Merge branch 'nasm-2.08.xx'
[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{auxinfo}{This release is dedicated to the memory of Charles A. Crayne.  We miss you, Chuck.}
43 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
44 \M{infoname}{NASM}
45 \M{infofile}{nasm}
46 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
47 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
48 \IR{-D} \c{-D} option
49 \IR{-E} \c{-E} option
50 \IR{-F} \c{-F} option
51 \IR{-I} \c{-I} option
52 \IR{-M} \c{-M} option
53 \IR{-MD} \c{-MD} option
54 \IR{-MF} \c{-MF} option
55 \IR{-MG} \c{-MG} option
56 \IR{-MP} \c{-MP} option
57 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
58 \IR{-MT} \c{-MT} option
59 \IR{-O} \c{-O} option
60 \IR{-P} \c{-P} option
61 \IR{-U} \c{-U} option
62 \IR{-X} \c{-X} option
63 \IR{-a} \c{-a} option
64 \IR{-d} \c{-d} option
65 \IR{-e} \c{-e} option
66 \IR{-f} \c{-f} option
67 \IR{-g} \c{-g} option
68 \IR{-i} \c{-i} option
69 \IR{-l} \c{-l} option
70 \IR{-o} \c{-o} option
71 \IR{-p} \c{-p} option
72 \IR{-s} \c{-s} option
73 \IR{-u} \c{-u} option
74 \IR{-v} \c{-v} option
75 \IR{-W} \c{-W} option
76 \IR{-w} \c{-w} option
77 \IR{-y} \c{-y} option
78 \IR{-Z} \c{-Z} option
79 \IR{!=} \c{!=} operator
80 \IR{$, here} \c{$}, Here token
81 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
82 \IR{$$} \c{$$} token
83 \IR{%} \c{%} operator
84 \IR{%%} \c{%%} operator
85 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
86 \IA{%-1}{%+1}
87 \IR{%0} \c{%0} parameter count
88 \IR{&} \c{&} operator
89 \IR{&&} \c{&&} operator
90 \IR{*} \c{*} operator
91 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
92 \IR{/} \c{/} operator
93 \IR{//} \c{//} operator
94 \IR{<} \c{<} operator
95 \IR{<<} \c{<<} operator
96 \IR{<=} \c{<=} operator
97 \IR{<>} \c{<>} operator
98 \IR{=} \c{=} operator
99 \IR{==} \c{==} operator
100 \IR{>} \c{>} operator
101 \IR{>=} \c{>=} operator
102 \IR{>>} \c{>>} operator
103 \IR{?} \c{?} MASM syntax
104 \IR{^} \c{^} operator
105 \IR{^^} \c{^^} operator
106 \IR{|} \c{|} operator
107 \IR{||} \c{||} operator
108 \IR{~} \c{~} operator
109 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
110 \IA{%$$}{%$}
111 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
112 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
113 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
114 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
115 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
116 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
117 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
118 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
119 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
120 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
121 variables
122 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
123 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
124 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
125 \IR{autoconf} Autoconf
126 \IR{bin} bin
127 \IR{bitwise and} bitwise AND
128 \IR{bitwise or} bitwise OR
129 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
130 \IR{block ifs} block IFs
131 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
132 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
133 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
134 \IR{bsd} BSD
135 \IR{c calling convention} C calling convention
136 \IR{c symbol names} C symbol names
137 \IA{critical expressions}{critical expression}
138 \IA{command line}{command-line}
139 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
140 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
141 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
142 \IA{character constants}{character constant}
143 \IR{common object file format} Common Object File Format
144 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
145 in \c{elf}
146 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
147 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
148 \IR{declaring structure} declaring structures
149 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
150 \IR{devpac} DevPac
151 \IR{djgpp} DJGPP
152 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
153 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
154 \IR{dos} DOS
155 \IR{dos archive} DOS archive
156 \IR{dos source archive} DOS source archive
157 \IA{effective address}{effective addresses}
158 \IA{effective-address}{effective addresses}
159 \IR{elf} ELF
160 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
161 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
162 \IR{elf32} \c{elf32}
163 \IR{elf64} \c{elf64}
164 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
165 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
166 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
167 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
168 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
169 \IR{freebsd} FreeBSD
170 \IR{freelink} FreeLink
171 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
172 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
173 convention
174 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
175 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
176 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
177 \IR{got} GOT
178 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
179 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
180 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
181 \IR{intel number formats} Intel number formats
182 \IR{linux, elf} Linux, ELF
183 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
184 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
185 \IR{logical and} logical AND
186 \IR{logical or} logical OR
187 \IR{logical xor} logical XOR
188 \IR{mach object file format} Mach, object file format
189 \IR{mach-o} Mach-O
190 \IR{macho32} \c{macho32}
191 \IR{macho64} \c{macho64}
192 \IR{macos x} MacOS X
193 \IR{masm} MASM
194 \IA{memory reference}{memory references}
195 \IR{minix} Minix
196 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
197 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
198 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
199 \IR{mmx registers} MMX registers
200 \IA{modr/m}{modr/m byte}
201 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
202 \IR{ms-dos} MS-DOS
203 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
204 \IR{multipush} \c{multipush} macro
205 \IR{nan} NaN
206 \IR{nasm version} NASM version
207 \IR{netbsd} NetBSD
208 \IR{omf} OMF
209 \IR{openbsd} OpenBSD
210 \IR{operating system} operating system
211 \IR{os/2} OS/2
212 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
213 \IR{passes} passes, assembly
214 \IR{perl} Perl
215 \IR{pic} PIC
216 \IR{pharlap} PharLap
217 \IR{plt} PLT
218 \IR{plt} \c{PLT} relocations
219 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
220 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
221 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
222 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
223 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
224 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
225 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
226 Object File Format
227 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
228 \IA{repeating}{repeating code}
229 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
230 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
231 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
232 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
233 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
234 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
235 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
236 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
237 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
238 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
239 \IR{shift command} \c{shift} command
240 \IA{sib}{sib byte}
241 \IR{sib byte} SIB byte
242 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
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 also 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. Though the indices 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}} gives
2603 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 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3163
3164 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3165 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3166 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3167 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3168
3169 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3170 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3171 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3172 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3173
3174 \c %assign i 0
3175 \c %rep    64
3176 \c         inc     word [table+2*i]
3177 \c %assign i i+1
3178 \c %endrep
3179
3180 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3181 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3182 \c{[table+126]}.
3183
3184 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3185 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3186 terminate the loop, like this:
3187
3188 \c fibonacci:
3189 \c %assign i 0
3190 \c %assign j 1
3191 \c %rep 100
3192 \c %if j > 65535
3193 \c     %exitrep
3194 \c %endif
3195 \c         dw j
3196 \c %assign k j+i
3197 \c %assign i j
3198 \c %assign j k
3199 \c %endrep
3200 \c
3201 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3202
3203 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3204 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3205 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3206 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3207 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3208 be gradually used up and other applications to start crashing.
3209
3210
3211 \H{files} Source Files and Dependencies
3212
3213 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3214
3215 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3216
3217 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3218 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3219 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3220
3221 \c %include "macros.mac"
3222
3223 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3224 file containing the \c{%include} directive.
3225
3226 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3227 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3228 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3229 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3230 line using the \c{-i} option.
3231
3232 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3233 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3234 the form
3235
3236 \c %ifndef MACROS_MAC
3237 \c     %define MACROS_MAC
3238 \c     ; now define some macros
3239 \c %endif
3240
3241 then including the file more than once will not cause errors,
3242 because the second time the file is included nothing will happen
3243 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3244
3245 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3246 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3247 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3248
3249
3250 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3251
3252 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3253 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3254 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3255 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3256
3257 For example,
3258
3259 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3260
3261 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3262 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3263
3264
3265 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3266
3267 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3268 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3269 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3270
3271 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3272 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3273 \c{INCBIN} directive looks like:
3274
3275 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3276 \c %pathsearch dep %1
3277 \c %depend dep
3278 \c         incbin dep,%2
3279 \c %endmacro
3280
3281 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3282 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3283 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3284
3285
3286 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3287
3288 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3289 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3290 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3291 described in \k{macropkg}.
3292
3293 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3294 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3295 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3296 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3297
3298 \c %use altreg
3299 \c %use 'altreg'
3300
3301 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3302 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3303 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3304
3305 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3306
3307 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3308 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3309 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3310 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3311 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3312 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3313 able to nest these loops.
3314
3315 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3316 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3317 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3318 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3319 define labels that are local to a particular context on the stack.
3320
3321
3322 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3323 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3324
3325 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3326 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3327 which is the name of the context. For example:
3328
3329 \c %push    foobar
3330
3331 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3332 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3333 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3334 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3335 single macro definition.)
3336
3337 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3338 context from the context stack and destroys it, along with any
3339 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3340 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3341
3342
3343 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3344
3345 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3346 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3347 is used to define a label which is local to the context on the top
3348 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3349 above could be implemented by means of:
3350
3351 \c %macro repeat 0
3352 \c
3353 \c     %push   repeat
3354 \c     %$begin:
3355 \c
3356 \c %endmacro
3357 \c
3358 \c %macro until 1
3359 \c
3360 \c         j%-1    %$begin
3361 \c     %pop
3362 \c
3363 \c %endmacro
3364
3365 and invoked by means of, for example,
3366
3367 \c         mov     cx,string
3368 \c         repeat
3369 \c         add     cx,3
3370 \c         scasb
3371 \c         until   e
3372
3373 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3374 in \c{AL}.
3375
3376 If you need to define, or access, labels local to the context
3377 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3378 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3379
3380
3381 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3382
3383 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3384 a particular context, in just the same way:
3385
3386 \c %define %$localmac 3
3387
3388 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3389 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3390 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3391
3392
3393 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3394
3395 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3396 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3397 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3398 have the side effect of destroying all context-local labels and
3399 macros associated with the context that was just popped.
3400
3401 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3402 with a different name, without touching the associated macros and
3403 labels. So you could replace the destructive code
3404
3405 \c %pop
3406 \c %push   newname
3407
3408 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3409
3410
3411 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3412
3413 This example makes use of almost all the context-stack features,
3414 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3415 implement a block IF statement as a set of macros.
