo
2157 \c         FOO
2158
2159 will expand to:
2160
2161 \c         mov foo,Foo
2162 \c         mov FOO,Foo
2163
2164 The sequence:
2165
2166 \c %idefine keyword $%?
2167
2168 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2169 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2170
2171 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2172
2173
2174 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2175
2176 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2177 example, the following sequence:
2178
2179 \c %define foo bar
2180 \c %undef  foo
2181 \c
2182 \c         mov     eax, foo
2183
2184 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2185 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2186
2187 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2188 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2189 \k{opt-u}.
2190
2191
2192 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2193
2194 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2195 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2196 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2197 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2198
2199 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2200 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2201 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2202 \c{%assign} directive is processed.
2203
2204 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2205 later, so you can do things like
2206
2207 \c %assign i i+1
2208
2209 to increment the numeric value of a macro.
2210
2211 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2212 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2213 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2214
2215 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2216 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2217 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2218 involving a register).
2219
2220
2221 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2222
2223 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2224 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2225 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2226 before definition.
2227
2228 For example:
2229
2230 \c %defstr test TEST
2231
2232 is equivalent to
2233
2234 \c %define test 'TEST'
2235
2236 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2237 \k{getenv}):
2238
2239 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2240
2241
2242 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2243
2244 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2245 supports a few simple string handling macro operators from which
2246 more complex operations can be constructed.
2247
2248 All the string operators define or redefine a value (either a string
2249 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2250 value, it may change the style of quoting of the input string or
2251 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2252
2253 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2254
2255 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2256 a single-line macro.
2257
2258 For example:
2259
2260 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2261
2262 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2263 Similarly:
2264
2265 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2266
2267 ... would assign the value \c{`"foo"\\'bar'`} to \c{beta}.
2268
2269 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2270
2271
2272 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2273
2274 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2275 For example:
2276
2277 \c %strlen charcnt 'my string'
2278
2279 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2280 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2281 was a literal string but it could also have been a single-line
2282 macro that expands to a string, as in the following example:
2283
2284 \c %define sometext 'my string'
2285 \c %strlen charcnt sometext
2286
2287 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2288 assigned the value of 9.
2289
2290
2291 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2292
2293 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2294 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2295 than the description:
2296
2297 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2298 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2299 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2300 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2301 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2302 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2303
2304 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2305 single-line macro to be created and the second is the string. The
2306 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2307 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2308 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2309 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2310 values out of range result in an empty string.  A negative length
2311 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2312 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2313
2314
2315 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2316
2317 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2318 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2319 this.
2320
2321 \c %macro  prologue 1
2322 \c
2323 \c         push    ebp
2324 \c         mov     ebp,esp
2325 \c         sub     esp,%1
2326 \c
2327 \c %endmacro
2328
2329 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2330 invoke the macro with a call such as
2331
2332 \c myfunc:   prologue 12
2333
2334 which would expand to the three lines of code
2335
2336 \c myfunc: push    ebp
2337 \c         mov     ebp,esp
2338 \c         sub     esp,12
2339
2340 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2341 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2342 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2343 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2344 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2345 \c{%3} and so on.
2346
2347 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2348 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2349
2350 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2351 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2352 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2353 things like
2354
2355 \c %macro  silly 2
2356 \c
2357 \c     %2: db      %1
2358 \c
2359 \c %endmacro
2360 \c
2361 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2362 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2363 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2364
2365
2366 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2367
2368 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2369 defining the same macro name several times with different numbers of
2370 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2371 parameters at all. So you could define
2372
2373 \c %macro  prologue 0
2374 \c
2375 \c         push    ebp
2376 \c         mov     ebp,esp
2377 \c
2378 \c %endmacro
2379
2380 to define an alternative form of the function prologue which
2381 allocates no local stack space.
2382
2383 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2384 instruction; for example, you might want to define
2385
2386 \c %macro  push 2
2387 \c
2388 \c         push    %1
2389 \c         push    %2
2390 \c
2391 \c %endmacro
2392
2393 so that you could code
2394
2395 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2396 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2397
2398 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2399 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2400 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2401 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2402 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2403 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2404
2405
2406 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2407
2408 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2409 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2410 calling the same macro multiple times will use a different label
2411 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2412 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2413 flag is set by doing this:
2414
2415 \c %macro  retz 0
2416 \c
2417 \c         jnz     %%skip
2418 \c         ret
2419 \c     %%skip:
2420 \c
2421 \c %endmacro
2422
2423 You can call this macro as many times as you want, and every time
2424 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2425 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2426 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2427 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2428 interfering with the local label mechanism, as described in
2429 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2430 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2431 they interfere with macro-local labels.
2432
2433
2434 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2435
2436 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2437 command line into one parameter definition, possibly after
2438 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2439 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2440 you might want to be able to write
2441
2442 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2443
2444 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2445 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2446 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2447 the last defined one along with the separating commas. So if you
2448 code:
2449
2450 \c %macro  writefile 2+
2451 \c
2452 \c         jmp     %%endstr
2453 \c   %%str:        db      %2
2454 \c   %%endstr:
2455 \c         mov     dx,%%str
2456 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2457 \c         mov     bx,%1
2458 \c         mov     ah,0x40
2459 \c         int     0x21
2460 \c
2461 \c %endmacro
2462
2463 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2464 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2465 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2466 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2467 \c{db}.
2468
2469 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2470 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2471 \c{%macro} line.
2472
2473 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2474 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2475 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2476 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2477 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2478 into account when overloading macros, and will not allow you to
2479 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2480 example).
2481
2482 Of course, the above macro could have been implemented as a
2483 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2484 look like
2485
2486 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2487
2488 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2489 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2490 definition.
2491
2492 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2493
2494
2495 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2496
2497 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2498 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2499 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2500
2501 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2502 \c
2503 \c         writefile 2,%1
2504 \c         mov     ax,0x4c01
2505 \c         int     0x21
2506 \c
2507 \c %endmacro
2508
2509 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2510 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2511 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2512 called with no parameters, in which case it will use the default
2513 error message supplied in the macro definition.
2514
2515 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2516 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2517 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2518 optional ones. So if a macro definition began with the line
2519
2520 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2521
2522 then it could be called with between one and three parameters, and
2523 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2524 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2525 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2526
2527 You can provide extra information to a macro by providing
2528 too many default parameters:
2529
2530 \c %macro quux 1 something
2531
2532 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2533 more information.
2534 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2535 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2536 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2537 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2538 when the macro is defined, not when it is expanded.
2539
2540 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2541 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2542 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2543 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2544 parameters were really passed to the macro call.
2545
2546 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2547 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2548 and more useful, by changing the first line of the definition to
2549
2550 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2551
2552 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2553 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2554 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2555
2556
2557 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2558
2559 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2560 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2561 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2562 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2563 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2564 Examples are given in \k{rotate}.
2565
2566
2567 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2568
2569 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2570 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2571 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2572 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2573 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2574 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2575
2576 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2577 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2578 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2579 argument list reappear on the right, and vice versa.
2580
2581 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2582 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2583 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2584 parameters are rotated to the right.
2585
2586 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2587 restore a set of registers might work as follows:
2588
2589 \c %macro  multipush 1-*
2590 \c
2591 \c   %rep  %0
2592 \c         push    %1
2593 \c   %rotate 1
2594 \c   %endrep
2595 \c
2596 \c %endmacro
2597
2598 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2599 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2600 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2601 one place to the left, so that the original second argument is now
2602 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2603 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2604 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2605
2606 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2607 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2608 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2609
2610 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2611 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2612 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2613 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2614 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2615 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2616 order from the one in which they were pushed.
2617
2618 This can be done by the following definition:
2619
2620 \c %macro  multipop 1-*
2621 \c
2622 \c   %rep %0
2623 \c   %rotate -1
2624 \c         pop     %1
2625 \c   %endrep
2626 \c
2627 \c %endmacro
2628
2629 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2630 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2631 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2632 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2633 iterated through in reverse order.
2634
2635
2636 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2637
2638 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2639 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2640 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2641 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2642 table, you could code something like
2643
2644 \c %macro keytab_entry 2
2645 \c
2646 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2647 \c                 db      %2
2648 \c
2649 \c %endmacro
2650 \c
2651 \c keytab:
2652 \c           keytab_entry F1,128+1
2653 \c           keytab_entry F2,128+2
2654 \c           keytab_entry Return,13
2655
2656 which would expand to
2657
2658 \c keytab:
2659 \c keyposF1        equ     $-keytab
2660 \c                 db     128+1
2661 \c keyposF2        equ     $-keytab
2662 \c                 db      128+2
2663 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2664 \c                 db      13
2665
2666 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2667 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2668
2669 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2670 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2671 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2672 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2673 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2674 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2675 (literal text to be concatenated to the parameter).
2676
2677 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2678 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2679 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2680 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2681 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2682 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2683 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2684 real names of macro-local labels means that the two usages
2685 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2686 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2687
2688 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2689 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2690 purpose of concatenation.
2691
2692 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2693
2694
2695 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2696
2697 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2698 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2699 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2700 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2701 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2702 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2703 condition code.
2704
2705 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2706 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2707 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2708 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2709
2710 \c %macro  retc 1
2711 \c
2712 \c         j%-1    %%skip
2713 \c         ret
2714 \c   %%skip:
2715 \c
2716 \c %endmacro
2717
2718 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2719 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2720 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2721 \c{JPE}.
2722
2723 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2724 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2725 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2726 because no inverse condition code exists.
2727
2728
2729 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2730
2731 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2732 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2733 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2734 see which instructions in the macro expansion are generating what
2735 code; however, for some macros this clutters the listing up
2736 unnecessarily.
2737
2738 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2739 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2740 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2741 the number of parameters, like this:
2742
2743 \c %macro foo 1.nolist
2744
2745 Or like this:
2746
2747 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2748
2749 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2750
2751 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2752 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2753 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2754 that argument specification.
2755
2756 For example:
2757
2758 \c %macro foo 1-3
2759 \c         ; Do something
2760 \c %endmacro
2761 \c %unmacro foo 1-3
2762
2763 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2764
2765 \c %macro bar 1-3
2766 \c         ; Do something
2767 \c %endmacro
2768 \c %unmacro bar 1
2769
2770 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2771 specification does not match exactly.
2772
2773 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2774
2775 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2776 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2777 syntax of this feature looks like this:
2778
2779 \c %if<condition>
2780 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2781 \c %elif<condition2>
2782 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2783 \c %else
2784 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2785 \c %endif
2786
2787 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2788
2789 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2790 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2791
2792 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2793 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2794 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2795 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2796
2797 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2798 single-line macro existence}
2799
2800 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2801 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2802 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2803 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2804
2805 For example, when debugging a program, you might want to write code
2806 such as
2807
2808 \c           ; perform some function
2809 \c %ifdef DEBUG
2810 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2811 \c %endif
2812 \c           ; go and do something else
2813
2814 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2815 version of the program which produced debugging messages, and remove
2816 the option to generate the final release version of the program.
2817
2818 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2819 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2820 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2821 \i\c{%elifndef}.
2822
2823
2824 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2825 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2826
2827 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2828 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2829
2830 For example, you may be working with a large project and not have control
2831 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2832 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2833 does exist.
2834
2835 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2836 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2837
2838 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2839 \c
2840 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2841 \c
2842 \c %else
2843 \c
2844 \c      %macro MyMacro 1-3
2845 \c
2846 \c              ; insert code to define the macro
2847 \c
2848 \c      %endmacro
2849 \c
2850 \c %endif
2851
2852 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2853 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2854 conflict.
