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