3416
3417 \c %macro if 1
3418 \c
3419 \c     %push if
3420 \c     j%-1  %$ifnot
3421 \c
3422 \c %endmacro
3423 \c
3424 \c %macro else 0
3425 \c
3426 \c   %ifctx if
3427 \c         %repl   else
3428 \c         jmp     %$ifend
3429 \c         %$ifnot:
3430 \c   %else
3431 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3432 \c   %endif
3433 \c
3434 \c %endmacro
3435 \c
3436 \c %macro endif 0
3437 \c
3438 \c   %ifctx if
3439 \c         %$ifnot:
3440 \c         %pop
3441 \c   %elifctx      else
3442 \c         %$ifend:
3443 \c         %pop
3444 \c   %else
3445 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3446 \c   %endif
3447 \c
3448 \c %endmacro
3449
3450 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3451 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3452 that the macros are issued in the right order (for example, not
3453 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3454 not.
3455
3456 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3457 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3458 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3459 to do different things depending on whether the context on top of
3460 the stack is \c{if} or \c{else}.
3461
3462 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3463 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3464 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3465 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3466 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3467
3468 A sample usage of these macros might look like:
3469
3470 \c         cmp     ax,bx
3471 \c
3472 \c         if ae
3473 \c                cmp     bx,cx
3474 \c
3475 \c                if ae
3476 \c                        mov     ax,cx
3477 \c                else
3478 \c                        mov     ax,bx
3479 \c                endif
3480 \c
3481 \c         else
3482 \c                cmp     ax,cx
3483 \c
3484 \c                if ae
3485 \c                        mov     ax,cx
3486 \c                endif
3487 \c
3488 \c         endif
3489
3490 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3491 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3492 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3493 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3494
3495
3496 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3497
3498 The following preprocessor directives provide a way to use
3499 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3500
3501 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3502
3503 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3504
3505 \b\c{%local}  (see \k{local})
3506
3507
3508 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3509
3510 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3511 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3512 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3513
3514 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3515 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3516 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3517 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3518
3519 \c some_function:
3520 \c
3521 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3522 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3523 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3524 \c
3525 \c         mov     ax,[i]
3526 \c         mov     bx,[j_ptr]
3527 \c         add     ax,[bx]
3528 \c         ret
3529 \c
3530 \c     %pop                       ; restore original context
3531
3532 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3533 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3534 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3535 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3536
3537
3538 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3539
3540 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3541 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3542 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3543 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3544 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3545
3546 \c %stacksize flat
3547
3548 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3549 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3550 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3551
3552 \c %stacksize flat64
3553
3554 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3555 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3556 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3557
3558 \c %stacksize large
3559
3560 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3561 assumes that a far form of call was used to get to this address
3562 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3563
3564 \c %stacksize small
3565
3566 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3567 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3568 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3569 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3570 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3571 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3572 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3573 (see \k{local}).
3574
3575
3576 \S{local} \i\c{%local} Directive
3577
3578 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3579 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3580 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3581 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3582 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3583 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3584 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3585 instruction.
3586 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3587 An example of its use is the following:
3588
3589 \c silly_swap:
3590 \c
3591 \c     %push mycontext             ; save the current context
3592 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3593 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3594 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3595 \c
3596 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3597 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3598 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3599 \c         mov     ax,bx
3600 \c         mov     dx,cx
3601 \c         mov     bx,[old_ax]
3602 \c         mov     cx,[old_dx]
3603 \c         leave                   ; restore old bp
3604 \c         ret                     ;
3605 \c
3606 \c     %pop                        ; restore original context
3607
3608 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3609 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3610 current context before the \c{%local} directive may be used.
3611 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3612 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3613 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3614 as shown in the example.
3615
3616
3617 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3618
3619 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3620 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3621 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3622 right macros by means of code like this:
3623
3624 \c %ifdef F1
3625 \c     ; do some setup
3626 \c %elifdef F2
3627 \c     ; do some different setup
3628 \c %else
3629 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3630 \c %endif
3631
3632 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3633 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3634 having to wait until the program crashes on being run and then not
3635 knowing what went wrong.
3636
3637 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3638
3639 \c %ifdef F1
3640 \c     ; do some setup
3641 \c %elifdef F2
3642 \c     ; do some different setup
3643 \c %else
3644 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3645 \c     %define F1
3646 \c %endif
3647
3648 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3649 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3650 depend on symbol values.
3651
3652 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3653 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3654 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3655 messages.
3656
3657 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3658 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3659 are expanded in it, which can be used to display more information to
3660 the user.  For example:
3661
3662 \c %if foo > 64
3663 \c     %assign foo_over foo-64
3664 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3665 \c %endif
3666
3667
3668 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3669
3670 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3671 information from external sources. Currently they include:
3672
3673 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3674 preprocessor (see \k{line}).
3675
3676 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3677 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3678
3679 \S{line} \i\c{%line} Directive
3680
3681 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3682 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3683 this other file would be an original source file, with the current
3684 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3685 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3686 number of the original source file, instead of the file that is being
3687 read by NASM.
3688
3689 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3690 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3691 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3692
3693 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3694
3695 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3696 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3697 which specifies a line increment value; each line of the input file
3698 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3699 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3700 specifies the file name of the original source file.
3701
3702 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3703 all file name and line numbers relative to the values specified
3704 therein.
3705
3706
3707 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3708
3709 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3710 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3711 to store the contents of an environment variable into a string, which
3712 could be used at some other point in your code.
3713
3714 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3715 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3716 could do that as follows:
3717
3718 \c %defstr FOO    %!FOO
3719
3720 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3721
3722
3723 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3724
3725 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3726 when it starts to process any source file. If you really need a
3727 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3728 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3729 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3730
3731 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3732 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3733 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3734 described here.
3735
3736
3737 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3738
3739 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3740 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3741 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3742 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3743 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3744 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3745 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3746
3747 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3748 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3749
3750
3751 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3752
3753 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3754 representing the full version number of the version of nasm being used.
3755 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3756 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3757 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3758 would be equivalent to:
3759
3760 \c         dd      0x00622001
3761
3762 or
3763
3764 \c         db      1,32,98,0
3765
3766 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3767 line is used just to give an indication of the order that the separate
3768 values will be present in memory.
3769
3770
3771 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3772
3773 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3774 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3775
3776 \c         db      __NASM_VER__
3777
3778 would expand to
3779
3780 \c         db      "0.98.32"
3781
3782
3783 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3784
3785 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3786 name and line number containing the current instruction. The macro
3787 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3788 current input file (which may change through the course of assembly
3789 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3790 numeric constant giving the current line number in the input file.
3791
3792 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3793 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3794 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3795 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3796 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3797 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3798 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3799 here'. You could then write a macro
3800
3801 \c %macro  notdeadyet 0
3802 \c
3803 \c         push    eax
3804 \c         mov     eax,__LINE__
3805 \c         call    stillhere
3806 \c         pop     eax
3807 \c
3808 \c %endmacro
3809
3810 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3811 find the crash point.
3812
3813
3814 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3815
3816 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3817 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3818 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3819 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3820 mode-dependent macros.
3821
3822 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3823
3824 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3825 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3826 list.
3827
3828 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3829 \c  %define NEWLINE 13, 10
3830 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3831 \c  %define NEWLINE 10
3832 \c %endif
3833
3834
3835 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3836
3837 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3838 assembly session.
3839
3840 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3841 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3842 respectively.)
3843
3844 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3845 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3846 \c{HHMMSS} respectively.
3847
3848 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3849 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3850 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3851 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3852
3853 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3854 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3855 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3856 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3857 undefined.
3858
3859 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3860 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3861 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3862 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3863 local time as if it was UTC.
3864
3865 All instances of time and date macros in the same assembly session
3866 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3867 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3868 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3869 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3870 clock:
3871
3872 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3873 \c       __TIME__             "00:00:42"
3874 \c       __DATE_NUM__         20100101
3875 \c       __TIME_NUM__         000042
3876 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3877 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3878 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3879 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3880 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3881
3882
3883 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3884 Include Test
3885
3886 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3887 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3888 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3889 testing if a particular package is invoked or not.
3890
3891 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3892 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3893
3894
3895 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
3896
3897 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
3898 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
3899 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
3900 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
3901
3902 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
3903 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
3904 change in future versions of NASM.}
3905
3906
3907 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3908
3909 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3910 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3911 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3912 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3913
3914 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
3915 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
3916 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
3917 the value of the base offset, and the name of the data type with the
3918 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
3919 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
3920 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
3921 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
3922 the definition.
3923
3924 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3925 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3926
3927 \c struc   mytype
3928 \c
3929 \c   mt_long:      resd    1
3930 \c   mt_word:      resw    1
3931 \c   mt_byte:      resb    1
3932 \c   mt_str:       resb    32
3933 \c
3934 \c endstruc
3935
3936 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3937 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3938 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3939 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3940
3941 The reason why the structure type name is defined at zero by default
3942 is a side effect of allowing structures to work with the local label
3943 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3944 more than one structure, you can define the above structure like this:
3945
3946 \c struc mytype
3947 \c
3948 \c   .long:        resd    1
3949 \c   .word:        resw    1
3950 \c   .byte:        resb    1
3951 \c   .str:         resb    32
3952 \c
3953 \c endstruc
3954
3955 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3956 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3957
3958 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3959 support any form of period notation to refer to the elements of a
3960 structure once you have one (except the above local-label notation),
3961 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3962 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3963 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3964 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3965
3966 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
3967 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
3968
3969 \c push ebp
3970 \c mov ebp, esp
3971 \c sub esp, 40
3972
3973 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
3974
3975 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
3976
3977 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
3978 a base offset:
3979
3980 \c struc mytype, -40
3981
3982 And access an element this way:
3983
3984 \c mov [ebp + mytype.word], ax
3985
3986
3987 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3988 \i{Instances of Structures}
3989
3990 Having defined a structure type, the next thing you typically want
3991 to do is to declare instances of that structure in your data
3992 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
3993 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
3994 you code something like this:
3995
3996 \c mystruc:
3997 \c     istruc mytype
3998 \c
3999 \c         at mt_long, dd      123456
4000 \c         at mt_word, dw      1024
4001 \c         at mt_byte, db      'x'
4002 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
4003 \c
4004 \c     iend
4005
4006 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
4007 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
4008 specified structure field, and then to declare the specified data.
4009 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
4010 they were specified in the structure definition.