2855
2856 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2857 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2858 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2859
2860
2861 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2862 stack}
2863
2864 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2865 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2866 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2867 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2868 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2869
2870 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2871 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2872
2873
2874 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
2875 arbitrary numeric expressions}
2876
2877 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
2878 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
2879 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
2880 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
2881 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
2882
2883 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
2884 a critical expression (see \k{crit}).
2885
2886 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
2887 set of \i{relational operators} which are not normally available in
2888 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
2889 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
2890 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
2891 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
2892 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
2893 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
2894 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
2895 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
2896 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
2897 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
2898 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
2899 for true and 0 for false.
2900
2901 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
2902 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
2903
2904 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
2905 Identity\I{testing, exact text identity}
2906
2907 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
2908 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
2909 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
2910 Differences in white space are not counted.
2911
2912 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
2913
2914 For example, the following macro pushes a register or number on the
2915 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
2916
2917 \c %macro  pushparam 1
2918 \c
2919 \c   %ifidni %1,ip
2920 \c         call    %%label
2921 \c   %%label:
2922 \c   %else
2923 \c         push    %1
2924 \c   %endif
2925 \c
2926 \c %endmacro
2927
2928 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
2929 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
2930 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
2931 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
2932
2933 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
2934 Types\I{testing, token types}
2935
2936 Some macros will want to perform different tasks depending on
2937 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
2938 example, a string output macro might want to be able to cope with
2939 being passed either a string constant or a pointer to an existing
2940 string.
2941
2942 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
2943 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
2944 the first token in the parameter exists and is an identifier.
2945 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
2946 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
2947
2948 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
2949 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
2950
2951 \c %macro writefile 2-3+
2952 \c
2953 \c   %ifstr %2
2954 \c         jmp     %%endstr
2955 \c     %if %0 = 3
2956 \c       %%str:    db      %2,%3
2957 \c     %else
2958 \c       %%str:    db      %2
2959 \c     %endif
2960 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
2961 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
2962 \c   %else
2963 \c                 mov     dx,%2
2964 \c                 mov     cx,%3
2965 \c   %endif
2966 \c                 mov     bx,%1
2967 \c                 mov     ah,0x40
2968 \c                 int     0x21
2969 \c
2970 \c %endmacro
2971
2972 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
2973 the following two ways:
2974
2975 \c         writefile [file], strpointer, length
2976 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
2977
2978 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
2979 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
2980 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
2981 it itself and works out the address and length for itself.
2982
2983 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
2984 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
2985 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
2986 which case, all but the first two would be lumped together into
2987 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
2988
2989 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
2990 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
2991 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
2992 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
2993
2994 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
2995
2996 Some macros will want to do different things depending on if it is
2997 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
2998 versus a multi-token sequence.
2999
3000 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3001 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3002 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3003
3004 For example:
3005
3006 \c %iftoken 1
3007
3008 will assemble the subsequent code, but
3009
3010 \c %iftoken -1
3011
3012 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3013 \c{-}, and the number \c{1}.
3014
3015 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3016 variants are also provided.
3017
3018 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3019
3020 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3021 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3022 any tokens at all, whitespace excepted.
3023
3024 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3025 variants are also provided.
3026
3027 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3028
3029 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3030 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3031 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3032 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3033
3034 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3035 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3036 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3037 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3038
3039 \c %assign i 0
3040 \c %rep    64
3041 \c         inc     word [table+2*i]
3042 \c %assign i i+1
3043 \c %endrep
3044
3045 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3046 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3047 \c{[table+126]}.
3048
3049 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3050 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3051 terminate the loop, like this:
3052
3053 \c fibonacci:
3054 \c %assign i 0
3055 \c %assign j 1
3056 \c %rep 100
3057 \c %if j > 65535
3058 \c     %exitrep
3059 \c %endif
3060 \c         dw j
3061 \c %assign k j+i
3062 \c %assign i j
3063 \c %assign j k
3064 \c %endrep
3065 \c
3066 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3067
3068 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3069 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3070 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3071 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3072 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3073 be gradually used up and other applications to start crashing.
3074
3075
3076 \H{files} Source Files and Dependencies
3077
3078 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3079
3080 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3081
3082 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3083 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3084 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3085
3086 \c %include "macros.mac"
3087
3088 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3089 file containing the \c{%include} directive.
3090
3091 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3092 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3093 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3094 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3095 line using the \c{-i} option.
3096
3097 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3098 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3099 the form
3100
3101 \c %ifndef MACROS_MAC
3102 \c     %define MACROS_MAC
3103 \c     ; now define some macros
3104 \c %endif
3105
3106 then including the file more than once will not cause errors,
3107 because the second time the file is included nothing will happen
3108 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3109
3110 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3111 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3112 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3113
3114
3115 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3116
3117 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3118 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3119 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3120 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3121
3122 For example,
3123
3124 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3125
3126 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3127 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3128
3129
3130 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3131
3132 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3133 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3134 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3135
3136 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3137 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3138 \c{INCBIN} directive looks like:
3139
3140 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3141 \c %pathsearch dep %1
3142 \c %depend dep
3143 \c         incbin dep,%2
3144 \c %endmacro
3145
3146 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3147 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3148 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3149
3150
3151 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3152
3153 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3154 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3155 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3156 described in \k{macropkg}.
3157
3158 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3159 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3160 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3161 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3162
3163 \c %use altreg
3164 \c %use 'altreg'
3165
3166 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3167 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3168 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3169
3170 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3171
3172 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3173 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3174 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3175 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3176 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3177 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3178 able to nest these loops.
3179
3180 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3181 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3182 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3183 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3184 define labels that are local to a particular context on the stack.
3185
3186
3187 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3188 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3189
3190 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3191 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3192 which is the name of the context. For example:
3193
3194 \c %push    foobar
3195
3196 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3197 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3198 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3199 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3200 single macro definition.)
3201
3202 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3203 context from the context stack and destroys it, along with any
3204 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3205 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3206
3207
3208 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3209
3210 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3211 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3212 is used to define a label which is local to the context on the top
3213 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3214 above could be implemented by means of:
3215
3216 \c %macro repeat 0
3217 \c
3218 \c     %push   repeat
3219 \c     %$begin:
3220 \c
3221 \c %endmacro
3222 \c
3223 \c %macro until 1
3224 \c
3225 \c         j%-1    %$begin
3226 \c     %pop
3227 \c
3228 \c %endmacro
3229
3230 and invoked by means of, for example,
3231
3232 \c         mov     cx,string
3233 \c         repeat
3234 \c         add     cx,3
3235 \c         scasb
3236 \c         until   e
3237
3238 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3239 in \c{AL}.
3240
3241 If you need to define, or access, labels local to the context
3242 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3243 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3244
3245
3246 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3247
3248 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3249 a particular context, in just the same way:
3250
3251 \c %define %$localmac 3
3252
3253 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3254 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3255 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3256
3257
3258 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3259
3260 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3261 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3262 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3263 have the side effect of destroying all context-local labels and
3264 macros associated with the context that was just popped.
3265
3266 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3267 with a different name, without touching the associated macros and
3268 labels. So you could replace the destructive code
3269
3270 \c %pop
3271 \c %push   newname
3272
3273 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3274
3275
3276 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3277
3278 This example makes use of almost all the context-stack features,
3279 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3280 implement a block IF statement as a set of macros.
3281
3282 \c %macro if 1
3283 \c
3284 \c     %push if
3285 \c     j%-1  %$ifnot
3286 \c
3287 \c %endmacro
3288 \c
3289 \c %macro else 0
3290 \c
3291 \c   %ifctx if
3292 \c         %repl   else
3293 \c         jmp     %$ifend
3294 \c         %$ifnot:
3295 \c   %else
3296 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3297 \c   %endif
3298 \c
3299 \c %endmacro
3300 \c
3301 \c %macro endif 0
3302 \c
3303 \c   %ifctx if
3304 \c         %$ifnot:
3305 \c         %pop
3306 \c   %elifctx      else
3307 \c         %$ifend:
3308 \c         %pop
3309 \c   %else
3310 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3311 \c   %endif
3312 \c
3313 \c %endmacro
3314
3315 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3316 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3317 that the macros are issued in the right order (for example, not
3318 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3319 not.
3320
3321 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3322 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3323 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3324 to do different things depending on whether the context on top of
3325 the stack is \c{if} or \c{else}.
3326
3327 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3328 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3329 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3330 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3331 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3332
3333 A sample usage of these macros might look like:
3334
3335 \c         cmp     ax,bx
3336 \c
3337 \c         if ae
3338 \c                cmp     bx,cx
3339 \c
3340 \c                if ae
3341 \c                        mov     ax,cx
3342 \c                else
3343 \c                        mov     ax,bx
3344 \c                endif
3345 \c
3346 \c         else
3347 \c                cmp     ax,cx
3348 \c
3349 \c                if ae
3350 \c                        mov     ax,cx
3351 \c                endif
3352 \c
3353 \c         endif
3354
3355 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3356 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3357 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3358 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3359
3360
3361 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3362
3363 The following preprocessor directives provide a way to use
3364 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3365
3366 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3367
3368 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3369
3370 \b\c{%local}  (see \k{local})
3371
3372
3373 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3374
3375 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3376 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3377 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3378
3379 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3380 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3381 convenient to use. and is not TASM compatible. Here is an example
3382 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3383
3384 \c some_function:
3385 \c
3386 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3387 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3388 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3389 \c
3390 \c         mov     ax,[i]
3391 \c         mov     bx,[j_ptr]
3392 \c         add     ax,[bx]
3393 \c         ret
3394 \c
3395 \c     %pop                       ; restore original context
3396
3397 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3398 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3399 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3400 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3401
3402
3403 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3404
3405 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3406 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3407 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3408 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3409 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3410
3411 \c %stacksize flat
3412
3413 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3414 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3415 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3416
3417 \c %stacksize flat64
3418
3419 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3420 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3421 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3422
3423 \c %stacksize large
3424
3425 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3426 assumes that a far form of call was used to get to this address
3427 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3428
3429 \c %stacksize small
3430
3431 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3432 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3433 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3434 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3435 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3436 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3437 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3438 (see \k{local}).
3439
3440
3441 \S{local} \i\c{%local} Directive
3442
3443 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3444 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3445 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3446 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3447 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3448 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3449 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3450 instruction.
3451 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3452 An example of its use is the following:
3453
3454 \c silly_swap:
3455 \c
3456 \c     %push mycontext             ; save the current context
3457 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3458 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3459 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3460 \c
3461 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3462 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3463 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3464 \c         mov     ax,bx
3465 \c         mov     dx,cx
3466 \c         mov     bx,[old_ax]
3467 \c         mov     cx,[old_dx]
3468 \c         leave                   ; restore old bp
3469 \c         ret                     ;
3470 \c
3471 \c     %pop                        ; restore original context
3472
3473 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3474 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3475 current context before the \c{%local} directive may be used.
3476 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3477 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3478 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3479 as shown in the example.
3480
3481
3482 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3483
3484 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3485 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3486 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3487 right macros by means of code like this:
3488
3489 \c %ifdef F1
3490 \c     ; do some setup
3491 \c %elifdef F2
3492 \c     ; do some different setup
3493 \c %else
3494 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3495 \c %endif
3496
3497 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3498 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3499 having to wait until the program crashes on being run and then not
3500 knowing what went wrong.
3501
3502 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3503
3504 \c %ifdef F1
3505 \c     ; do some setup
3506 \c %elifdef F2
3507 \c     ; do some different setup
3508 \c %else
3509 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3510 \c     %define F1
3511 \c %endif
3512
3513 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3514 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3515 depend on symbol values.
