Improve process_ea and introduce -OL
[platform/upstream/nasm.git] / doc / nasmdoc.src
1 \# --------------------------------------------------------------------------
2 \#
3 \#   Copyright 1996-2010 The NASM Authors - All Rights Reserved
4 \#   See the file AUTHORS included with the NASM distribution for
5 \#   the specific copyright holders.
6 \#
7 \#   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8 \#   modification, are permitted provided that the following
9 \#   conditions are met:
10 \#
11 \#   * Redistributions of source code must retain the above copyright
12 \#     notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13 \#   * Redistributions in binary form must reproduce the above
14 \#     copyright notice, this list of conditions and the following
15 \#     disclaimer in the documentation and/or other materials provided
16 \#     with the distribution.
17 \#
18 \#     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
19 \#     CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
20 \#     INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
21 \#     MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22 \#     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
23 \#     CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
24 \#     SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
25 \#     NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
26 \#     LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27 \#     HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
28 \#     CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
29 \#     OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
30 \#     EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
31 \#
32 \# --------------------------------------------------------------------------
33 \#
34 \# Source code to NASM documentation
35 \#
36 \M{category}{Programming}
37 \M{title}{NASM - The Netwide Assembler}
38 \M{year}{1996-2010}
39 \M{author}{The NASM Development Team}
40 \M{copyright_tail}{-- All Rights Reserved}
41 \M{license}{This document is redistributable under the license given in the file "LICENSE" distributed in the NASM archive.}
42 \M{summary}{This file documents NASM, the Netwide Assembler: an assembler targetting the Intel x86 series of processors, with portable source.}
43 \M{infoname}{NASM}
44 \M{infofile}{nasm}
45 \M{infotitle}{The Netwide Assembler for x86}
46 \M{epslogo}{nasmlogo.eps}
47 \IR{-D} \c{-D} option
48 \IR{-E} \c{-E} option
49 \IR{-F} \c{-F} option
50 \IR{-I} \c{-I} option
51 \IR{-M} \c{-M} option
52 \IR{-MD} \c{-MD} option
53 \IR{-MF} \c{-MF} option
54 \IR{-MG} \c{-MG} option
55 \IR{-MP} \c{-MP} option
56 \IR{-MQ} \c{-MQ} option
57 \IR{-MT} \c{-MT} option
58 \IR{-O} \c{-O} option
59 \IR{-P} \c{-P} option
60 \IR{-U} \c{-U} option
61 \IR{-X} \c{-X} option
62 \IR{-a} \c{-a} option
63 \IR{-d} \c{-d} option
64 \IR{-e} \c{-e} option
65 \IR{-f} \c{-f} option
66 \IR{-g} \c{-g} option
67 \IR{-i} \c{-i} option
68 \IR{-l} \c{-l} option
69 \IR{-o} \c{-o} option
70 \IR{-p} \c{-p} option
71 \IR{-s} \c{-s} option
72 \IR{-u} \c{-u} option
73 \IR{-v} \c{-v} option
74 \IR{-W} \c{-W} option
75 \IR{-w} \c{-w} option
76 \IR{-y} \c{-y} option
77 \IR{-Z} \c{-Z} option
78 \IR{!=} \c{!=} operator
79 \IR{$, here} \c{$}, Here token
80 \IR{$, prefix} \c{$}, prefix
81 \IR{$$} \c{$$} token
82 \IR{%} \c{%} operator
83 \IR{%%} \c{%%} operator
84 \IR{%+1} \c{%+1} and \c{%-1} syntax
85 \IA{%-1}{%+1}
86 \IR{%0} \c{%0} parameter count
87 \IR{&} \c{&} operator