4011
4012 If the data to go in a structure field requires more than one source
4013 line to specify, the remaining source lines can easily come after
4014 the \c{AT} line. For example:
4015
4016 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
4017 \c                     db      190,100,0
4018
4019 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
4020 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
4021 line:
4022
4023 \c         at mt_str
4024 \c                 db      'hello, world'
4025 \c                 db      13,10,0
4026
4027
4028 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
4029
4030 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
4031 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
4032 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
4033 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
4034
4035 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
4036 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
4037 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
4038 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
4039 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
4040
4041 Both macros require their first argument to be a power of two; they
4042 both compute the number of additional bytes required to bring the
4043 length of the current section up to a multiple of that power of two,
4044 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
4045 perform the alignment.
4046
4047 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
4048 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
4049 second argument is specified, the two macros are equivalent.
4050 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
4051 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
4052 except for special purposes.
4053
4054 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
4055 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
4056 power of two, or if their second argument generates more than one
4057 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
4058 thing.
4059
4060 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4061 be used within structure definitions:
4062
4063 \c struc mytype2
4064 \c
4065 \c   mt_byte:
4066 \c         resb 1
4067 \c         alignb 2
4068 \c   mt_word:
4069 \c         resw 1
4070 \c         alignb 4
4071 \c   mt_long:
4072 \c         resd 1
4073 \c   mt_str:
4074 \c         resb 32
4075 \c
4076 \c endstruc
4077
4078 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4079 relative to the base of the structure.
4080
4081 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4082 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4083 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4084 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4085 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4086 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4087 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4088
4089 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4090
4091
4092 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4093
4094 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4095 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4096 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4097 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4098
4099 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4100 quoted or not.
4101
4102
4103 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4104
4105 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4106 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4107 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4108 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4109 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4110 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4111
4112 Example use:
4113
4114 \c %use altreg
4115 \c
4116 \c proc:
4117 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4118 \c       ret
4119
4120 See also \k{reg64}.
4121
4122
4123 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4124
4125 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4126 macro which is more powerful than the default (and
4127 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4128 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4129 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4130 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4131 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4132 sequence.
4133
4134 The specific instructions generated can be controlled with the
4135 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4136 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4137 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1
4138 (or set it to \c{nojmp}). The following modes are possible:
4139
4140 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4141 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4142 default.
4143
4144 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4145 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4146 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4147
4148 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4149 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4150 threshold is 16.
4151
4152 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4153 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4154 threshold is 16.
4155
4156 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4157 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4158 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4159 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4160
4161 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4162 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4163 are used internally by this macro package.
4164
4165
4166 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4167
4168 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4169 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4170 directives. These are described in this chapter.
4171
4172 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4173 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4174 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4175 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4176 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4177 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4178
4179 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4180 directives are not.
4181
4182 In addition to the universal directives described in this chapter,
4183 each object file format can optionally supply extra directives in
4184 order to control particular features of that file format. These
4185 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4186 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4187
4188
4189 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4190
4191 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4192 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4193 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4194 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4195
4196 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4197 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4198 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4199 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4200 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4201 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4202 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4203 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4204
4205 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4206 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4207 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4208 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4209 device drivers and boot loader software.
4210
4211 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4212 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4213 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4214 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4215
4216 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4217 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4218 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4219 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4220 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4221 need an 0x67.
4222
4223 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4224 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4225 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4226
4227 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4228 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4229 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4230 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4231 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4232 necessary.
4233
4234 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4235 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4236 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4237 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4238 REX prefix is used.
4239
4240 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4241 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4242 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4243
4244 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4245
4246 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4247
4248 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4249 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4250
4251
4252 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4253
4254 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4255 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4256 specify most features directly.  However, this is occationally
4257 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4258 to use.
4259
4260 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4261 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4262 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4263 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4264 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4265 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4266
4267 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4268 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4269 other special functions in 64-bit mode, and generating
4270 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4271
4272 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4273
4274 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4275 Sections}
4276
4277 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4278 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4279 which section of the output file the code you write will be
4280 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4281 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4282 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4283 define a new section, if you try to switch to a section that does
4284 not (yet) exist.
4285
4286 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4287 \k{multisec}, all support
4288 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4289 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4290 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4291 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4292 name that has one.
4293
4294
4295 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4296
4297 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4298 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4299 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4300 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4301 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4302 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4303 it. So the user-level directive
4304
4305 \c         SECTION .text
4306
4307 expands to the two lines
4308
4309 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4310 \c         [SECTION .text]
4311
4312 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4313 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4314 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4315
4316 \c %macro  writefile 2+
4317 \c
4318 \c         [section .data]
4319 \c
4320 \c   %%str:        db      %2
4321 \c   %%endstr:
4322 \c
4323 \c         __SECT__
4324 \c
4325 \c         mov     dx,%%str
4326 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4327 \c         mov     bx,%1
4328 \c         mov     ah,0x40
4329 \c         int     0x21
4330 \c
4331 \c %endmacro
4332
4333 This form of the macro, once passed a string to output, first
4334 switches temporarily to the data section of the file, using the
4335 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4336 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4337 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4338 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4339 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4340 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4341 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4342 code in any of several separate code sections.
4343
4344
4345 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4346
4347 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4348 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4349 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4350 given absolute address. The only instructions you can use in this
4351 mode are the \c{RESB} family.
4352
4353 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4354
4355 \c absolute 0x1A
4356 \c
4357 \c     kbuf_chr    resw    1
4358 \c     kbuf_free   resw    1
4359 \c     kbuf        resw    16
4360
4361 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4362 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4363 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4364
4365 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4366 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4367
4368 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4369 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4370
4371 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4372 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4373 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4374 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4375
4376 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4377 \c
4378 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4379 \c
4380 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4381 \c setup:
4382 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4383 \c
4384 \c absolute setup
4385 \c
4386 \c runtimevar1     resw    1
4387 \c runtimevar2     resd    20
4388 \c
4389 \c tsr_end:
4390
4391 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4392 after the setup has finished running, the space it took up can be
4393 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4394 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4395 needs to be made resident.
4396
4397
4398 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4399
4400 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4401 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4402 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4403 defined in some other module and needs to be referred to by this
4404 one. Not every object-file format can support external variables:
4405 the \c{bin} format cannot.
4406
4407 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4408 argument is the name of a symbol:
4409
4410 \c extern  _printf
4411 \c extern  _sscanf,_fscanf
4412
4413 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4414 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4415 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4416 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4417 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4418 by means of the directive
4419
4420 \c extern  _variable:wrt dgroup
4421
4422 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4423 only in that it can take only one argument at a time: the support
4424 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4425
4426 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4427 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4428 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4429
4430
4431 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4432
4433 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4434 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4435 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4436 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4437 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4438
4439 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4440 the definition of the symbol.
4441
4442 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4443 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4444 \c{GLOBAL} directive. For example:
4445
4446 \c global _main
4447 \c _main:
4448 \c         ; some code
4449
4450 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4451 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4452 example, lets you specify whether global data items are functions or
4453 data:
4454
4455 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4456
4457 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4458 user-level form only in that it can take only one argument at a
4459 time.
4460
4461
4462 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4463
4464 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4465 A common variable is much like a global variable declared in the
4466 uninitialized data section, so that
4467
4468 \c common  intvar  4
4469
4470 is similar in function to
4471
4472 \c global  intvar
4473 \c section .bss
4474 \c
4475 \c intvar  resd    1
4476
4477 The difference is that if more than one module defines the same
4478 common variable, then at link time those variables will be
4479 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4480 at the same piece of memory.
4481
4482 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4483 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4484 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4485 specify the alignment requirements of a common variable:
4486
4487 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4488 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4489
4490 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4491 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4492 only one argument at a time.
4493
4494
4495 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4496
4497 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4498 are available on the specified CPU.
4499
4500 Options are:
4501
4502 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4503
4504 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4505
4506 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4507
4508 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4509
4510 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4511
4512 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4513
4514 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4515
4516 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4517
4518 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4519
4520 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4521
4522 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4523
4524 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4525
4526 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4527
4528 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4529
4530 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4531
4532 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4533
4534 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4535
4536 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4537 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4538 instructions are available.
4539
4540
4541 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4542
4543 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4544 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4545 this behaviour:
4546
4547 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4548
4549 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4550
4551 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4552
4553 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4554
4555 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4556
4557 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4558
4559 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4560
4561 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4562 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4563 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4564
4565 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4566 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4567
4568
4569 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4570
4571 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4572 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4573 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4574 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4575 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4576 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4577
4578 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4579 output file based on the input file name and the chosen output
4580 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4581 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4582 name, and substituting an extension defined by the output format.
4583 The extensions are given with each format below.
4584
4585
4586 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4587
4588 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4589 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4590 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4591 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4592 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4593 development.
4594
4595 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4596 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4597
4598 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4599 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4600 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4601 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4602
4603 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4604 leaves your file name as it is once the original extension has been
4605 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4606 into a binary file called \c{binprog}.
4607
4608
4609 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4610
4611 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4612 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4613 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4614 the program begins at when it is loaded into memory.
4615
4616 For example, the following code will generate the longword
4617 \c{0x00000104}:
4618
4619 \c         org     0x100
4620 \c         dd      label
4621 \c label:
4622
4623 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4624 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4625 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4626 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4627 offset which is added to all internal address references within the
4628 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4629 does. See \k{proborg} for further comments.
4630
4631
4632 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4633 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4634
4635 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4636 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4637 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4638 end of the section-definition line. For example,
4639
4640 \c section .data   align=16
4641
4642 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4643 aligned on a 16-byte boundary.
4644
4645 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4646 section start address must be forced to zero. The alignment value
4647 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4648 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4649
4650
4651 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4652
4653 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4654 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4655
4656 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4657 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4658 of course).
4659
4660 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4661 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4662 \i\c{start=}.
4663
4664 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4665 for the calculation of all memory references within that section
4666 with \i\c{vstart=}.
4667
4668 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4669 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4670 start address.
4671
4672 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4673 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4674 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4675
4676 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4677 is directed by default into the \c{.text} section.
4678
4679 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4680 by default.
4681
4682 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4683 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4684 has been specified.
4685
4686 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4687 alignment has been specified.
4688
4689 \b Sections may not overlap.
4690
4691 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4692 which may be used in your code.
4693
4694 \S{map}\i{Map Files}
4695
4696 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4697 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4698 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4699 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4700 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4701 brackets must be used.
4702
4703
4704 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4705
4706 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4707 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4708 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4709 similar utilities.