3516
3517 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3518 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3519 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3520 messages.
3521
3522 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3523 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3524 are expanded in it, which can be used to display more information to
3525 the user.  For example:
3526
3527 \c %if foo > 64
3528 \c     %assign foo_over foo-64
3529 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3530 \c %endif
3531
3532
3533 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3534
3535 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3536 information from external sources. Currently they include:
3537
3538 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3539 preprocessor (see \k{line}).
3540
3541 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3542 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3543
3544 \S{line} \i\c{%line} Directive
3545
3546 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3547 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3548 this other file would be an original source file, with the current
3549 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3550 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3551 number of the original source file, instead of the file that is being
3552 read by NASM.
3553
3554 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3555 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3556 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3557
3558 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3559
3560 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3561 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3562 which specifies a line increment value; each line of the input file
3563 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3564 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3565 specifies the file name of the original source file.
3566
3567 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3568 all file name and line numbers relative to the values specified
3569 therein.
3570
3571
3572 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3573
3574 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3575 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3576 to store the contents of an environment variable into a string, which
3577 could be used at some other point in your code.
3578
3579 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3580 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3581 could do that as follows:
3582
3583 \c %defstr FOO    %!FOO
3584
3585 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3586
3587
3588 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3589
3590 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3591 when it starts to process any source file. If you really need a
3592 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3593 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3594 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3595
3596 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3597 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3598 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3599 described here.
3600
3601
3602 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3603
3604 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3605 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3606 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3607 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3608 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3609 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3610 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3611
3612 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3613 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3614
3615
3616 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3617
3618 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3619 representing the full version number of the version of nasm being used.
3620 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3621 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3622 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3623 would be equivalent to:
3624
3625 \c         dd      0x00622001
3626
3627 or
3628
3629 \c         db      1,32,98,0
3630
3631 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3632 line is used just to give an indication of the order that the separate
3633 values will be present in memory.
3634
3635
3636 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3637
3638 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3639 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3640
3641 \c         db      __NASM_VER__
3642
3643 would expand to
3644
3645 \c         db      "0.98.32"
3646
3647
3648 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3649
3650 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3651 name and line number containing the current instruction. The macro
3652 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3653 current input file (which may change through the course of assembly
3654 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3655 numeric constant giving the current line number in the input file.
3656
3657 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3658 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3659 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3660 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3661 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3662 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3663 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3664 here'. You could then write a macro
3665
3666 \c %macro  notdeadyet 0
3667 \c
3668 \c         push    eax
3669 \c         mov     eax,__LINE__
3670 \c         call    stillhere
3671 \c         pop     eax
3672 \c
3673 \c %endmacro
3674
3675 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3676 find the crash point.
3677
3678
3679 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3680
3681 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3682 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3683 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3684 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3685 mode-dependent macros.
3686
3687 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3688
3689 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3690 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3691 list.
3692
3693 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3694 \c  %define NEWLINE 13, 10
3695 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3696 \c  %define NEWLINE 10
3697 \c %endif
3698
3699
3700 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3701
3702 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3703 assembly session.
3704
3705 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3706 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3707 respectively.)
3708
3709 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3710 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3711 \c{HHMMSS} respectively.
3712
3713 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3714 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3715 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3716 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3717
3718 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3719 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3720 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3721 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3722 undefined.
3723
3724 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3725 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3726 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3727 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3728 local time as if it was UTC.
3729
3730 All instances of time and date macros in the same assembly session
3731 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3732 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3733 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3734 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3735 clock:
3736
3737 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3738 \c       __TIME__             "00:00:42"
3739 \c       __DATE_NUM__         20100101
3740 \c       __TIME_NUM__         000042
3741 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3742 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3743 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3744 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3745 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3746
3747
3748 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3749 Include Test
3750
3751 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3752 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3753 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3754 testing if a particular package is invoked or not.
3755
3756 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3757 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3758
3759
3760 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
3761
3762 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
3763 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
3764 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
3765 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
3766
3767 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
3768 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
3769 change in future versions of NASM.}
3770
3771
3772 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3773
3774 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3775 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3776 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3777 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3778
3779 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
3780 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
3781 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
3782 the value of the base offset, and the name of the data type with the
3783 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
3784 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
3785 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
3786 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
3787 the definition.
3788
3789 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3790 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3791
3792 \c struc   mytype
3793 \c
3794 \c   mt_long:      resd    1
3795 \c   mt_word:      resw    1
3796 \c   mt_byte:      resb    1
3797 \c   mt_str:       resb    32
3798 \c
3799 \c endstruc
3800
3801 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3802 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3803 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3804 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3805
3806 The reason why the structure type name is defined at zero by default
3807 is a side effect of allowing structures to work with the local label
3808 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3809 more than one structure, you can define the above structure like this:
3810
3811 \c struc mytype
3812 \c
3813 \c   .long:        resd    1
3814 \c   .word:        resw    1
3815 \c   .byte:        resb    1
3816 \c   .str:         resb    32
3817 \c
3818 \c endstruc
3819
3820 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3821 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3822
3823 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3824 support any form of period notation to refer to the elements of a
3825 structure once you have one (except the above local-label notation),
3826 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3827 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3828 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3829 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3830
3831 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
3832 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
3833
3834 \c push ebp
3835 \c mov ebp, esp
3836 \c sub esp, 40
3837
3838 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
3839
3840 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
3841
3842 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
3843 a base offset:
3844
3845 \c struc mytype, -40
3846
3847 And access an element this way:
3848
3849 \c mov [ebp + mytype.word], ax
3850
3851
3852 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3853 \i{Instances of Structures}
3854
3855 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3856 to do is to declare instances of that structure in your data
3857 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3858 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3859 you code something like this:
3860
3861 \c mystruc:
3862 \c     istruc mytype
3863 \c
3864 \c         at mt_long, dd      123456
3865 \c         at mt_word, dw      1024
3866 \c         at mt_byte, db      'x'
3867 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
3868 \c
3869 \c     iend
3870
3871 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
3872 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
3873 specified structure field, and then to declare the specified data.
3874 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
3875 they were specified in the structure definition.
3876
3877 If the data to go in a structure field requires more than one source
3878 line to specify, the remaining source lines can easily come after
3879 the \c{AT} line. For example:
3880
3881 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
3882 \c                     db      190,100,0
3883
3884 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
3885 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
3886 line:
3887
3888 \c         at mt_str
3889 \c                 db      'hello, world'
3890 \c                 db      13,10,0
3891
3892
3893 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
3894
3895 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
3896 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
3897 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
3898 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
3899
3900 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
3901 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
3902 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
3903 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
3904 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
3905
3906 Both macros require their first argument to be a power of two; they
3907 both compute the number of additional bytes required to bring the
3908 length of the current section up to a multiple of that power of two,
3909 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
3910 perform the alignment.
3911
3912 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
3913 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
3914 second argument is specified, the two macros are equivalent.
3915 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
3916 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
3917 except for special purposes.
3918
3919 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
3920 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
3921 power of two, or if their second argument generates more than one
3922 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
3923 thing.
3924
3925 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
3926 be used within structure definitions:
3927
3928 \c struc mytype2
3929 \c
3930 \c   mt_byte:
3931 \c         resb 1
3932 \c         alignb 2
3933 \c   mt_word:
3934 \c         resw 1
3935 \c         alignb 4
3936 \c   mt_long:
3937 \c         resd 1
3938 \c   mt_str:
3939 \c         resb 32
3940 \c
3941 \c endstruc
3942
3943 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
3944 relative to the base of the structure.
3945
3946 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
3947 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
3948 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
3949 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
3950 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
3951 check that the section's alignment characteristics are sensible for
3952 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
3953
3954 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
3955
3956
3957 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
3958
3959 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
3960 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
3961 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
3962 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
3963
3964 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
3965 quoted or not.
3966
3967
3968 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
3969
3970 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
3971 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
3972 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
3973 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
3974 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
3975 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
3976
3977 Example use:
3978
3979 \c %use altreg
3980 \c
3981 \c proc:
3982 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
3983 \c       ret
3984
3985 See also \k{reg64}.
3986
3987
3988 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
3989
3990 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
3991 macro which is more powerful than the default (and
3992 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
3993 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
3994 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
3995 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
3996 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
3997 sequence.
3998
3999 The specific instructions generated can be controlled with the
4000 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4001 and an optional jump threshold override.  The modes are as
4002 follows:
4003
4004 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4005 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4006 default.
4007
4008 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4009 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4010 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4011
4012 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4013 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4014 threshold is 16.
4015
4016 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4017 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4018 threshold is 16.
4019
4020 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4021 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4022 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4023 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4024
4025 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4026 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4027 are used internally by this macro package.
4028
4029
4030 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4031
4032 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4033 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4034 directives. These are described in this chapter.
4035
4036 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4037 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4038 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4039 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4040 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4041 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4042
4043 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4044 directives are not.
4045
4046 In addition to the universal directives described in this chapter,
4047 each object file format can optionally supply extra directives in
4048 order to control particular features of that file format. These
4049 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4050 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4051
4052
4053 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4054
4055 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4056 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4057 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4058 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4059
4060 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4061 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4062 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4063 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4064 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4065 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4066 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4067 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4068
4069 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4070 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4071 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4072 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4073 device drivers and boot loader software.
4074
4075 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4076 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4077 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4078 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4079
4080 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4081 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4082 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4083 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4084 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4085 need an 0x67.
4086
4087 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4088 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4089 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4090
4091 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4092 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4093 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4094 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4095 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4096 necessary.
4097
4098 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4099 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4100 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4101 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4102 REX prefix is used.
4103
4104 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4105 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4106 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4107
4108 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4109
4110 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4111
4112 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4113 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4114
4115
4116 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4117
4118 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4119 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4120 specify most features directly.  However, this is occationally
4121 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4122 to use.
4123
4124 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4125 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4126 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4127 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4128 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4129 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4130
4131 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4132 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4133 other special functions in 64-bit mode, and generating
4134 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4135
4136 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4137
4138 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4139 Sections}
4140
4141 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4142 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4143 which section of the output file the code you write will be
4144 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4145 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4146 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4147 define a new section, if you try to switch to a section that does
4148 not (yet) exist.
4149
4150 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4151 \k{multisec}, all support
4152 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4153 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4154 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4155 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4156 name that has one.
4157
4158
4159 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4160
4161 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4162 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4163 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4164 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4165 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4166 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4167 it. So the user-level directive
4168
4169 \c         SECTION .text
4170
4171 expands to the two lines
4172
4173 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4174 \c         [SECTION .text]
4175
4176 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4177 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4178 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4179
4180 \c %macro  writefile 2+
4181 \c
4182 \c         [section .data]
4183 \c
4184 \c   %%str:        db      %2
4185 \c   %%endstr:
4186 \c
4187 \c         __SECT__
4188 \c
4189 \c         mov     dx,%%str
4190 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4191 \c         mov     bx,%1
4192 \c         mov     ah,0x40
4193 \c         int     0x21
4194 \c
4195 \c %endmacro
4196
4197 This form of the macro, once passed a string to output, first
4198 switches temporarily to the data section of the file, using the
4199 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4200 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4201 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4202 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4203 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4204 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4205 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4206 code in any of several separate code sections.
4207
4208
4209 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4210
4211 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4212 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4213 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4214 given absolute address. The only instructions you can use in this
4215 mode are the \c{RESB} family.
4216
4217 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4218
4219 \c absolute 0x1A
4220 \c
4221 \c     kbuf_chr    resw    1
4222 \c     kbuf_free   resw    1
4223 \c     kbuf        resw    16
4224
4225 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4226 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4227 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4228
4229 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4230 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4231
4232 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4233 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4234
4235 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4236 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4237 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4238 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4239
4240 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4241 \c
4242 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4243 \c
4244 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4245 \c setup:
4246 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4247 \c
4248 \c absolute setup
4249 \c
4250 \c runtimevar1     resw    1
4251 \c runtimevar2     resd    20
4252 \c
4253 \c tsr_end:
4254
4255 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4256 after the setup has finished running, the space it took up can be
4257 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4258 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4259 needs to be made resident.
4260
4261
4262 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4263
4264 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4265 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4266 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4267 defined in some other module and needs to be referred to by this
4268 one. Not every object-file format can support external variables:
4269 the \c{bin} format cannot.
4270
4271 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4272 argument is the name of a symbol:
4273
4274 \c extern  _printf
4275 \c extern  _sscanf,_fscanf
4276
4277 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4278 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4279 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4280 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4281 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4282 by means of the directive
4283
4284 \c extern  _variable:wrt dgroup
4285
4286 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4287 only in that it can take only one argument at a time: the support
4288 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4289
4290 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4291 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4292 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4293
4294
4295 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4296
4297 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4298 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4299 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4300 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4301 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4302
4303 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4304 the definition of the symbol.
4305
4306 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4307 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4308 \c{GLOBAL} directive. For example:
4309
4310 \c global _main
4311 \c _main:
4312 \c         ; some code
4313
4314 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4315 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4316 example, lets you specify whether global data items are functions or
4317 data:
4318
4319 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4320
4321 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4322 user-level form only in that it can take only one argument at a
4323 time.
4324
4325
4326 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4327
4328 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4329 A common variable is much like a global variable declared in the
4330 uninitialized data section, so that
4331
4332 \c common  intvar  4
4333
4334 is similar in function to
4335
4336 \c global  intvar
4337 \c section .bss
4338 \c
4339 \c intvar  resd    1
4340
4341 The difference is that if more than one module defines the same
4342 common variable, then at link time those variables will be
4343 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4344 at the same piece of memory.
4345
4346 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4347 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4348 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4349 specify the alignment requirements of a common variable:
4350
4351 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4352 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4353
4354 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4355 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4356 only one argument at a time.
4357
4358
4359 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4360
4361 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4362 are available on the specified CPU.
4363
4364 Options are:
4365
4366 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4367
4368 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4369
4370 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4371
4372 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4373
4374 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4375
4376 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4377
4378 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4379
4380 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4381
4382 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4383
4384 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4385
4386 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4387
4388 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4389
4390 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4391
4392 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4393
4394 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4395
4396 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4397
4398 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4399
4400 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4401 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4402 instructions are available.
4403
4404
4405 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4406
4407 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4408 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4409 this behaviour:
4410
4411 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4412
4413 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4414
4415 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4416
4417 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4418
4419 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4420
4421 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4422
4423 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4424
4425 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4426 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4427 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4428
4429 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4430 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4431
4432
4433 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4434
4435 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4436 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4437 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4438 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4439 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4440 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4441
4442 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4443 output file based on the input file name and the chosen output
4444 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4445 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4446 name, and substituting an extension defined by the output format.
4447 The extensions are given with each format below.
4448
4449
4450 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4451
4452 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4453 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4454 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4455 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4456 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4457 development.
4458
4459 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4460 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4461
4462 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4463 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4464 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4465 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4466
4467 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4468 leaves your file name as it is once the original extension has been
4469 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4470 into a binary file called \c{binprog}.
4471
4472
4473 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4474
4475 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4476 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4477 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4478 the program begins at when it is loaded into memory.
4479
4480 For example, the following code will generate the longword
4481 \c{0x00000104}:
4482
4483 \c         org     0x100
4484 \c         dd      label
4485 \c label:
4486
4487 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4488 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4489 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4490 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4491 offset which is added to all internal address references within the
4492 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4493 does. See \k{proborg} for further comments.
4494
4495
4496 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4497 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4498
4499 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4500 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4501 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4502 end of the section-definition line. For example,
4503
4504 \c section .data   align=16
4505
4506 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4507 aligned on a 16-byte boundary.
4508
4509 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4510 section start address must be forced to zero. The alignment value
4511 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4512 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4513
4514
4515 \S{multisec} \i\c{Multisection}\I{bin, multisection} support for the BIN format.
4516
4517 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4518 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4519
4520 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4521 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4522 of course).
4523
4524 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4525 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4526 \i\c{start=}.
4527
4528 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4529 for the calculation of all memory references within that section
4530 with \i\c{vstart=}.
4531
4532 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4533 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4534 start address.
4535
4536 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4537 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4538 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4539
4540 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4541 is directed by default into the \c{.text} section.
4542
4543 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4544 by default.
4545
4546 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4547 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4548 has been specified.
4549
4550 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4551 alignment has been specified.
4552
4553 \b Sections may not overlap.
4554
4555 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4556 which may be used in your code.
4557
4558 \S{map}\i{Map files}
4559
4560 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4561 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4562 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4563 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4564 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4565 brackets must be used.
4566
4567
4568 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4569
4570 The \c{ith} file format produces Intel Hex-format files.  Just as the
4571 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4572 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4573 similar utilities.
4574
4575 All options supported by the \c{bin} file format is also supported by
4576 the \c{ith} file format.
4577
4578 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4579
4580
4581 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Record} Output
4582
4583 The \c{srec} file format produces Intel Hex-format files.  Just as the
4584 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4585 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4586 similar utilities.
4587
4588 All options supported by the \c{bin} file format is also supported by
4589 the \c{srec} file format.
4590
4591 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4592
4593
4594 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4595
4596 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4597 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4598 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4599 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4600
4601 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4602
4603 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4604 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4605 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4606 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4607 file format.
4608
4609 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4610 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4611 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4612
4613 If your source file contains code before specifying an explicit
4614 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4615 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4616
4617 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4618 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4619 address of the segment. So, for example:
4620
4621 \c segment data
4622 \c
4623 \c dvar:   dw      1234
4624 \c
4625 \c segment code
4626 \c
4627 \c function:
4628 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4629 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4630 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4631 \c         ret
4632
4633 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4634 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4635 like
4636
4637 \c extern  foo
4638 \c
4639 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4640 \c       mov   ds,ax
4641 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4642 \c       mov   es,ax
4643 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4644 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4645
4646
4647 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4648 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4649
4650 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4651 directive to allow you to specify various properties of the segment
4652 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4653 end of the segment-definition line. For example,
4654
4655 \c segment code private align=16
4656
4657 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4658 segment, and requires that the portion of it described in this code
4659 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4660
4661 The available qualifiers are:
4662
4663 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4664 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4665 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4666 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4667 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4668 than stuck end-to-end.
4669
4670 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4671 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4672 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4673 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4674 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4675 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4676 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4677 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4678 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4679
4680 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4681 indicates to the linker that segments of the same class should be
4682 placed near each other in the output file. The class name can be any
4683 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4684
4685 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4686 as an argument, and provides overlay information to an
4687 overlay-capable linker.
4688
4689 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4690 the effect of recording the choice in the object file and also
4691 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4692 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4693
4694 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4695 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4696 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4697 defines the group if it is not already defined.
4698
4699 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4700 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4701 are currently known to make sensible use of this feature;
4702 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4703 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4704 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4705
4706 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4707 class, no overlay, and \c{USE16}.
4708
4709
4710 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4711
4712 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4713 single segment register can be used to refer to all the segments in
4714 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4715 you can code
4716
4717 \c segment data
4718 \c
4719 \c         ; some data
4720 \c
4721 \c segment bss
4722 \c
4723 \c         ; some uninitialized data
4724 \c
4725 \c group dgroup data bss
4726
4727 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4728 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4729 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4730 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4731 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4732 segment register.
4733
4734 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4735 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4736 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4737 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4738 base rather than the segment base.
4739
4740 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4741 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4742 segment which is part of more than one group will default to being
4743 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4744
4745 A group does not have to contain any segments; you can still make
4746 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4747 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4748 \c{FLAT} with no segments in it.
4749
4750
4751 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4752
4753 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4754 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4755 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4756 segment, group and symbol names that are written to the object file
4757 to be forced to upper case just before being written. Within a
4758 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4759 be written entirely in upper case if desired.
4760
4761 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4762
4763
4764 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4765 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4766
4767 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4768 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4769 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4770 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4771
4772 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4773 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4774 wish to import and the name of the library you wish to import it
4775 from. For example:
4776
4777 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4778
4779 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4780 known in the library you are importing it from, in case this is not
4781 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4782 once you have imported it. For example:
4783
4784 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4785
4786
4787 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4788 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4789
4790 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4791 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4792 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4793 using the \c{EXPORT} directive.
4794
4795 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4796 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4797 optional second parameter (separated by white space from the first)
4798 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4799 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4800 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4801 off.
4802
4803 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4804 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4805 space. If further parameters are given, the external name must also
4806 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4807 available attributes are:
4808
4809 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4810 resident by the system loader. This is an optimisation for
4811 frequently used symbols imported by name.
4812
4813 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4814 does not make use of any initialized data.
4815
4816 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4817 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4818 between 32-bit and 16-bit segments.
4819
4820 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4821 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4822 the desired number.
4823
4824 For example:
4825
4826 \c     export  myfunc
4827 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4828 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4829 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4830
4831
4832 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4833 Point}
4834
4835 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4836 define the program entry point, where execution will begin when the
4837 program is run. If the object file that defines the entry point is
4838 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4839 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4840 begin.
4841
4842
4843 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4844 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4845
4846 If you declare an external symbol with the directive
4847
4848 \c     extern  foo
4849
4850 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4851 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4852 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4853 \c{foo} you will usually need to do something like
4854
4855 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4856 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4857 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4858
4859 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4860 is going to be accessible from a given segment or group, say
4861 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4862 simply code
4863
4864 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
4865
4866 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
4867 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
4868 alternative form
4869
4870 \c     extern  foo:wrt dgroup
4871
4872 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
4873 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
4874 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
4875 \c{foo wrt dgroup}.
4876
4877 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
4878 to make externals appear to be relative to any group or segment in
4879 your program. It can also be applied to common variables: see
4880 \k{objcommon}.
4881
4882
4883 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
4884 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
4885
4886 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
4887 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
4888 specify which your variables should be by the use of the syntax
4889
4890 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
4891 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
4892
4893 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
4894 OMF specification says that they are declared as a number of
4895 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
4896 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
4897 five-byte elements or one ten-byte element.
4898
4899 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
4900 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
4901 the variable size, to match when resolving common variables declared
4902 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
4903 the element size on your far common variables. This is done by the
4904 following syntax:
4905
4906 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
4907 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
4908
4909 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
4910 keyword is not required when an element size is specified, since
4911 only far commons may have element sizes at all. So the above
4912 declarations could equivalently be
4913
4914 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
4915 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
4916
4917 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
4918 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
4919 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
4920
4921 \c common  foo     10:wrt dgroup
4922 \c common  bar     16:far 2:wrt data
4923 \c common  baz     24:wrt data:6
4924
4925
4926 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
4927
4928 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
4929 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
4930 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
4931 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
4932
4933 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4934
4935 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
4936 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
4937 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
4938 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
4939 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
4940 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
4941 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
4942 files that Win32 linkers can generate correct output from.
4943
4944
4945 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
4946 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
4947
4948 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
4949 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
4950 and properties of sections you declare. Section types and properties
4951 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
4952 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
4953 these qualifiers.
4954
4955 The available qualifiers are:
4956
4957 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
4958 code section. This marks the section as readable and executable, but
4959 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
4960 section is code.