4710
4711 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4712 the \c{ith} file format.
4713
4714 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4715
4716
4717 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4718
4719 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4720 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4721 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4722 similar utilities.
4723
4724 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4725 the \c{srec} file format.
4726
4727 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4728
4729
4730 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4731
4732 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4733 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4734 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4735 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4736
4737 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4738
4739 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4740 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4741 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4742 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4743 file format.
4744
4745 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4746 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4747 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4748
4749 If your source file contains code before specifying an explicit
4750 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4751 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4752
4753 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4754 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4755 address of the segment. So, for example:
4756
4757 \c segment data
4758 \c
4759 \c dvar:   dw      1234
4760 \c
4761 \c segment code
4762 \c
4763 \c function:
4764 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4765 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4766 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4767 \c         ret
4768
4769 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4770 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4771 like
4772
4773 \c extern  foo
4774 \c
4775 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4776 \c       mov   ds,ax
4777 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4778 \c       mov   es,ax
4779 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4780 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4781
4782
4783 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4784 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4785
4786 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4787 directive to allow you to specify various properties of the segment
4788 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4789 end of the segment-definition line. For example,
4790
4791 \c segment code private align=16
4792
4793 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4794 segment, and requires that the portion of it described in this code
4795 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4796
4797 The available qualifiers are:
4798
4799 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4800 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4801 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4802 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4803 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4804 than stuck end-to-end.
4805
4806 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4807 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4808 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4809 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4810 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4811 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4812 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4813 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4814 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4815
4816 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4817 indicates to the linker that segments of the same class should be
4818 placed near each other in the output file. The class name can be any
4819 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4820
4821 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4822 as an argument, and provides overlay information to an
4823 overlay-capable linker.
4824
4825 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4826 the effect of recording the choice in the object file and also
4827 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4828 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4829
4830 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4831 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4832 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4833 defines the group if it is not already defined.
4834
4835 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4836 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4837 are currently known to make sensible use of this feature;
4838 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4839 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4840 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4841
4842 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4843 class, no overlay, and \c{USE16}.
4844
4845
4846 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4847
4848 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4849 single segment register can be used to refer to all the segments in
4850 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4851 you can code
4852
4853 \c segment data
4854 \c
4855 \c         ; some data
4856 \c
4857 \c segment bss
4858 \c
4859 \c         ; some uninitialized data
4860 \c
4861 \c group dgroup data bss
4862
4863 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4864 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4865 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4866 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4867 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4868 segment register.
4869
4870 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4871 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4872 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4873 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4874 base rather than the segment base.
4875
4876 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4877 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4878 segment which is part of more than one group will default to being
4879 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4880
4881 A group does not have to contain any segments; you can still make
4882 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4883 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4884 \c{FLAT} with no segments in it.
4885
4886
4887 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4888
4889 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4890 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4891 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4892 segment, group and symbol names that are written to the object file
4893 to be forced to upper case just before being written. Within a
4894 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4895 be written entirely in upper case if desired.
4896
4897 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4898
4899
4900 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4901 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4902
4903 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4904 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4905 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4906 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4907
4908 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4909 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4910 wish to import and the name of the library you wish to import it
4911 from. For example:
4912
4913 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4914
4915 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4916 known in the library you are importing it from, in case this is not
4917 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4918 once you have imported it. For example:
4919
4920 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4921
4922
4923 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4924 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4925
4926 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4927 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4928 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4929 using the \c{EXPORT} directive.
4930
4931 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4932 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4933 optional second parameter (separated by white space from the first)
4934 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4935 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4936 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4937 off.
4938
4939 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4940 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4941 space. If further parameters are given, the external name must also
4942 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4943 available attributes are:
4944
4945 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4946 resident by the system loader. This is an optimisation for
4947 frequently used symbols imported by name.
4948
4949 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4950 does not make use of any initialized data.
4951
4952 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4953 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4954 between 32-bit and 16-bit segments.
4955
4956 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4957 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4958 the desired number.
4959
4960 For example:
4961
4962 \c     export  myfunc
4963 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4964 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4965 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4966
4967
4968 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4969 Point}
4970
4971 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4972 define the program entry point, where execution will begin when the
4973 program is run. If the object file that defines the entry point is
4974 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4975 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4976 begin.
4977
4978
4979 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4980 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4981
4982 If you declare an external symbol with the directive
4983
4984 \c     extern  foo
4985
4986 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4987 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4988 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
4989 \c{foo} you will usually need to do something like
4990
4991 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
4992 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
4993 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
4994
4995 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
4996 is going to be accessible from a given segment or group, say
4997 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
4998 simply code
4999
5000 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
5001
5002 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
5003 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
5004 alternative form
5005
5006 \c     extern  foo:wrt dgroup
5007
5008 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
5009 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
5010 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
5011 \c{foo wrt dgroup}.
5012
5013 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
5014 to make externals appear to be relative to any group or segment in
5015 your program. It can also be applied to common variables: see
5016 \k{objcommon}.
5017
5018
5019 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
5020 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
5021
5022 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
5023 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
5024 specify which your variables should be by the use of the syntax
5025
5026 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
5027 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
5028
5029 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
5030 OMF specification says that they are declared as a number of
5031 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
5032 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
5033 five-byte elements or one ten-byte element.
5034
5035 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
5036 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
5037 the variable size, to match when resolving common variables declared
5038 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
5039 the element size on your far common variables. This is done by the
5040 following syntax:
5041
5042 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
5043 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
5044
5045 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
5046 keyword is not required when an element size is specified, since
5047 only far commons may have element sizes at all. So the above
5048 declarations could equivalently be
5049
5050 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
5051 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
5052
5053 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
5054 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
5055 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
5056
5057 \c common  foo     10:wrt dgroup
5058 \c common  bar     16:far 2:wrt data
5059 \c common  baz     24:wrt data:6
5060
5061
5062 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5063
5064 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5065 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5066 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5067 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5068
5069 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5070
5071 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5072 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5073 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5074 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5075 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5076 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5077 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5078 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5079
5080
5081 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5082 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5083
5084 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5085 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5086 and properties of sections you declare. Section types and properties
5087 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5088 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5089 these qualifiers.
5090
5091 The available qualifiers are:
5092
5093 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5094 code section. This marks the section as readable and executable, but
5095 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5096 section is code.
5097
5098 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5099 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5100 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5101 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5102
5103 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5104 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5105 constants in it.
5106
5107 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5108 which is not included in the executable file by the linker, but may
5109 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5110 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5111 linker to interpret the contents of the section as command-line
5112 options.
5113
5114 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5115 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5116 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5117 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5118 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5119 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5120 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5121 for data (and BSS) sections.
5122 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5123 alignment), though the value does not matter.
5124
5125 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5126 qualifiers are:
5127
5128 \c section .text    code  align=16
5129 \c section .data    data  align=4
5130 \c section .rdata   rdata align=8
5131 \c section .bss     bss   align=4
5132
5133 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5134
5135 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5136
5137 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5138 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5139 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5140 designated read-only table and have alleged entry point verified
5141 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5142 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5143 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5144 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5145 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5146 will not be performed for application in question. Table omission is by
5147 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5148 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5149 \c{/safeseh} command line option.
5150
5151 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5152 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5153 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5154
5155 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5156
5157 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5158
5159 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5160 line to source code:
5161
5162 \c $@feat.00 equ 1
5163
5164 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5165 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5166 developer would choose to assign another value in source file, it would
5167 still be perfectly possible.
5168
5169 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5170 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5171 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5172 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5173 table." Its typical use would be:
5174
5175 \c section .text
5176 \c extern  _MessageBoxA@16
5177 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5178 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5179 \c %endif
5180 \c handler:
5181 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5182 \c         push    DWORD caption
5183 \c         push    DWORD text
5184 \c         push    DWORD 0
5185 \c         call    _MessageBoxA@16
5186 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5187 \c                         ; for exception handler
5188 \c         ret
5189 \c global  _main
5190 \c _main:
5191 \c         push    DWORD handler
5192 \c         push    DWORD [fs:0]
5193 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5194 \c         xor     eax,eax
5195 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5196 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5197 \c         add     esp,4
5198 \c         ret
5199 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5200 \c caption:db      'SEGV',0
5201 \c
5202 \c section .drectve info
5203 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5204
5205 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5206 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5207 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5208 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5209 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5210 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5211 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5212 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5213 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5214 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5215 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5216 no notification is provided and user is left with no clue on what
5217 caused application failure.
5218
5219 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5220 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5221 data for "safe exception handler table" causes no backward
5222 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5223 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5224
5225
5226 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5227
5228 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5229 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5230 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5231 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5232 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5233
5234 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5235
5236 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5237 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5238 references. Consider a switch dispatch table:
5239
5240 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
5241 \c         ...
5242 \c dsptch: dq      case0
5243 \c         dq      case1
5244 \c         ...
5245
5246 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5247 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5248 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
5249 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
5250 following:
5251
5252 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5253 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
5254
5255 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5256 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5257 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5258 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5259 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5260 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5261 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5262 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5263 But no worry, it's trivial to fix:
5264
5265 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5266 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
5267 \c         jmp     rbx
5268 \c         ...
5269 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5270 \c         dq      case1-dsptch
5271 \c         ...
5272
5273 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5274 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5275 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5276 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5277 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5278 these image-relative references:
5279
5280 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5281 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
5282 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5283 \c         add     rbx,rax
5284 \c         jmp     rbx
5285 \c         ...
5286 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5287 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5288
5289 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5290 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5291 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5292 become apparent in next paragraph.
5293
5294 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5295 operand only:
5296
5297 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5298 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5299 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5300 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5301
5302 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5303
5304 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5305 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5306 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5307 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5308 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5309 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5310 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5311 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5312 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5313 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5314 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5315 top of the stack.
5316
5317 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5318 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5319 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5320 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5321 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5322 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5323 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5324 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5325 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5326 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5327 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5328 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5329 copying caller's return address to the top of stack and this would
5330 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5331 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5332 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5333 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5334 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5335 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5336 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5337 no, no trace of failure is left.
5338
5339 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5340 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5341 is checked for presence of reference to custom language-specific
5342 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5343 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5344 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5345 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5346 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5347 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5348 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5349 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5350 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5351 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5352 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5353 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5354 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5355 terminating the application.