4961
4962 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
4963 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
4964 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
4965 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
4966
4967 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
4968 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
4969 constants in it.
4970
4971 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
4972 which is not included in the executable file by the linker, but may
4973 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
4974 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
4975 linker to interpret the contents of the section as command-line
4976 options.
4977
4978 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
4979 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
4980 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
4981 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
4982 request a greater section alignment than this. If alignment is not
4983 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
4984 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
4985 for data (and BSS) sections.
4986 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
4987 alignment), though the value does not matter.
4988
4989 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
4990 qualifiers are:
4991
4992 \c section .text    code  align=16
4993 \c section .data    data  align=4
4994 \c section .rdata   rdata align=8
4995 \c section .bss     bss   align=4
4996
4997 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
4998
4999 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5000
5001 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5002 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5003 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5004 designated read-only table and have alleged entry point verified
5005 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5006 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5007 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5008 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5009 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5010 will not be performed for application in question. Table omission is by
5011 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5012 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5013 \c{/safeseh} command line option.
5014
5015 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5016 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5017 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5018
5019 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5020
5021 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5022
5023 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5024 line to source code:
5025
5026 \c $@feat.00 equ 1
5027
5028 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5029 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5030 developer would choose to assign another value in source file, it would
5031 still be perfectly possible.
5032
5033 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5034 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5035 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5036 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5037 table." Its typical use would be:
5038
5039 \c section .text
5040 \c extern  _MessageBoxA@16
5041 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5042 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5043 \c %endif
5044 \c handler:
5045 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5046 \c         push    DWORD caption
5047 \c         push    DWORD text
5048 \c         push    DWORD 0
5049 \c         call    _MessageBoxA@16
5050 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5051 \c                         ; for exception handler
5052 \c         ret
5053 \c global  _main
5054 \c _main:
5055 \c         push    DWORD handler
5056 \c         push    DWORD [fs:0]
5057 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5058 \c         xor     eax,eax
5059 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5060 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5061 \c         add     esp,4
5062 \c         ret
5063 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5064 \c caption:db      'SEGV',0
5065 \c
5066 \c section .drectve info
5067 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5068
5069 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5070 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5071 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5072 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5073 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5074 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5075 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5076 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5077 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5078 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5079 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5080 no notification is provided and user is left with no clue on what
5081 caused application failure.
5082
5083 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5084 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5085 data for "safe exception handler table" causes no backward
5086 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5087 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5088
5089
5090 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5091
5092 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5093 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5094 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5095 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5096 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5097
5098 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5099
5100 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5101 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5102 references. Consider a switch dispatch table:
5103
5104 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
5105 \c         ...
5106 \c dsptch: dq      case0
5107 \c         dq      case1
5108 \c         ...
5109
5110 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5111 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5112 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
5113 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
5114 following:
5115
5116 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5117 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
5118
5119 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5120 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5121 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5122 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5123 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5124 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5125 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5126 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5127 But no worry, it's trivial to fix:
5128
5129 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5130 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
5131 \c         jmp     rbx
5132 \c         ...
5133 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5134 \c         dq      case1-dsptch
5135 \c         ...
5136
5137 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5138 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5139 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5140 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5141 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5142 these image-relative references:
5143
5144 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5145 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
5146 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5147 \c         add     rbx,rax
5148 \c         jmp     rbx
5149 \c         ...
5150 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5151 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5152
5153 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5154 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5155 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5156 become apparent in next paragraph.
5157
5158 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5159 operand only:
5160
5161 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5162 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5163 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5164 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5165
5166 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5167
5168 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5169 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5170 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5171 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5172 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5173 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5174 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5175 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5176 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5177 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5178 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5179 top of the stack.
5180
5181 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5182 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5183 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5184 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5185 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5186 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5187 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5188 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5189 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5190 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5191 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5192 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5193 copying caller's return address to the top of stack and this would
5194 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5195 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5196 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5197 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5198 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5199 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5200 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5201 no, no trace of failure is left.
5202
5203 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5204 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5205 is checked for presence of reference to custom language-specific
5206 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5207 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5208 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5209 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5210 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5211 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5212 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5213 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5214 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5215 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5216 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5217 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5218 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5219 terminating the application.
5220
5221 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5222 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5223 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5224 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5225 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5226 leaf function:
5227
5228 \c default rel
5229 \c section .text
5230 \c extern  MessageBoxA
5231 \c handler:
5232 \c         sub     rsp,40
5233 \c         mov     rcx,0
5234 \c         lea     rdx,[text]
5235 \c         lea     r8,[caption]
5236 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5237 \c         call    MessageBoxA
5238 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5239 \c                         ; for exception handler
5240 \c         add     rsp,40
5241 \c         ret
5242 \c global  main
5243 \c main:
5244 \c         xor     rax,rax
5245 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5246 \c         ret
5247 \c main_end:
5248 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5249 \c caption:db      'SEGV',0
5250 \c
5251 \c section .pdata  rdata align=4
5252 \c         dd      main wrt ..imagebase
5253 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5254 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5255 \c section .xdata  rdata align=8
5256 \c xmain:  db      9,0,0,0
5257 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5258 \c section .drectve info
5259 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5260
5261 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5262 start and end addresses of function" along with reference to associated
5263 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5264 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5265 designated exception handler. References are \e{required} to be
5266 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5267 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5268 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5269 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5270 references, not only above listed required ones, placed into these two
5271 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5272 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5273 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5274 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5275
5276 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5277 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5278 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5279 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5280 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5281 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5282 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5283 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5284 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5285 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5286 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5287 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5288 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5289 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5290 unwinding procedure. Consider following example:
5291
5292 \c function:
5293 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5294 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5295 \c         push    rbx
5296 \c         push    rbp
5297 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5298 \c         sub     r11,rcx
5299 \c         and     r11,-64
5300 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5301 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5302 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5303 \c magic_point:
5304 \c         ...
5305 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5306 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5307 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5308 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5309 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5310 \c         ret
5311
5312 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5313 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5314 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5315 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5316 custom language-specific exception handler would look like this:
5317
5318 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5319 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5320 \c {   ULONG64 *rsp;
5321 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5322 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5323 \c     else
5324 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5325 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5326 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5327 \c         context->R15 = rsp[-1];
5328 \c     }
5329 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5330 \c
5331 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5332 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5333 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5334 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5335 \c     return ExceptionContinueSearch;
5336 \c }
5337
5338 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5339 structure does not have to contain any information about stack frame
5340 and its layout.
5341
5342 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5343
5344 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5345 linking with the \i{DJGPP} linker.
5346
5347 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5348
5349 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5350 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5351 the \c{info} section type are not supported.
5352
5353 \H{machofmt} \i\c{macho}: \i{Mach Object File Format}
5354
5355 The \c{macho} output type produces \c{Mach-O} object files suitable for
5356 linking with the \i{Mac OSX} linker.
5357
5358 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5359
5360 \H{elffmt} \i\c{elf, elf32, and elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5361 Format} Object Files
5362
5363 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},
5364 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5365 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5366 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5367
5368 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5369
5370 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5371 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5372  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5373  most systems which support ELF.
5374
5375 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5376 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5377
5378 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5379 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5380 and properties of sections you declare. Section types and properties
5381 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5382 names}, but may still be
5383 overridden by these qualifiers.
5384
5385 The available qualifiers are:
5386
5387 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5388 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5389 which is not, such as an informational or comment section.
5390
5391 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5392 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5393 which should not.
5394
5395 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5396 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5397 not.
5398
5399 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5400 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5401 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5402 contents given, such as a BSS section.
5403
5404 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5405 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5406 requirements of the section.
5407
5408 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5409 thread local variables.
5410
5411 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5412 qualifiers are:
5413
5414 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5415 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5416
5417 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5418 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5419 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5420 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5421 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5422 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5423 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5424 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5425 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5426 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5427 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5428
5429 (Any section name other than those in the above table
5430  is treated by default like \c{other} in the above table.
5431  Please note that section names are case sensitive.)
5432
5433
5434 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5435 Symbols and \i\c{WRT}
5436
5437 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5438 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5439 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5440 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5441 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5442
5443 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5444 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5445 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5446 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5447 types.
5448
5449 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5450 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5451 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5452 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5453
5454 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5455 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5456 beginning of the current section to the global offset table.
5457 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5458 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5459 result to get the real address of the GOT.
5460
5461 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5462 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5463 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5464 would give the real address of the location you wanted.
5465
5466 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5467 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5468 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5469 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5470 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5471 address of the symbol.
5472
5473 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5474 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5475 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5476 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5477 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5478 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5479 entries absolutely.
5480
5481 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5482 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5483 relative to the start of the section and then adding on the offset
5484 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5485 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5486 peculiarity of the dynamic linker.
5487
5488 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5489 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5490
5491 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5492 Symbols and \i\c{WRT}
5493
5494 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5495 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5496 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5497 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5498 of the symbol with code such as:
5499
5500 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5501 \c        mov  [gs:eax],ebx
5502
5503
5504 \b In ELF64 mode, referring to an external or global symbol using
5505 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5506 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5507 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5508 of the symbol with code such as:
5509
5510 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5511 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5512
5513
5514 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5515 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5516
5517 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5518 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5519 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5520 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5521 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5522 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5523 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5524 to specify these features.
5525
5526 You can specify whether a global variable is a function or a data
5527 object by suffixing the name with a colon and the word
5528 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5529 \c{data}.) For example:
5530
5531 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5532
5533 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5534 \c{hashtable} as a data object.
5535
5536 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5537 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5538 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5539 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5540
5541 \c global   hashlookup:function hidden
5542
5543 You can also specify the size of the data associated with the
5544 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5545 forward references) after the type specifier. Like this:
5546
5547 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5548 \c
5549 \c hashtable:
5550 \c         db this,that,theother  ; some data here
5551 \c .end:
5552
5553 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5554 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5555
5556 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5557 writing shared library code. For more information, see
5558 \k{picglobal}.
5559
5560
5561 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5562 \I{COMMON, elf extensions to}
5563
5564 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5565 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5566 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5567 power of two) after the name and size of the common variable,
5568 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5569 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5570
5571 \c common  dwordarray 128:4
5572
5573 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5574 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5575
5576
5577 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5578 \I{ELF, 16-bit code and}
5579
5580 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5581 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5582 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5583 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5584 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5585 these relocations is generated.
5586
5587 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5588 \I{ELF, Debug formats and}
5589
5590 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5591 Line number information is generated for all executable sections, but please
5592 note that only the ".text" section is executable by default.
5593
5594 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5595
5596 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5597 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5598 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5599 the magic number in the first four bytes of the file is
5600 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5601 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5602 implementation does not.
5603
5604 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5605
5606 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5607 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5608 extensions to any standard directives. It supports only the three
5609 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5610
5611
5612 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5613 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5614
5615 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5616 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5617 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5618 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5619 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5620 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5621 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5622
5623 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5624
5625 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5626 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5627 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5628 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5629 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5630
5631 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5632 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5633 this.
5634
5635
5636 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5637
5638 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5639 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5640 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5641 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5642 itself \c{a.out}.
5643
5644 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5645 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5646
5647 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5648 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5649 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5650 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5651 only special symbol supported is \c{..start}.
5652
5653
5654 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5655 Format}
5656
5657 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5658 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5659 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5660 format the internal structure of the assembler.
5661
5662 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5663 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5664 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5665 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5666
5667 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5668 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5669 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5670 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5671 execute an RDF executable under Linux.
5672
5673 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5674 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5675
5676
5677 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5678
5679 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5680 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5681 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5682 which is the name of the module:
5683
5684 \c     library  mylib.rdl
5685
5686
5687 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5688
5689 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5690 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5691 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5692 of current module:
5693
5694 \c     module  mymodname
5695
5696 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5697 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5698 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5699
5700 \c     module  $kernel.core
5701
5702
5703 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} directive\I{GLOBAL,
5704 rdf extensions to}
5705
5706 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5707 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5708 telling the linker do not strip it from target executable or library
5709 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5710 is a procedure (function) or data object.
5711
5712 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5713 symbol exported:
5714
5715 \c     global  sys_open:export
5716
5717 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5718 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5719
5720 \c     global  sys_open:export proc
5721
5722 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5723 or \i\c{object} to the directive:
5724
5725 \c     global  kernel_ticks:export data
5726
5727
5728 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} directive\I{EXTERN,
5729 rdf extensions to}
5730
5731 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
5732 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5733 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5734 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5735 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5736 (function) or data object. For example:
5737
5738 \c     library $libc
5739 \c     extern  _open:import
5740 \c     extern  _printf:import proc
5741 \c     extern  _errno:import data
5742
5743 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5744 a hint as to where to find requested symbols.
5745
5746
5747 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5748
5749 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5750 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5751 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
5752 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5753
5754 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5755 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5756 transactions between the main body of NASM and the output-format
5757 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5758 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5759 of the various requests the main program makes of the output driver,
5760 and in what order they happen.
5761
5762 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5763
5764 \c nasm -f dbg filename.asm
5765
5766 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5767 However, this will not work well on files which were designed for a
5768 different object format, because each object format defines its own
5769 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5770 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5771 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5772 native object format selected:
5773
5774 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5775 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5776
5777 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5778 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5779 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5780 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5781 the final diagnostic output.
5782
5783 This workaround will still typically not work for programs intended
5784 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5785 directives have side effects of defining the segment and group names
5786 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5787 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5788 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5789 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5790
5791 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5792 them all to its output file.
5793
5794
5795 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5796
5797 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5798 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5799 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5800 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5801 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5802
5803
5804 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5805
5806 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5807 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5808 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5809 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5810 support the \c{.COM} format.
5811
5812 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5813 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5814 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5815 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5816 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5817 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5818 Yann Guidon for contributing the code for this.
5819
5820 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5821 future releases.
5822
5823
5824 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5825
5826 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5827 by linking \c{.OBJ} files together.
5828
5829 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5830 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5831 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5832 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5833 An LZH archiver can be found at
5834 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5835 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5836 sources) called \i{FREELINK}, available from
5837 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5838 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5839 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5840 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5841 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5842
5843 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5844 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5845 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5846 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5847 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5848 field in the output file header; if more than one defines a start
5849 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5850
5851 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5852 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5853 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5854 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5855 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5856 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5857
5858 \c segment code
5859 \c
5860 \c ..start:
5861 \c         mov     ax,data
5862 \c         mov     ds,ax
5863 \c         mov     ax,stack
5864 \c         mov     ss,ax
5865 \c         mov     sp,stacktop
5866
5867 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
5868 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
5869 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
5870 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
5871 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
5872 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
5873 execute on.
5874
5875 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
5876 beginning of this code, which means that will be the entry point
5877 into the resulting executable file.
5878
5879 \c         mov     dx,hello
5880 \c         mov     ah,9
5881 \c         int     0x21
5882
5883 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
5884 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
5885 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
5886 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
5887
5888 \c         mov     ax,0x4c00
5889 \c         int     0x21
5890
5891 This terminates the program using another DOS system call.
5892
5893 \c segment data
5894 \c
5895 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
5896
5897 The data segment contains the string we want to display.
5898
5899 \c segment stack stack
5900 \c         resb 64
5901 \c stacktop:
5902
5903 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
5904 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
5905 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
5906 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
5907 necessary to the correct running of the program, but linkers are
5908 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
5909 type \c{STACK}.
5910
5911 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
5912 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
5913 world' and then exit.
5914
5915
5916 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
5917
5918 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
5919 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
5920 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
5921 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
5922 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
5923 \c{.EXE} files.
5924
5925 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
5926 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
5927 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
5928
5929 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
5930 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
5931 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
5932 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
5933 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
5934 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
5935 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
5936 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
5937 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
5938
5939 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
5940 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
5941 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
5942 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
5943 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
5944 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
5945 explicitly issue one of your own.
5946
5947 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
5948 since this would require a relocation in the header, and things
5949 would get a lot more complicated. So you should get your segment
5950 base by copying it out of \c{CS} instead.
5951
5952 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
5953 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
5954 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
5955 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
5956 \c{EXE_stack 64}.
5957
5958 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
5959 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
5960 \c{binexe.asm}.
5961
5962
5963 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
5964
5965 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
5966 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
5967 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
5968 output format.
5969
5970
5971 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
5972
5973 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
5974 segment (though the segment may change). Execution then begins at
5975 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
5976 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
5977 like
5978
5979 \c         org 100h
5980 \c
5981 \c section .text
5982 \c
5983 \c start:
5984 \c         ; put your code here
5985 \c
5986 \c section .data
5987 \c
5988 \c         ; put data items here
5989 \c
5990 \c section .bss
5991 \c
5992 \c         ; put uninitialized data here
5993
5994 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
5995 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
5996 you want to and the code will still end up at the front of the file
5997 where it belongs.
5998
5999 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6000 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6001 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6002 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6003 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6004 run.
6005
6006 To assemble the above program, you should use a command line like
6007
6008 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6009
6010 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6011 explicit output file name were specified, so you have to override it
6012 and give the desired file name.
6013
6014
6015 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6016
6017 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6018 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6019 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6020 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6021 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6022 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6023 file.
6024
6025 If you do this, you need to take care of several things:
6026
6027 \b The first object file containing code should start its code
6028 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6029 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6030 segment, so that the linker or converter program does not have to
6031 adjust address references within the file when generating the
6032 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6033 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6034 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6035 in MASM-compatible assemblers.
6036
6037 \b You don't need to define a stack segment.
6038
6039 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6040 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6041 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6042 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6043
6044
6045 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6046
6047 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6048 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6049 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6050 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6051 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6052 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6053 your code segment.
6054
6055 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6056 the various routines inside the driver which do the work. This
6057 structure should be defined at the start of the code segment, even
6058 though it is not actually code.
6059
6060 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6061 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6062 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6063 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6064
6065
6066 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6067
6068 This section covers the basics of writing assembly routines that
6069 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6070 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6071 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6072
6073
6074 \S{16cunder} External Symbol Names
6075
6076 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6077 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6078 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6079 appears in the C program. So, for example, the function a C
6080 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6081 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6082 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6083 not have to worry about name clashes with C symbols.
6084
6085 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6086 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6087
6088 \c %macro  cglobal 1
6089 \c
6090 \c   global  _%1
6091 \c   %define %1 _%1
6092 \c
6093 \c %endmacro
6094 \c
6095 \c %macro  cextern 1
6096 \c
6097 \c   extern  _%1
6098 \c   %define %1 _%1
6099 \c
6100 \c %endmacro
6101
6102 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6103 \c{%rep} construct could solve this.)
6104
6105 If you then declare an external like this:
6106
6107 \c cextern printf
6108
6109 then the macro will expand it as
6110
6111 \c extern  _printf
6112 \c %define printf _printf
6113
6114 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6115 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6116
6117 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6118 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6119 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6120
6121 Also see \k{opt-pfix}.
6122
6123 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6124
6125 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6126 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6127 writing for. This means you have to keep track of the following
6128 things:
6129
6130 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6131 functions are near. This means that function pointers, when stored
6132 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6133 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6134 never changes its value, and always gives the segment part of the
6135 full function address), and that functions are called using ordinary
6136 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6137 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6138 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6139 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6140
6141 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6142 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6143 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6144 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6145 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6146 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6147 \c{CALL FAR} to call external routines.
6148
6149 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6150 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6151 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6152 segment part of the full data item address).
6153
6154 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6155 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6156 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6157 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6158 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6159 pointers you are passed.
6160
6161 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6162 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6163 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6164 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6165 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6166
6167 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6168 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6169 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6170 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6171 and global data items can both be accessed easily without changing
6172 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6173 segments. However, some memory models (though not the standard
6174 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6175 same value to be removed. Be careful about functions' local
6176 variables in this latter case.
6177
6178 In models with a single code segment, the segment is called
6179 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6180 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6181 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6182 called \i\c{_DATA}.
6183
6184
6185 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6186
6187 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6188 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6189 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6190 doing the calling and the function which gets called.
6191
6192 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6193 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6194 argument specified to the function is pushed last).
6195
6196 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6197 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6198 memory model.
6199
6200 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6201 actually necessary, in functions which do not need to access their
6202 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6203 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6204 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6205 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6206 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6207 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6208
6209 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6210 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6211 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6212 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6213 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6214 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6215 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6216 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6217 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6218 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6219 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6220 parameters in reverse order means that the function knows where to
6221 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6222 remaining ones.
6223
6224 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6225 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6226 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6227
6228 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6229 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6230 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6231 compiler) returned in \c{ST0}.
6232
6233 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6234 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6235 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6236 memory model.
6237
6238 \b When the caller regains control from the callee, the function
6239 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6240 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6241 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6242 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6243 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6244 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6245 removing.
6246
6247 It is instructive to compare this calling convention with that for
6248 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6249 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6250 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6251 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6252 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6253 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6254 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6255 which means that a compiler can give better guarantees about
6256 sequence points without performance suffering.
6257
6258 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6259 The following example is for small model:
6260
6261 \c global  _myfunc
6262 \c
6263 \c _myfunc:
6264 \c         push    bp
6265 \c         mov     bp,sp
6266 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6267 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6268 \c
6269 \c         ; some more code
6270 \c
6271 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6272 \c         pop     bp
6273 \c         ret
6274
6275 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6276 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6277 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6278 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6279 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6280 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6281
6282 At the other end of the process, to call a C function from your
6283 assembly code, you would do something like this:
6284
6285 \c extern  _printf
6286 \c
6287 \c       ; and then, further down...
6288 \c
6289 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6290 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6291 \c       call    _printf
6292 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6293 \c
6294 \c       ; then those data items...
6295 \c
6296 \c segment _DATA
6297 \c
6298 \c myint         dw    1234
6299 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6300
6301 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6302 code
6303
6304 \c     int myint = 1234;
6305 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6306
6307 In large model, the function-call code might look more like this. In
6308 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6309 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6310 it first.
6311
6312 \c       push    word [myint]
6313 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6314 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6315 \c       call    far _printf
6316 \c       add    sp,byte 6
6317
6318 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6319 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6320 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6321 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6322 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6323 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6324 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6325 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6326 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6327 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6328 word of parameters.
6329
6330
6331 \S{16cdata} Accessing Data Items
6332
6333 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6334 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6335 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6336 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6337 accessed from assembler as
6338
6339 \c extern _i
6340 \c
6341 \c         mov ax,[_i]
6342
6343 And to declare your own integer variable which C programs can access
6344 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6345 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6346
6347 \c global  _j
6348 \c
6349 \c _j      dw      0
6350
6351 To access a C array, you need to know the size of the components of
6352 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6353 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6354 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6355 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6356 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6357 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6358 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6359
6360 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6361 the base of the structure to the field you are interested in. You
6362 can either do this by converting the C structure definition into a
6363 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6364 one offset and using just that.
6365
6366 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6367 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6368 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6369 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6370 Typically, you might find that a structure like
6371
6372 \c struct {
6373 \c     char c;
6374 \c     int i;
6375 \c } foo;
6376
6377 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6378 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6379 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6380 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6381 out how your own compiler does it.