5356
5357 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5358 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5359 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5360 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5361 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5362 leaf function:
5363
5364 \c default rel
5365 \c section .text
5366 \c extern  MessageBoxA
5367 \c handler:
5368 \c         sub     rsp,40
5369 \c         mov     rcx,0
5370 \c         lea     rdx,[text]
5371 \c         lea     r8,[caption]
5372 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5373 \c         call    MessageBoxA
5374 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5375 \c                         ; for exception handler
5376 \c         add     rsp,40
5377 \c         ret
5378 \c global  main
5379 \c main:
5380 \c         xor     rax,rax
5381 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5382 \c         ret
5383 \c main_end:
5384 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5385 \c caption:db      'SEGV',0
5386 \c
5387 \c section .pdata  rdata align=4
5388 \c         dd      main wrt ..imagebase
5389 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5390 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5391 \c section .xdata  rdata align=8
5392 \c xmain:  db      9,0,0,0
5393 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5394 \c section .drectve info
5395 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5396
5397 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5398 start and end addresses of function" along with reference to associated
5399 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5400 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5401 designated exception handler. References are \e{required} to be
5402 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5403 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5404 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5405 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5406 references, not only above listed required ones, placed into these two
5407 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5408 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5409 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5410 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5411
5412 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5413 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5414 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5415 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5416 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5417 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5418 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5419 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5420 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5421 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5422 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5423 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5424 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5425 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5426 unwinding procedure. Consider following example:
5427
5428 \c function:
5429 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5430 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5431 \c         push    rbx
5432 \c         push    rbp
5433 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5434 \c         sub     r11,rcx
5435 \c         and     r11,-64
5436 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5437 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5438 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5439 \c magic_point:
5440 \c         ...
5441 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5442 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5443 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5444 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5445 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5446 \c         ret
5447
5448 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5449 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5450 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5451 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5452 custom language-specific exception handler would look like this:
5453
5454 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5455 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5456 \c {   ULONG64 *rsp;
5457 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5458 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5459 \c     else
5460 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5461 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5462 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5463 \c         context->R15 = rsp[-1];
5464 \c     }
5465 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5466 \c
5467 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5468 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5469 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5470 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5471 \c     return ExceptionContinueSearch;
5472 \c }
5473
5474 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5475 structure does not have to contain any information about stack frame
5476 and its layout.
5477
5478 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5479
5480 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5481 linking with the \i{DJGPP} linker.
5482
5483 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5484
5485 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5486 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5487 the \c{info} section type are not supported.
5488
5489 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5490
5491 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5492 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5493 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5494
5495 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5496
5497 \H{elffmt} \i\c{elf32} and \i\c{elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5498 Format} Object Files
5499
5500 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},
5501 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5502 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5503 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5504
5505 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5506
5507 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5508 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5509  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5510  most systems which support ELF.
5511
5512 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5513 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5514
5515 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5516 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5517 and properties of sections you declare. Section types and properties
5518 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5519 names}, but may still be
5520 overridden by these qualifiers.
5521
5522 The available qualifiers are:
5523
5524 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5525 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5526 which is not, such as an informational or comment section.
5527
5528 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5529 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5530 which should not.
5531
5532 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5533 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5534 not.
5535
5536 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5537 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5538 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5539 contents given, such as a BSS section.
5540
5541 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5542 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5543 requirements of the section.
5544
5545 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5546 thread local variables.
5547
5548 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5549 qualifiers are:
5550
5551 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5552 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5553
5554 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5555 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5556 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5557 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5558 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5559 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5560 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5561 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5562 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5563 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5564 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5565
5566 (Any section name other than those in the above table
5567  is treated by default like \c{other} in the above table.
5568  Please note that section names are case sensitive.)
5569
5570
5571 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5572 Symbols and \i\c{WRT}
5573
5574 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5575 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5576 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5577 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5578 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5579
5580 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5581 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5582 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5583 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5584 types.
5585
5586 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5587 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5588 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5589 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5590
5591 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5592 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5593 beginning of the current section to the global offset table.
5594 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5595 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5596 result to get the real address of the GOT.
5597
5598 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5599 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5600 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5601 would give the real address of the location you wanted.
5602
5603 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5604 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5605 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5606 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5607 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5608 address of the symbol.
5609
5610 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5611 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5612 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5613 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5614 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5615 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5616 entries absolutely.
5617
5618 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5619 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5620 relative to the start of the section and then adding on the offset
5621 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5622 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5623 peculiarity of the dynamic linker.
5624
5625 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5626 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5627
5628 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5629 Symbols and \i\c{WRT}
5630
5631 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5632 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5633 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5634 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5635 of the symbol with code such as:
5636
5637 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5638 \c        mov  [gs:eax],ebx
5639
5640
5641 \b In ELF64 mode, referring to an external or global symbol using
5642 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5643 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5644 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5645 of the symbol with code such as:
5646
5647 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5648 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5649
5650
5651 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5652 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5653
5654 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5655 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5656 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5657 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5658 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5659 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5660 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5661 to specify these features.
5662
5663 You can specify whether a global variable is a function or a data
5664 object by suffixing the name with a colon and the word
5665 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5666 \c{data}.) For example:
5667
5668 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5669
5670 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5671 \c{hashtable} as a data object.
5672
5673 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5674 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5675 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5676 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5677
5678 \c global   hashlookup:function hidden
5679
5680 You can also specify the size of the data associated with the
5681 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5682 forward references) after the type specifier. Like this:
5683
5684 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5685 \c
5686 \c hashtable:
5687 \c         db this,that,theother  ; some data here
5688 \c .end:
5689
5690 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5691 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5692
5693 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5694 writing shared library code. For more information, see
5695 \k{picglobal}.
5696
5697
5698 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5699 \I{COMMON, elf extensions to}
5700
5701 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5702 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5703 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5704 power of two) after the name and size of the common variable,
5705 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5706 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5707
5708 \c common  dwordarray 128:4
5709
5710 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5711 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5712
5713
5714 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5715 \I{ELF, 16-bit code and}
5716
5717 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5718 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5719 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5720 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5721 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5722 these relocations is generated.
5723
5724 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5725 \I{ELF, Debug formats and}
5726
5727 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5728 Line number information is generated for all executable sections, but please
5729 note that only the ".text" section is executable by default.
5730
5731 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5732
5733 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5734 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5735 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5736 the magic number in the first four bytes of the file is
5737 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5738 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5739 implementation does not.
5740
5741 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5742
5743 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5744 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5745 extensions to any standard directives. It supports only the three
5746 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5747
5748
5749 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5750 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5751
5752 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5753 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5754 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5755 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5756 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5757 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5758 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5759
5760 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5761
5762 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5763 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5764 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5765 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5766 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5767
5768 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5769 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5770 this.
5771
5772
5773 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5774
5775 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5776 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5777 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5778 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5779 itself \c{a.out}.
5780
5781 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5782 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5783
5784 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5785 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5786 and no 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}.  The
5788 only special symbol supported is \c{..start}.
5789
5790
5791 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5792 Format}
5793
5794 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5795 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5796 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5797 format the internal structure of the assembler.
5798
5799 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5800 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5801 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5802 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5803
5804 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5805 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5806 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5807 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5808 execute an RDF executable under Linux.
5809
5810 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5811 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5812
5813
5814 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5815
5816 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5817 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5818 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5819 which is the name of the module:
5820
5821 \c     library  mylib.rdl
5822
5823
5824 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5825
5826 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5827 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5828 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5829 of current module:
5830
5831 \c     module  mymodname
5832
5833 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5834 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5835 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5836
5837 \c     module  $kernel.core
5838
5839
5840 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5841 rdf extensions to}
5842
5843 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5844 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5845 telling the linker do not strip it from target executable or library
5846 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5847 is a procedure (function) or data object.
5848
5849 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5850 symbol exported:
5851
5852 \c     global  sys_open:export
5853
5854 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5855 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5856
5857 \c     global  sys_open:export proc
5858
5859 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5860 or \i\c{object} to the directive:
5861
5862 \c     global  kernel_ticks:export data
5863
5864
5865 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
5866 rdf extensions to}
5867
5868 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
5869 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5870 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5871 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5872 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5873 (function) or data object. For example:
5874
5875 \c     library $libc
5876 \c     extern  _open:import
5877 \c     extern  _printf:import proc
5878 \c     extern  _errno:import data
5879
5880 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5881 a hint as to where to find requested symbols.
5882
5883
5884 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5885
5886 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5887 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5888 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
5889 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5890
5891 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5892 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5893 transactions between the main body of NASM and the output-format
5894 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5895 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5896 of the various requests the main program makes of the output driver,
5897 and in what order they happen.
5898
5899 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5900
5901 \c nasm -f dbg filename.asm
5902
5903 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5904 However, this will not work well on files which were designed for a
5905 different object format, because each object format defines its own
5906 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5907 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5908 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5909 native object format selected:
5910
5911 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5912 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5913
5914 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5915 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5916 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5917 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5918 the final diagnostic output.
5919
5920 This workaround will still typically not work for programs intended
5921 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5922 directives have side effects of defining the segment and group names
5923 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5924 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5925 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5926 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5927
5928 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5929 them all to its output file.
5930
5931
5932 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5933
5934 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5935 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5936 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5937 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5938 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5939
5940
5941 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5942
5943 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5944 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5945 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5946 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5947 support the \c{.COM} format.
5948
5949 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5950 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5951 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5952 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5953 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5954 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5955 Yann Guidon for contributing the code for this.
5956
5957 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5958 future releases.
5959
5960
5961 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5962
5963 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5964 by linking \c{.OBJ} files together.
5965
5966 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5967 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5968 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5969 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5970 An LZH archiver can be found at
5971 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5972 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5973 sources) called \i{FREELINK}, available from
5974 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5975 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5976 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5977 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5978 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5979
5980 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5981 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5982 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5983 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5984 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5985 field in the output file header; if more than one defines a start
5986 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5987
5988 An example of a NASM source file which can be assembled to a
5989 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
5990 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
5991 the segment registers, and declaring a start point. This file is
5992 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
5993 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
5994
5995 \c segment code
5996 \c
5997 \c ..start:
5998 \c         mov     ax,data
5999 \c         mov     ds,ax
6000 \c         mov     ax,stack
6001 \c         mov     ss,ax
6002 \c         mov     sp,stacktop
6003
6004 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
6005 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
6006 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
6007 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
6008 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
6009 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
6010 execute on.