6382
6383
6384 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6385
6386 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6387 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6388 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6389 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6390 the work involved in keeping track of the calling convention.
6391
6392 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6393 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6394
6395 An example of an assembly function using the macro set is given
6396 here:
6397
6398 \c proc    _nearproc
6399 \c
6400 \c %$i     arg
6401 \c %$j     arg
6402 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6403 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6404 \c         add     ax,[bx]
6405 \c
6406 \c endproc
6407
6408 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6409 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6410 integer. It returns \c{i + *j}.
6411
6412 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6413 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6414 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6415 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6416 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6417 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6418 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6419
6420 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6421 compact-model code) by default. You can have it generate far
6422 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6423 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6424 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6425 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6426 dependency on whether data pointers are far or not.
6427
6428 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6429 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6430 many function parameters will be of type \c{int}.
6431
6432 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6433
6434 \c %define FARCODE
6435 \c
6436 \c proc    _farproc
6437 \c
6438 \c %$i     arg
6439 \c %$j     arg     4
6440 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6441 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6442 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6443 \c         add     ax,[bx]
6444 \c
6445 \c endproc
6446
6447 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6448 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6449 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6450
6451
6452 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6453
6454 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6455 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6456
6457 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6458 not required for Pascal.
6459
6460 \b The memory model is always large: functions are far, data
6461 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6462 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6463 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6464 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6465 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6466 data declared in a Pascal program goes into the default data
6467 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6468 when control is passed to your assembly code. The only things that
6469 do not live in the default data segment are local variables (they
6470 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6471 data \e{pointers}, however, are far.
6472
6473 \b The function calling convention is different - described below.
6474
6475 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6476
6477 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6478 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6479 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6480
6481
6482 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6483
6484 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6485 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6486 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6487 used to denote the function doing the calling and the function which
6488 gets called.
6489
6490 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6491 after another, in normal order (left to right, so that the first
6492 argument specified to the function is pushed first).
6493
6494 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6495 control to the callee.
6496
6497 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6498 actually necessary, in functions which do not need to access their
6499 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6500 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6501 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6502 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6503 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6504 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6505
6506 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6507 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6508 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6509 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6510 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6511 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6512 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6513
6514 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6515 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6516 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6517
6518 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6519 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6520 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6521 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6522 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6523 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6524 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6525 places the returned string value at that location. The pointer is
6526 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6527 \c{RETF} instruction.
6528
6529 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6530 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6531 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6532 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6533 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6534 to be removed from the stack as a side effect of the return
6535 instruction.
6536
6537 \b When the caller regains control from the callee, the function
6538 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6539 do nothing further.
6540
6541 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6542 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6543
6544 \c global  myfunc
6545 \c
6546 \c myfunc: push    bp
6547 \c         mov     bp,sp
6548 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6549 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6550 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6551 \c
6552 \c         ; some more code
6553 \c
6554 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6555 \c         pop     bp
6556 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6557
6558 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6559 assembly code, you would do something like this:
6560
6561 \c extern  SomeFunc
6562 \c
6563 \c        ; and then, further down...
6564 \c
6565 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6566 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6567 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6568 \c        call   far SomeFunc
6569
6570 This is equivalent to the Pascal code
6571
6572 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6573 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6574
6575
6576 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6577 Name Restrictions
6578
6579 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6580 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6581 reading and understanding the various information contained in a
6582 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6583 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6584 restrictions:
6585
6586 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6587 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6588
6589 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6590 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6591
6592 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6593 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6594
6595 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6596 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6597
6598
6599 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6600
6601 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6602 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6603 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6604 definition ensures that functions are far (it implies
6605 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6606 generated with an operand.
6607
6608 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6609 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6610 reverse order. For example:
6611
6612 \c %define PASCAL
6613 \c
6614 \c proc    _pascalproc
6615 \c
6616 \c %$j     arg 4
6617 \c %$i     arg
6618 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6619 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6620 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6621 \c         add     ax,[bx]
6622 \c
6623 \c endproc
6624
6625 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6626 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6627 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6628 and the contents of the pointer. The only difference between this
6629 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6630 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6631 reverse order.
6632
6633
6634 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6635
6636 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6637 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6638 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6639 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6640 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6641 shared libraries.
6642
6643 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6644 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6645 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6646 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6647 address space no matter what segment you work relative to, and that
6648 you should ignore all segment registers completely. When writing
6649 flat-model application code, you never need to use a segment
6650 override or modify any segment register, and the code-section
6651 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6652 space as the data-section addresses you access your variables by and
6653 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6654 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6655 offset part.
6656
6657
6658 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6659
6660 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6661 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6662 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6663
6664
6665 \S{32cunder} External Symbol Names
6666
6667 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6668 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6669 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6670 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6671 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6672 underscore on their assembly-language names.
6673
6674 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6675 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6676 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6677 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6678 though, the leading underscore should not be used.
6679
6680 See also \k{opt-pfix}.
6681
6682 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6683
6684 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6685 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6686 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6687 the function doing the calling and the function which gets called.
6688
6689 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6690 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6691 argument specified to the function is pushed last).
6692
6693 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6694 control to the callee.
6695
6696 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6697 actually necessary, in functions which do not need to access their
6698 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6699 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6700 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6701 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6702 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6703 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6704
6705 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6706 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6707 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6708 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6709 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6710 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6711 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6712 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6713 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6714 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6715 and type of the remaining ones.
6716
6717 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6718 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6719 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6720
6721 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6722 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6723 of the value. Floating-point results are typically returned in
6724 \c{ST0}.
6725
6726 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6727 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6728 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6729
6730 \b When the caller regains control from the callee, the function
6731 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6732 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6733 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6734 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6735 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6736 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6737 removing.
6738
6739 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6740 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6741 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6742 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6743 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6744 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6745 still pushed in right-to-left order.
6746
6747 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6748
6749 \c global  _myfunc
6750 \c
6751 \c _myfunc:
6752 \c         push    ebp
6753 \c         mov     ebp,esp
6754 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6755 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6756 \c
6757 \c         ; some more code
6758 \c
6759 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6760 \c         ret
6761
6762 At the other end of the process, to call a C function from your
6763 assembly code, you would do something like this:
6764
6765 \c extern  _printf
6766 \c
6767 \c         ; and then, further down...
6768 \c
6769 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6770 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6771 \c         call    _printf
6772 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6773 \c
6774 \c         ; then those data items...
6775 \c
6776 \c segment _DATA
6777 \c
6778 \c myint       dd   1234
6779 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6780
6781 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6782
6783 \c     int myint = 1234;
6784 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6785
6786
6787 \S{32cdata} Accessing Data Items
6788
6789 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6790 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6791 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6792 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6793 accessed from assembler as
6794
6795 \c           extern _i
6796 \c           mov eax,[_i]
6797
6798 And to declare your own integer variable which C programs can access
6799 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6800 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6801
6802 \c           global _j
6803 \c _j        dd 0
6804
6805 To access a C array, you need to know the size of the components of
6806 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6807 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6808 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6809 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6810 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6811 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6812 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6813 are also 4 bytes long.
6814
6815 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6816 the base of the structure to the field you are interested in. You
6817 can either do this by converting the C structure definition into a
6818 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6819 one offset and using just that.
6820
6821 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6822 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6823 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6824 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6825 Typically, you might find that a structure like
6826
6827 \c struct {
6828 \c     char c;
6829 \c     int i;
6830 \c } foo;
6831
6832 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6833 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6834 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6835 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6836 out how your own compiler does it.
6837
6838
6839 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6840
6841 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6842 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6843 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6844 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6845 the work involved in keeping track of the calling convention.
6846
6847 An example of an assembly function using the macro set is given
6848 here:
6849
6850 \c proc    _proc32
6851 \c
6852 \c %$i     arg
6853 \c %$j     arg
6854 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6855 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6856 \c         add     eax,[ebx]
6857 \c
6858 \c endproc
6859
6860 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6861 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6862 integer. It returns \c{i + *j}.
6863
6864 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6865 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6866 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6867 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6868 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6869 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6870 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6871
6872 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6873 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
6874 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
6875
6876
6877 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
6878 Libraries}
6879
6880 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
6881 because it contains support for \i{position-independent code}
6882 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
6883 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
6884 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
6885
6886 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
6887 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
6888 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
6889 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
6890
6891 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
6892 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
6893 of the running process. The contents of the library's code section
6894 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
6895
6896 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
6897 this:
6898
6899 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
6900
6901 Instead, the linker provides an area of memory called the
6902 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
6903 constant distance from your library's code, so if you can find out
6904 where your library is loaded (which is typically done using a
6905 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
6906 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
6907 linker-generated entries in the GOT.
6908
6909 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
6910 restrictions: since the data section is writable, it has to be
6911 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
6912 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
6913 you can put ordinary types of relocation in the data section without
6914 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
6915
6916
6917 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
6918
6919 Each code module in your shared library should define the GOT as an
6920 external symbol:
6921
6922 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
6923 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
6924
6925 At the beginning of any function in your shared library which plans
6926 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
6927 address of the GOT. This is typically done by writing the function
6928 in this form:
6929
6930 \c func:   push    ebp
6931 \c         mov     ebp,esp
6932 \c         push    ebx
6933 \c         call    .get_GOT
6934 \c .get_GOT:
6935 \c         pop     ebx
6936 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
6937 \c
6938 \c         ; the function body comes here
6939 \c
6940 \c         mov     ebx,[ebp-4]
6941 \c         mov     esp,ebp
6942 \c         pop     ebp
6943 \c         ret
6944
6945 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
6946 second leading underscore.)
6947
6948 The first two lines of this function are simply the standard C
6949 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
6950 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
6951 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
6952 libraries use this register to store the address of the GOT.
6953
6954 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
6955 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
6956 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
6957 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
6958 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
6959 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
6960 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
6961 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
6962 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
6963 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
6964 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
6965 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
6966 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
6967 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
6968 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
6969 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
6970
6971 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
6972 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
6973 those three instructions into a macro and safely ignore them:
6974
6975 \c %macro  get_GOT 0
6976 \c
6977 \c         call    %%getgot
6978 \c   %%getgot:
6979 \c         pop     ebx
6980 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
6981 \c
6982 \c %endmacro
6983
6984 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
6985
6986 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
6987 your data items. Most variables will reside in the sections you have
6988 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
6989 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
6990 way this works is like this:
6991
6992 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
6993
6994 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
6995 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
6996 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
6997 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
6998
6999 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7000 them, they are shared between code modules in the library, but do
7001 not get exported from the library to the program that loaded it.
7002 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7003 can access them in the same way as local variables, using the above
7004 \c{..gotoff} mechanism.
7005
7006 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7007 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7008 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7009
7010
7011 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7012
7013 If your library needs to get at an external variable (external to
7014 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7015 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7016 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7017 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7018 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7019 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7020 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7021 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7022 you would code
7023
7024 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7025
7026 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7027 linker, when it builds the shared library, collects together every
7028 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7029 has every necessary entry present.
7030
7031 Common variables must also be accessed in this way.
7032
7033
7034 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7035
7036 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7037 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7038 you have to give the size of the data item. This is because the
7039 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7040 entries for any exported functions, and also moves exported data
7041 items away from the library's data section in which they were
7042 declared.
7043
7044 So to export a function to users of the library, you must use
7045
7046 \c global  func:function           ; declare it as a function
7047 \c
7048 \c func:   push    ebp
7049 \c
7050 \c         ; etc.
7051
7052 And to export a data item such as an array, you would have to code
7053
7054 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7055 \c
7056 \c array:  resd    128
7057 \c .end:
7058
7059 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7060 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7061 end up living in the data section of the main program, rather than
7062 in your library's data section, where you declared it. So you will
7063 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7064 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7065 effectively, it has become).
7066
7067 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7068 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7069 sort of code:
7070
7071 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7072
7073 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7074 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7075 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7076 pointing at your data section instead of at the exported global
7077 which resides elsewhere.
7078
7079 Instead of the above code, then, you must write
7080
7081 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7082
7083 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7084 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7085 at that address, rather than just relocating by section base.
7086
7087 Either method will work for functions: referring to one of your
7088 functions by means of
7089
7090 \c funcptr:        dd      my_function
7091
7092 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7093
7094 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
7095
7096 will give the address of the procedure linkage table for the
7097 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7098 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7099
7100
7101 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7102
7103 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7104 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7105 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7106 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7107 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7108 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7109 in the main program can be transparently passed off to their real
7110 destinations.
7111
7112 To call an external routine, you must use another special PIC
7113 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7114 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7115 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7116 ..plt}.
7117
7118
7119 \S{link} Generating the Library File
7120
7121 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7122 you then generate your shared library with a command such as
7123
7124 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7125 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7126
7127 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7128 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7129 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7130 library file name, with a version number, into the library:
7131
7132 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7133
7134 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7135 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7136
7137
7138 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7139
7140 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7141 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7142 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7143 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7144 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7145 one, or jumps between different-size segments.
7146
7147
7148 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7149
7150 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7151 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7152 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7153 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7154 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7155 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7156 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7157 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7158
7159 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7160 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7161 segment, so just coding, for example,
7162
7163 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7164
7165 will not work, since the offset part of the address will be
7166 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7167 one.
7168
7169 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7170 generate the required instruction by coding it manually, using
7171 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7172 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7173
7174 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7175
7176 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7177 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7178 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7179 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7180 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7181 segment to a 32-bit one.
7182
7183 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7184 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7185
7186 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7187
7188 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7189 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7190 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7191
7192
7193 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7194 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7195
7196 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7197 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7198 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7199 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7200 32-bit segment, or vice versa.
7201
7202 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7203 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7204 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7205 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7206
7207 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7208 the address, since any effective address containing a 32-bit
7209 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7210
7211 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7212 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7213
7214 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7215 instruction and a register) if you already know the precise offset
7216 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7217 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7218 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7219
7220 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7221 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7222
7223 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7224
7225 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7226 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7227 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7228
7229 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7230
7231 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7232 which controls the size of the data stored at the address, with the
7233 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7234 address itself. The two can quite easily be different:
7235
7236 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7237
7238 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7239 offset.
7240
7241 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7242 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7243
7244 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7245
7246 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7247 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7248 offset), and calls that address.
7249
7250
7251 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7252
7253 The other way you might want to access data might be using the
7254 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7255 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7256 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7257 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7258
7259 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7260 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7261 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7262 desired address into \c{ESI} and then code
7263
7264 \c         a32     lodsb
7265
7266 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7267 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7268 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7269 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7270
7271 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7272 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7273 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7274 instructions with implicit addressing:
7275 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7276 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7277 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7278 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7279 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7280 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7281 Also, the
7282 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7283 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7284 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7285 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7286 size from the code segment.
7287
7288 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7289 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7290 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7291 give the value of the segment register being manipulated. To force
7292 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7293 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7294
7295 \c         o16 push    ss
7296 \c         o16 push    ds
7297
7298 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7299 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7300 one.
7301
7302 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7303 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7304
7305
7306 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7307
7308 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7309 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7310 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7311 write position-independent code for shared libraries.
7312
7313 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7314 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7315 registers, which still add their bases.
7316
7317 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7318 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7319 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7320 probably desirable to make that the default, using the directive
7321 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7322
7323 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7324 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7325 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7326 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7327 Please see the ABI documentation for your platform.
7328
7329 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7330 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7331 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7332 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7333
7334 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7335 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7336 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7337 set to zero.
7338
7339 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7340
7341 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7342 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7343
7344 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7345 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7346 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7347 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7348
7349 This is consistent with the AMD documentation and most other
7350 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7351 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7352 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7353 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7354 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7355 can be used for this purpose.
7356
7357 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7358
7359 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7360 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7361 immediates to 32 bits.
7362
7363 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7364
7365 \c      MOV reg64,imm64
7366
7367 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7368 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7369 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7370 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7371 immediate as \c{DWORD}:
7372
7373 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7374 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7375 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7376 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7377
7378 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7379
7380 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7381 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7382 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7383 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7384 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7385 displacement size as \c{QWORD}:
7386
7387 \c      default abs
7388 \c
7389 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7390 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7391 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7392 \c
7393 \c      default rel
7394 \c
7395 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7396 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7397 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7398 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7399
7400 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7401 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7402
7403 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7404
7405 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7406
7407 \W{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}\c{http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf}
7408
7409 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7410 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7411
7412 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7413 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7414 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7415 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7416 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7417
7418 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7419
7420 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7421 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7422 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7423 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7424
7425 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7426
7427 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7428
7429 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7430
7431 \c      void foo(long a, double b, int c)
7432
7433 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7434
7435 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7436
7437 The Win64 ABI is described at:
7438
7439 \W{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}\c{http://msdn2.microsoft.com/en-gb/library/ms794533.aspx}
7440
7441 What follows is a simplified summary.
7442
7443 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7444 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7445 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7446 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7447 use by the function without saving.
7448
7449 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7450
7451 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7452 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7453 return is \c{XMM0} only.
7454
7455 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7456
7457 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7458
7459 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7460
7461 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7462
7463 \C{trouble} Troubleshooting
7464
7465 This chapter describes some of the common problems that users have
7466 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7467 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7468 that isn't listed here.
7469
7470
7471 \H{problems} Common Problems
7472
7473 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7474
7475 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7476 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7477 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7478 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7479 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7480 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7481 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7482 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7483 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7484
7485
7486 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7487
7488 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7489 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7490 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7491 longer.
7492
7493 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7494 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7495 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7496 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7497 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7498 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7499 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7500 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7501 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7502 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7503 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7504 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7505
7506
7507 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7508
7509 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7510 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7511 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7512 sector, people who are used to MASM tend to code
7513
7514 \c         ORG 0
7515 \c
7516 \c         ; some boot sector code
7517 \c
7518 \c         ORG 510
7519 \c         DW 0xAA55
7520
7521 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7522 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7523 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7524
7525 \c         ORG 0
7526 \c
7527 \c         ; some boot sector code
7528 \c
7529 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7530 \c         DW 0xAA55
7531
7532 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7533 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7534 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7535 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7536 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7537 find out what's wrong with it.
7538
7539
7540 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7541
7542 The other common problem with the above code is people who write the
7543 \c{TIMES} line as
7544
7545 \c         TIMES 510-$ DB 0
7546
7547 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7548 the difference between them is also a pure number and can happily be
7549 fed to \c{TIMES}.
7550
7551 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7552 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7553 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7554 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7555 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7556 information back to the expression evaluator. So from the
7557 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7558 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7559 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7560 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7561
7562 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7563 line in the form
7564
7565 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7566
7567 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7568 and so their difference is a pure number. This will solve the
7569 problem and generate sensible code.
7570
7571
7572 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7573
7574 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7575 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7576 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7577 \i\c{bugtracker} at
7578 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7579 (click on "Bugs"), or if that fails then through one of the
7580 contacts in \k{contact}.
7581
7582 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7583 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7584 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7585 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7586 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7587 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7588 there.
7589
7590 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7591 information:
7592
7593 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7594 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7595
7596 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7597 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7598 you were using the standard distribution binaries out of the
7599 archive. If you were using a locally built executable, try to
7600 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7601 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7602 it.
7603
7604 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7605 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7606 \c{NASMENV} environment variable if any.
7607
7608 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7609 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7610 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7611 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7612 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7613 compiler, what version, and what command line or options you used.
7614 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7615 with the command-line version of the compiler.)
7616
7617 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7618 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7619 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7620 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7621 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7622 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7623 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7624 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7625 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7626 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7627 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7628 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7629 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7630
7631 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7632 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7633 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7634 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7635 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7636 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7637 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7638 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7639 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7640 should be 77 instead'.
7641
7642 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7643 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7644 generates the same file, or whether the problem is related to
7645 portability issues between our development platforms and yours. We
7646 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7647 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7648 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7649 for us.
7650
7651 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7652 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7653 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7654 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7655 differently from us.
7656
7657
7658 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7659
7660                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7661
7662 \H{ndisintro} Introduction
7663
7664
7665 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7666 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7667 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7668 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7669 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7670
7671 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7672 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7673 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7674 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7675 disassembles.
7676
7677
7678 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7679
7680 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7681 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7682 are on a Unix system.
7683
7684
7685 \H{ndisrun} Running NDISASM
7686
7687 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7688
7689 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7690
7691 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7692 provided of course that you remember to specify which it is to work
7693 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7694 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7695
7696 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7697 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7698 summary of command line options.
7699
7700
7701 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7702
7703 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7704 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7705 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7706 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7707 this.
7708
7709 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7710 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7711 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7712 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7713 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7714
7715 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7716
7717 \c        ndisasm -o100h filename.com
7718
7719 will do the trick.
7720
7721
7722 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7723
7724 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7725 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7726 will faithfully plough through the data section, producing machine
7727 instructions wherever it can (although most of them will look
7728 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7729 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7730 Then it will reach the code section.
7731
7732 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7733 instruction from part of the data section, and its file position is
7734 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7735 entirely possible that another spurious instruction will get
7736 generated, starting with the final byte of the data section, and
7737 then the correct first instruction in the code section will not be
7738 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7739 ideal.
7740
7741 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7742 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7743 only handle 8192 sync points internally). The definition of a sync
7744 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7745 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7746 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7747 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7748 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7749 the instructions in your code section.
7750
7751 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7752 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7753 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7754 do
7755
7756 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7757
7758 rather than
7759
7760 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7761
7762 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7763 to, just by repeating the \c{-s} option.
7764
7765
7766 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7767 \I\c{auto-sync}
7768
7769 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7770 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7771 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7772 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7773 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7774 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7775 needed.
7776
7777 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7778 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7779 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7780 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7781
7782 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7783 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7784 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7785 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7786 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7787 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7788 processed, there isn't much it can do about it...)
7789
7790 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7791 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7792 the register contains) or involves a segment address (in which case
7793 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7794 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7795
7796 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7797 points in all the right places, and save you from having to place
7798 any sync points manually. However, it should be stressed that
7799 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7800 you may still have to place some manually.
7801
7802 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7803 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7804 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7805 options.
7806
7807 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7808 fluke, something in your data section should disassemble to a
7809 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7810 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7811 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7812 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7813 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7814 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7815 suppress disassembly of the data area.
7816
7817
7818 \S{ndisother} Other Options
7819
7820 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7821 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7822 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7823 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7824
7825 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7826 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7827 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7828 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7829 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7830 anyway.
7831
7832
7833 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7834
7835 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7836 possible, should be sent to
7837 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7838 developer's site at
7839 \W{https://sourceforge.net/projects/nasm/}\c{https://sourceforge.net/projects/nasm/}
7840 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7841 new features as well.
7842
7843 \A{inslist} \i{Instruction List}
7844
7845 \H{inslistintro} Introduction
7846
7847 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7848 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7849 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7850  when appropriate, one or more usage flags.
7851
7852 \& inslist.src
7853
7854 \A{changelog} \i{NASM Version History}
7855
7856 \& changes.src
7857