6011
6012 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
6013 beginning of this code, which means that will be the entry point
6014 into the resulting executable file.
6015
6016 \c         mov     dx,hello
6017 \c         mov     ah,9
6018 \c         int     0x21
6019
6020 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
6021 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
6022 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
6023 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
6024
6025 \c         mov     ax,0x4c00
6026 \c         int     0x21
6027
6028 This terminates the program using another DOS system call.
6029
6030 \c segment data
6031 \c
6032 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
6033
6034 The data segment contains the string we want to display.
6035
6036 \c segment stack stack
6037 \c         resb 64
6038 \c stacktop:
6039
6040 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
6041 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
6042 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
6043 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
6044 necessary to the correct running of the program, but linkers are
6045 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
6046 type \c{STACK}.
6047
6048 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
6049 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
6050 world' and then exit.
6051
6052
6053 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
6054
6055 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
6056 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
6057 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
6058 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
6059 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6060 \c{.EXE} files.
6061
6062 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6063 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6064 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6065
6066 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6067 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6068 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6069 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6070 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6071 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6072 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6073 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6074 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6075
6076 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6077 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6078 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6079 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6080 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6081 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6082 explicitly issue one of your own.
6083
6084 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6085 since this would require a relocation in the header, and things
6086 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6087 base by copying it out of \c{CS} instead.
6088
6089 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6090 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6091 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6092 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6093 \c{EXE_stack 64}.
6094
6095 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6096 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6097 \c{binexe.asm}.
6098
6099
6100 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6101
6102 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6103 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6104 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6105 output format.
6106
6107
6108 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6109
6110 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6111 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6112 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6113 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6114 like
6115
6116 \c         org 100h
6117 \c
6118 \c section .text
6119 \c
6120 \c start:
6121 \c         ; put your code here
6122 \c
6123 \c section .data
6124 \c
6125 \c         ; put data items here
6126 \c
6127 \c section .bss
6128 \c
6129 \c         ; put uninitialized data here
6130
6131 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6132 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6133 you want to and the code will still end up at the front of the file
6134 where it belongs.
6135
6136 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6137 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6138 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6139 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6140 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6141 run.
6142
6143 To assemble the above program, you should use a command line like
6144
6145 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6146
6147 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6148 explicit output file name were specified, so you have to override it
6149 and give the desired file name.
6150
6151
6152 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6153
6154 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6155 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6156 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6157 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6158 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6159 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6160 file.
6161
6162 If you do this, you need to take care of several things:
6163
6164 \b The first object file containing code should start its code
6165 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6166 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6167 segment, so that the linker or converter program does not have to
6168 adjust address references within the file when generating the
6169 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6170 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6171 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6172 in MASM-compatible assemblers.
6173
6174 \b You don't need to define a stack segment.
6175
6176 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6177 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6178 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6179 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6180
6181
6182 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6183
6184 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6185 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6186 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6187 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6188 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6189 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6190 your code segment.
6191
6192 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6193 the various routines inside the driver which do the work. This
6194 structure should be defined at the start of the code segment, even
6195 though it is not actually code.
6196
6197 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6198 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6199 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6200 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6201
6202
6203 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6204
6205 This section covers the basics of writing assembly routines that
6206 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6207 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6208 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6209
6210
6211 \S{16cunder} External Symbol Names
6212
6213 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6214 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6215 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6216 appears in the C program. So, for example, the function a C
6217 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6218 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6219 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6220 not have to worry about name clashes with C symbols.
6221
6222 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6223 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6224
6225 \c %macro  cglobal 1
6226 \c
6227 \c   global  _%1
6228 \c   %define %1 _%1
6229 \c
6230 \c %endmacro
6231 \c
6232 \c %macro  cextern 1
6233 \c
6234 \c   extern  _%1
6235 \c   %define %1 _%1
6236 \c
6237 \c %endmacro
6238
6239 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6240 \c{%rep} construct could solve this.)
6241
6242 If you then declare an external like this:
6243
6244 \c cextern printf
6245
6246 then the macro will expand it as
6247
6248 \c extern  _printf
6249 \c %define printf _printf
6250
6251 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6252 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6253
6254 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6255 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6256 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6257
6258 Also see \k{opt-pfix}.
6259
6260 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6261
6262 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6263 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6264 writing for. This means you have to keep track of the following
6265 things:
6266
6267 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6268 functions are near. This means that function pointers, when stored
6269 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6270 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6271 never changes its value, and always gives the segment part of the
6272 full function address), and that functions are called using ordinary
6273 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6274 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6275 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6276 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6277
6278 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6279 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6280 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6281 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6282 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6283 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6284 \c{CALL FAR} to call external routines.
6285
6286 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6287 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6288 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6289 segment part of the full data item address).
6290
6291 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6292 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6293 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6294 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6295 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6296 pointers you are passed.
6297
6298 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6299 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6300 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6301 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6302 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6303
6304 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6305 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6306 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6307 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6308 and global data items can both be accessed easily without changing
6309 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6310 segments. However, some memory models (though not the standard
6311 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6312 same value to be removed. Be careful about functions' local
6313 variables in this latter case.
6314
6315 In models with a single code segment, the segment is called
6316 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6317 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6318 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6319 called \i\c{_DATA}.
6320
6321
6322 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6323
6324 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6325 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6326 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6327 doing the calling and the function which gets called.
6328
6329 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6330 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6331 argument specified to the function is pushed last).
6332
6333 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6334 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6335 memory model.
6336
6337 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6338 actually necessary, in functions which do not need to access their
6339 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6340 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6341 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6342 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6343 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6344 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6345
6346 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6347 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6348 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6349 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6350 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6351 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6352 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6353 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6354 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6355 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6356 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6357 parameters in reverse order means that the function knows where to
6358 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6359 remaining ones.
6360
6361 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6362 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6363 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6364
6365 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6366 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6367 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6368 compiler) returned in \c{ST0}.
6369
6370 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6371 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6372 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6373 memory model.
6374
6375 \b When the caller regains control from the callee, the function
6376 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6377 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6378 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6379 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6380 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6381 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6382 removing.
6383
6384 It is instructive to compare this calling convention with that for
6385 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6386 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6387 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6388 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6389 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6390 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6391 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6392 which means that a compiler can give better guarantees about
6393 sequence points without performance suffering.
6394
6395 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6396 The following example is for small model:
6397
6398 \c global  _myfunc
6399 \c
6400 \c _myfunc:
6401 \c         push    bp
6402 \c         mov     bp,sp
6403 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6404 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6405 \c
6406 \c         ; some more code
6407 \c
6408 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6409 \c         pop     bp
6410 \c         ret
6411
6412 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6413 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6414 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6415 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6416 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6417 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6418
6419 At the other end of the process, to call a C function from your
6420 assembly code, you would do something like this:
6421
6422 \c extern  _printf
6423 \c
6424 \c       ; and then, further down...
6425 \c
6426 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6427 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6428 \c       call    _printf
6429 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6430 \c
6431 \c       ; then those data items...
6432 \c
6433 \c segment _DATA
6434 \c
6435 \c myint         dw    1234
6436 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6437
6438 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6439 code
6440
6441 \c     int myint = 1234;
6442 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6443
6444 In large model, the function-call code might look more like this. In
6445 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6446 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6447 it first.
6448
6449 \c       push    word [myint]
6450 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6451 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6452 \c       call    far _printf
6453 \c       add    sp,byte 6
6454
6455 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6456 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6457 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6458 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6459 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6460 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6461 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6462 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6463 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6464 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6465 word of parameters.
6466
6467
6468 \S{16cdata} Accessing Data Items
6469
6470 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6471 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6472 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6473 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6474 accessed from assembler as
6475
6476 \c extern _i
6477 \c
6478 \c         mov ax,[_i]
6479
6480 And to declare your own integer variable which C programs can access
6481 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6482 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6483
6484 \c global  _j
6485 \c
6486 \c _j      dw      0
6487
6488 To access a C array, you need to know the size of the components of
6489 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6490 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6491 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6492 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6493 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6494 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6495 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6496
6497 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6498 the base of the structure to the field you are interested in. You
6499 can either do this by converting the C structure definition into a
6500 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6501 one offset and using just that.
6502
6503 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6504 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6505 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6506 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6507 Typically, you might find that a structure like
6508
6509 \c struct {
6510 \c     char c;
6511 \c     int i;
6512 \c } foo;
6513
6514 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6515 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6516 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6517 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6518 out how your own compiler does it.
6519
6520
6521 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6522
6523 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6524 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6525 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6526 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6527 the work involved in keeping track of the calling convention.
6528
6529 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6530 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6531
6532 An example of an assembly function using the macro set is given
6533 here:
6534
6535 \c proc    _nearproc
6536 \c
6537 \c %$i     arg
6538 \c %$j     arg
6539 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6540 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6541 \c         add     ax,[bx]
6542 \c
6543 \c endproc
6544
6545 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6546 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6547 integer. It returns \c{i + *j}.
6548
6549 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6550 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6551 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6552 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6553 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6554 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6555 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6556
6557 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6558 compact-model code) by default. You can have it generate far
6559 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6560 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6561 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6562 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6563 dependency on whether data pointers are far or not.
6564
6565 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6566 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6567 many function parameters will be of type \c{int}.
6568
6569 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6570
6571 \c %define FARCODE
6572 \c
6573 \c proc    _farproc
6574 \c
6575 \c %$i     arg
6576 \c %$j     arg     4
6577 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6578 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6579 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6580 \c         add     ax,[bx]
6581 \c
6582 \c endproc
6583
6584 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6585 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6586 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6587
6588
6589 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6590
6591 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6592 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6593
6594 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6595 not required for Pascal.
6596
6597 \b The memory model is always large: functions are far, data
6598 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6599 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6600 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6601 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6602 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6603 data declared in a Pascal program goes into the default data
6604 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6605 when control is passed to your assembly code. The only things that
6606 do not live in the default data segment are local variables (they
6607 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6608 data \e{pointers}, however, are far.
6609
6610 \b The function calling convention is different - described below.
6611
6612 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6613
6614 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6615 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6616 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6617
6618
6619 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6620
6621 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6622 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6623 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6624 used to denote the function doing the calling and the function which
6625 gets called.
6626
6627 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6628 after another, in normal order (left to right, so that the first
6629 argument specified to the function is pushed first).
6630
6631 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6632 control to the callee.
6633
6634 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6635 actually necessary, in functions which do not need to access their
6636 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6637 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6638 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6639 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6640 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6641 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6642
6643 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6644 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6645 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6646 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6647 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6648 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6649 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6650
6651 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6652 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6653 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6654
6655 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6656 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6657 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6658 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6659 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6660 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6661 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6662 places the returned string value at that location. The pointer is
6663 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6664 \c{RETF} instruction.
6665
6666 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6667 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6668 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6669 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6670 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6671 to be removed from the stack as a side effect of the return
6672 instruction.
6673
6674 \b When the caller regains control from the callee, the function
6675 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6676 do nothing further.
6677
6678 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6679 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6680
6681 \c global  myfunc
6682 \c
6683 \c myfunc: push    bp
6684 \c         mov     bp,sp
6685 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6686 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6687 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6688 \c
6689 \c         ; some more code
6690 \c
6691 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6692 \c         pop     bp
6693 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6694
6695 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6696 assembly code, you would do something like this:
6697
6698 \c extern  SomeFunc
6699 \c
6700 \c        ; and then, further down...
6701 \c
6702 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6703 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6704 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6705 \c        call   far SomeFunc
6706
6707 This is equivalent to the Pascal code
6708
6709 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6710 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6711
6712
6713 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6714 Name Restrictions
6715
6716 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6717 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6718 reading and understanding the various information contained in a
6719 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6720 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6721 restrictions:
6722
6723 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6724 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6725
6726 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6727 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6728
6729 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6730 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6731
6732 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6733 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6734
6735
6736 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6737
6738 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6739 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6740 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6741 definition ensures that functions are far (it implies
6742 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6743 generated with an operand.
6744
6745 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6746 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6747 reverse order. For example:
6748
6749 \c %define PASCAL
6750 \c
6751 \c proc    _pascalproc
6752 \c
6753 \c %$j     arg 4
6754 \c %$i     arg
6755 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6756 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6757 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6758 \c         add     ax,[bx]
6759 \c
6760 \c endproc
6761
6762 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6763 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6764 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6765 and the contents of the pointer. The only difference between this
6766 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6767 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6768 reverse order.
6769
6770
6771 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6772
6773 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6774 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6775 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6776 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6777 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6778 shared libraries.
6779
6780 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6781 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6782 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6783 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6784 address space no matter what segment you work relative to, and that
6785 you should ignore all segment registers completely. When writing
6786 flat-model application code, you never need to use a segment
6787 override or modify any segment register, and the code-section
6788 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6789 space as the data-section addresses you access your variables by and
6790 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6791 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6792 offset part.
6793
6794
6795 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6796
6797 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6798 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6799 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6800
6801
6802 \S{32cunder} External Symbol Names
6803
6804 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6805 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6806 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6807 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6808 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6809 underscore on their assembly-language names.
6810
6811 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6812 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6813 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6814 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6815 though, the leading underscore should not be used.
6816
6817 See also \k{opt-pfix}.
6818
6819 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6820
6821 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6822 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6823 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6824 the function doing the calling and the function which gets called.
6825
6826 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6827 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6828 argument specified to the function is pushed last).
6829
6830 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6831 control to the callee.
6832
6833 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6834 actually necessary, in functions which do not need to access their
6835 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6836 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6837 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6838 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6839 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6840 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6841
6842 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6843 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6844 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6845 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6846 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6847 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6848 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6849 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6850 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6851 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6852 and type of the remaining ones.
6853
6854 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6855 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6856 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6857
6858 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6859 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6860 of the value. Floating-point results are typically returned in
6861 \c{ST0}.
6862
6863 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6864 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6865 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6866
6867 \b When the caller regains control from the callee, the function
6868 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6869 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6870 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6871 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6872 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6873 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6874 removing.
6875
6876 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6877 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6878 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6879 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6880 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6881 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6882 still pushed in right-to-left order.
6883
6884 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6885
6886 \c global  _myfunc
6887 \c
6888 \c _myfunc:
6889 \c         push    ebp
6890 \c         mov     ebp,esp
6891 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6892 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6893 \c
6894 \c         ; some more code
6895 \c
6896 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6897 \c         ret
6898
6899 At the other end of the process, to call a C function from your
6900 assembly code, you would do something like this:
6901
6902 \c extern  _printf
6903 \c
6904 \c         ; and then, further down...
6905 \c
6906 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6907 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6908 \c         call    _printf
6909 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6910 \c
6911 \c         ; then those data items...
6912 \c
6913 \c segment _DATA
6914 \c
6915 \c myint       dd   1234
6916 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6917
6918 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6919
6920 \c     int myint = 1234;
6921 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6922
6923
6924 \S{32cdata} Accessing Data Items
6925
6926 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6927 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6928 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6929 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6930 accessed from assembler as
6931
6932 \c           extern _i
6933 \c           mov eax,[_i]
6934
6935 And to declare your own integer variable which C programs can access
6936 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6937 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6938
6939 \c           global _j
6940 \c _j        dd 0
6941
6942 To access a C array, you need to know the size of the components of
6943 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6944 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6945 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6946 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6947 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6948 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6949 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6950 are also 4 bytes long.
6951
6952 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6953 the base of the structure to the field you are interested in. You
6954 can either do this by converting the C structure definition into a
6955 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6956 one offset and using just that.
6957
6958 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6959 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6960 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6961 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6962 Typically, you might find that a structure like
6963
6964 \c struct {
6965 \c     char c;
6966 \c     int i;
6967 \c } foo;
6968
6969 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6970 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6971 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6972 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6973 out how your own compiler does it.
6974
6975
6976 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6977
6978 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6979 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6980 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6981 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6982 the work involved in keeping track of the calling convention.
6983
6984 An example of an assembly function using the macro set is given
6985 here:
6986
6987 \c proc    _proc32
6988 \c
6989 \c %$i     arg
6990 \c %$j     arg
6991 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
6992 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
6993 \c         add     eax,[ebx]
6994 \c
6995 \c endproc
6996
6997 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
6998 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6999 integer. It returns \c{i + *j}.
7000
7001 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
7002 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
7003 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
7004 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
7005 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
7006 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
7007 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
7008
7009 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
7010 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
7011 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
7012
7013
7014 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
7015 Libraries}
7016
7017 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
7018 because it contains support for \i{position-independent code}
7019 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
7020 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
7021 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
7022
7023 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
7024 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
7025 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
7026 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
7027
7028 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
7029 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
7030 of the running process. The contents of the library's code section
7031 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
7032
7033 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
7034 this:
7035
7036 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
7037
7038 Instead, the linker provides an area of memory called the
7039 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
7040 constant distance from your library's code, so if you can find out
7041 where your library is loaded (which is typically done using a
7042 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
7043 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
7044 linker-generated entries in the GOT.
7045
7046 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
7047 restrictions: since the data section is writable, it has to be
7048 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
7049 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
7050 you can put ordinary types of relocation in the data section without
7051 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
7052
7053
7054 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
7055
7056 Each code module in your shared library should define the GOT as an
7057 external symbol:
7058
7059 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7060 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7061
7062 At the beginning of any function in your shared library which plans
7063 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7064 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7065 in this form:
7066
7067 \c func:   push    ebp
7068 \c         mov     ebp,esp
7069 \c         push    ebx
7070 \c         call    .get_GOT
7071 \c .get_GOT:
7072 \c         pop     ebx
7073 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7074 \c
7075 \c         ; the function body comes here
7076 \c
7077 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7078 \c         mov     esp,ebp
7079 \c         pop     ebp
7080 \c         ret
7081
7082 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7083 second leading underscore.)
7084
7085 The first two lines of this function are simply the standard C
7086 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7087 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7088 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7089 libraries use this register to store the address of the GOT.
7090
7091 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7092 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7093 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7094 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7095 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7096 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7097 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7098 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7099 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7100 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7101 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7102 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7103 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7104 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7105 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7106 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7107
7108 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7109 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7110 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7111
7112 \c %macro  get_GOT 0
7113 \c
7114 \c         call    %%getgot
7115 \c   %%getgot:
7116 \c         pop     ebx
7117 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7118 \c
7119 \c %endmacro
7120
7121 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7122
7123 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7124 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7125 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7126 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7127 way this works is like this:
7128
7129 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7130
7131 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7132 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7133 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7134 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7135
7136 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7137 them, they are shared between code modules in the library, but do
7138 not get exported from the library to the program that loaded it.
7139 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7140 can access them in the same way as local variables, using the above
7141 \c{..gotoff} mechanism.
7142
7143 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7144 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7145 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7146
7147
7148 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7149
7150 If your library needs to get at an external variable (external to
7151 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7152 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7153 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7154 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7155 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7156 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7157 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7158 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7159 you would code
7160
7161 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7162
7163 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7164 linker, when it builds the shared library, collects together every
7165 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7166 has every necessary entry present.
7167
7168 Common variables must also be accessed in this way.
7169
7170
7171 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7172
7173 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7174 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7175 you have to give the size of the data item. This is because the
7176 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7177 entries for any exported functions, and also moves exported data
7178 items away from the library's data section in which they were
7179 declared.
7180
7181 So to export a function to users of the library, you must use
7182
7183 \c global  func:function           ; declare it as a function
7184 \c
7185 \c func:   push    ebp
7186 \c
7187 \c         ; etc.
7188
7189 And to export a data item such as an array, you would have to code
7190
7191 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7192 \c
7193 \c array:  resd    128
7194 \c .end:
7195
7196 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7197 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7198 end up living in the data section of the main program, rather than
7199 in your library's data section, where you declared it. So you will
7200 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7201 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7202 effectively, it has become).
7203
7204 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7205 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7206 sort of code:
7207
7208 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7209
7210 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7211 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7212 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7213 pointing at your data section instead of at the exported global
7214 which resides elsewhere.
7215
7216 Instead of the above code, then, you must write
7217
7218 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7219
7220 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7221 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7222 at that address, rather than just relocating by section base.
7223
7224 Either method will work for functions: referring to one of your
7225 functions by means of
7226
7227 \c funcptr:        dd      my_function
7228
7229 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7230
7231 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
7232
7233 will give the address of the procedure linkage table for the
7234 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7235 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7236
7237
7238 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7239
7240 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7241 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7242 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7243 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7244 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7245 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7246 in the main program can be transparently passed off to their real
7247 destinations.
7248
7249 To call an external routine, you must use another special PIC
7250 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7251 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7252 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7253 ..plt}.
7254
7255
7256 \S{link} Generating the Library File
7257
7258 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7259 you then generate your shared library with a command such as
7260
7261 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7262 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7263
7264 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7265 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7266 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7267 library file name, with a version number, into the library:
7268
7269 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7270
7271 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7272 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7273
7274
7275 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7276
7277 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7278 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7279 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7280 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7281 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7282 one, or jumps between different-size segments.
7283
7284
7285 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7286
7287 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7288 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7289 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7290 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7291 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7292 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7293 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7294 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7295
7296 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7297 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7298 segment, so just coding, for example,
7299
7300 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7301
7302 will not work, since the offset part of the address will be
7303 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7304 one.
7305
7306 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7307 generate the required instruction by coding it manually, using
7308 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7309 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7310
7311 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7312
7313 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7314 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7315 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7316 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7317 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7318 segment to a 32-bit one.
7319
7320 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7321 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7322
7323 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7324
7325 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7326 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7327 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7328
7329
7330 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7331 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7332
7333 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7334 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7335 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7336 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7337 32-bit segment, or vice versa.
7338
7339 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7340 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7341 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7342 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7343
7344 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7345 the address, since any effective address containing a 32-bit
7346 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7347
7348 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7349 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7350
7351 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7352 instruction and a register) if you already know the precise offset
7353 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7354 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7355 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7356
7357 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7358 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7359
7360 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7361
7362 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7363 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7364 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7365
7366 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7367
7368 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7369 which controls the size of the data stored at the address, with the
7370 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7371 address itself. The two can quite easily be different:
7372
7373 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7374
7375 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7376 offset.
7377
7378 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7379 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7380
7381 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7382
7383 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7384 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7385 offset), and calls that address.
7386
7387
7388 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7389
7390 The other way you might want to access data might be using the
7391 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7392 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7393 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7394 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7395
7396 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7397 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7398 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7399 desired address into \c{ESI} and then code
7400
7401 \c         a32     lodsb
7402
7403 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7404 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7405 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7406 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7407
7408 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7409 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7410 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7411 instructions with implicit addressing:
7412 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7413 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7414 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7415 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7416 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7417 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7418 Also, the
7419 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7420 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7421 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7422 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7423 size from the code segment.
7424
7425 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7426 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7427 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7428 give the value of the segment register being manipulated. To force
7429 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7430 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7431
7432 \c         o16 push    ss
7433 \c         o16 push    ds
7434
7435 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7436 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7437 one.
7438
7439 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7440 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7441
7442
7443 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7444
7445 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7446 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7447 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7448 write position-independent code for shared libraries.
7449
7450 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7451 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7452 registers, which still add their bases.
7453
7454 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7455 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7456 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7457 probably desirable to make that the default, using the directive
7458 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7459
7460 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7461 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7462 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7463 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7464 Please see the ABI documentation for your platform.
7465
7466 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7467 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7468 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7469 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7470
7471 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7472 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7473 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7474 set to zero.
7475
7476 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7477
7478 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7479 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7480
7481 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7482 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7483 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7484 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7485
7486 This is consistent with the AMD documentation and most other
7487 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7488 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7489 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7490 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7491 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7492 can be used for this purpose.
7493
7494 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7495
7496 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7497 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7498 immediates to 32 bits.
7499
7500 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7501
7502 \c      MOV reg64,imm64
7503
7504 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7505 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7506 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7507 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7508 immediate as \c{DWORD}:
7509
7510 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7511 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7512 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7513 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7514
7515 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7516
7517 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7518 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7519 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7520 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7521 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7522 displacement size as \c{QWORD}:
7523
7524 \c      default abs
7525 \c
7526 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7527 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7528 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7529 \c
7530 \c      default rel
7531 \c
7532 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7533 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7534 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7535 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7536
7537 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7538 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7539
7540 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7541
7542 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7543
7544 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7545
7546 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7547 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7548
7549 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7550 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7551 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7552 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7553 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7554
7555 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7556
7557 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7558 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7559 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7560 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7561
7562 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7563
7564 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7565
7566 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7567
7568 \c      void foo(long a, double b, int c)
7569
7570 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7571
7572 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7573
7574 The Win64 ABI is described at:
7575
7576 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7577
7578 What follows is a simplified summary.
7579
7580 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7581 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7582 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7583 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7584 use by the function without saving.
7585
7586 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7587
7588 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7589 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7590 return is \c{XMM0} only.
7591
7592 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7593
7594 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7595
7596 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7597
7598 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7599
7600 \C{trouble} Troubleshooting
7601
7602 This chapter describes some of the common problems that users have
7603 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7604 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7605 that isn't listed here.
7606
7607
7608 \H{problems} Common Problems
7609
7610 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7611
7612 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7613 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7614 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7615 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7616 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7617 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7618 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7619 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7620 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7621
7622
7623 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7624
7625 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7626 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7627 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7628 longer.
7629
7630 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7631 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7632 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7633 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7634 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7635 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7636 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7637 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7638 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7639 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7640 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7641 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7642
7643
7644 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7645
7646 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7647 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7648 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7649 sector, people who are used to MASM tend to code
7650
7651 \c         ORG 0
7652 \c
7653 \c         ; some boot sector code
7654 \c
7655 \c         ORG 510
7656 \c         DW 0xAA55
7657
7658 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7659 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7660 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7661
7662 \c         ORG 0
7663 \c
7664 \c         ; some boot sector code
7665 \c
7666 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7667 \c         DW 0xAA55
7668
7669 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7670 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7671 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7672 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7673 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7674 find out what's wrong with it.
7675
7676
7677 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7678
7679 The other common problem with the above code is people who write the
7680 \c{TIMES} line as
7681
7682 \c         TIMES 510-$ DB 0
7683
7684 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7685 the difference between them is also a pure number and can happily be
7686 fed to \c{TIMES}.
7687
7688 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7689 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7690 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7691 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7692 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7693 information back to the expression evaluator. So from the
7694 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7695 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7696 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7697 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7698
7699 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7700 line in the form
7701
7702 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7703
7704 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7705 and so their difference is a pure number. This will solve the
7706 problem and generate sensible code.
7707
7708
7709 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7710
7711 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7712 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7713 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7714 \i\c{bugtracker} at
7715 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7716 (click on "Bug Tracker"), or if that fails then through one of the
7717 contacts in \k{contact}.
7718
7719 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7720 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7721 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7722 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7723 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7724 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7725 there.
7726
7727 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7728 information:
7729
7730 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7731 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7732
7733 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7734 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7735 you were using the standard distribution binaries out of the
7736 archive. If you were using a locally built executable, try to
7737 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7738 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7739 it.
7740
7741 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7742 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7743 \c{NASMENV} environment variable if any.
7744
7745 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7746 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7747 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7748 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7749 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7750 compiler, what version, and what command line or options you used.
7751 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7752 with the command-line version of the compiler.)
7753
7754 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7755 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7756 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7757 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7758 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7759 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7760 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7761 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7762 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7763 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7764 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7765 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7766 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7767
7768 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7769 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7770 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7771 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7772 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7773 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7774 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7775 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7776 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7777 should be 77 instead'.
7778
7779 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7780 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7781 generates the same file, or whether the problem is related to
7782 portability issues between our development platforms and yours. We
7783 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7784 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7785 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7786 for us.
7787
7788 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7789 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7790 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7791 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7792 differently from us.
7793
7794
7795 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7796
7797                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7798
7799 \H{ndisintro} Introduction
7800
7801
7802 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7803 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7804 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7805 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7806 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7807
7808 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7809 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7810 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7811 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7812 disassembles.
7813
7814
7815 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7816
7817 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7818 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7819 are on a Unix system.
7820
7821
7822 \H{ndisrun} Running NDISASM
7823
7824 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7825
7826 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7827
7828 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7829 provided of course that you remember to specify which it is to work
7830 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7831 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7832
7833 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7834 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7835 summary of command line options.
7836
7837
7838 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7839
7840 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7841 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7842 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7843 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7844 this.
7845
7846 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7847 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7848 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7849 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7850 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7851
7852 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7853
7854 \c        ndisasm -o100h filename.com
7855
7856 will do the trick.
7857
7858
7859 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7860
7861 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7862 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7863 will faithfully plough through the data section, producing machine
7864 instructions wherever it can (although most of them will look
7865 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7866 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7867 Then it will reach the code section.
7868
7869 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7870 instruction from part of the data section, and its file position is
7871 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7872 entirely possible that another spurious instruction will get
7873 generated, starting with the final byte of the data section, and
7874 then the correct first instruction in the code section will not be
7875 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7876 ideal.
7877
7878 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7879 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7880 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
7881 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7882 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7883 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7884 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7885 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7886 the instructions in your code section.
7887
7888 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7889 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7890 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7891 do
7892
7893 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7894
7895 rather than
7896
7897 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7898
7899 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7900 to, just by repeating the \c{-s} option.
7901
7902
7903 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7904 \I\c{auto-sync}
7905
7906 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7907 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7908 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7909 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7910 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7911 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7912 needed.
7913
7914 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7915 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7916 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7917 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7918
7919 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7920 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7921 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7922 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7923 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7924 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7925 processed, there isn't much it can do about it...)
7926
7927 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7928 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7929 the register contains) or involves a segment address (in which case
7930 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7931 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7932
7933 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7934 points in all the right places, and save you from having to place
7935 any sync points manually. However, it should be stressed that
7936 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7937 you may still have to place some manually.
7938
7939 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7940 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7941 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7942 options.
7943
7944 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7945 fluke, something in your data section should disassemble to a
7946 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7947 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7948 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7949 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7950 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7951 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7952 suppress disassembly of the data area.
7953
7954
7955 \S{ndisother} Other Options
7956
7957 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7958 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7959 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7960 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7961
7962 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7963 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7964 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7965 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7966 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7967 anyway.
7968
7969
7970 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7971
7972 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7973 possible, should be sent to
7974 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7975 developer's site at
7976 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7977 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7978 new features as well.
7979
7980 \A{inslist} \i{Instruction List}
7981
7982 \H{inslistintro} Introduction
7983
7984 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7985 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7986 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7987  when appropriate, one or more usage flags.
7988
7989 \& inslist.src
7990
7991 \A{changelog} \i{NASM Version History}
7992
7993 \& changes.src
7994