88 \IR{&&} \c{&&} operator
89 \IR{*} \c{*} operator
90 \IR{..@} \c{..@} symbol prefix
91 \IR{/} \c{/} operator
92 \IR{//} \c{//} operator
93 \IR{<} \c{<} operator
94 \IR{<<} \c{<<} operator
95 \IR{<=} \c{<=} operator
96 \IR{<>} \c{<>} operator
97 \IR{=} \c{=} operator
98 \IR{==} \c{==} operator
99 \IR{>} \c{>} operator
100 \IR{>=} \c{>=} operator
101 \IR{>>} \c{>>} operator
102 \IR{?} \c{?} MASM syntax
103 \IR{^} \c{^} operator
104 \IR{^^} \c{^^} operator
105 \IR{|} \c{|} operator
106 \IR{||} \c{||} operator
107 \IR{~} \c{~} operator
108 \IR{%$} \c{%$} and \c{%$$} prefixes
109 \IA{%$$}{%$}
110 \IR{+ opaddition} \c{+} operator, binary
111 \IR{+ opunary} \c{+} operator, unary
112 \IR{+ modifier} \c{+} modifier
113 \IR{- opsubtraction} \c{-} operator, binary
114 \IR{- opunary} \c{-} operator, unary
115 \IR{! opunary} \c{!} operator, unary
116 \IR{alignment, in bin sections} alignment, in \c{bin} sections
117 \IR{alignment, in elf sections} alignment, in \c{elf} sections
118 \IR{alignment, in win32 sections} alignment, in \c{win32} sections
119 \IR{alignment, of elf common variables} alignment, of \c{elf} common
120 variables
121 \IR{alignment, in obj sections} alignment, in \c{obj} sections
122 \IR{a.out, bsd version} \c{a.out}, BSD version
123 \IR{a.out, linux version} \c{a.out}, Linux version
124 \IR{autoconf} Autoconf
125 \IR{bin} bin
126 \IR{bitwise and} bitwise AND
127 \IR{bitwise or} bitwise OR
128 \IR{bitwise xor} bitwise XOR
129 \IR{block ifs} block IFs
130 \IR{borland pascal} Borland, Pascal
131 \IR{borland's win32 compilers} Borland, Win32 compilers
132 \IR{braces, after % sign} braces, after \c{%} sign
133 \IR{bsd} BSD
134 \IR{c calling convention} C calling convention
135 \IR{c symbol names} C symbol names
136 \IA{critical expressions}{critical expression}
137 \IA{command line}{command-line}
138 \IA{case sensitivity}{case sensitive}
139 \IA{case-sensitive}{case sensitive}
140 \IA{case-insensitive}{case sensitive}
141 \IA{character constants}{character constant}
142 \IR{common object file format} Common Object File Format
143 \IR{common variables, alignment in elf} common variables, alignment
144 in \c{elf}
145 \IR{common, elf extensions to} \c{COMMON}, \c{elf} extensions to
146 \IR{common, obj extensions to} \c{COMMON}, \c{obj} extensions to
147 \IR{declaring structure} declaring structures
148 \IR{default-wrt mechanism} default-\c{WRT} mechanism
149 \IR{devpac} DevPac
150 \IR{djgpp} DJGPP
151 \IR{dll symbols, exporting} DLL symbols, exporting
152 \IR{dll symbols, importing} DLL symbols, importing
153 \IR{dos} DOS
154 \IR{dos archive} DOS archive
155 \IR{dos source archive} DOS source archive
156 \IA{effective address}{effective addresses}
157 \IA{effective-address}{effective addresses}
158 \IR{elf} ELF
159 \IR{elf, 16-bit code and} ELF, 16-bit code and
160 \IR{elf shared libraries} ELF, shared libraries
161 \IR{elf32} \c{elf32}
162 \IR{elf64} \c{elf64}
163 \IR{executable and linkable format} Executable and Linkable Format
164 \IR{extern, obj extensions to} \c{EXTERN}, \c{obj} extensions to
165 \IR{extern, rdf extensions to} \c{EXTERN}, \c{rdf} extensions to
166 \IR{floating-point, constants} floating-point, constants
167 \IR{floating-point, packed bcd constants} floating-point, packed BCD constants
168 \IR{freebsd} FreeBSD
169 \IR{freelink} FreeLink
170 \IR{functions, c calling convention} functions, C calling convention
171 \IR{functions, pascal calling convention} functions, Pascal calling
172 convention
173 \IR{global, aoutb extensions to} \c{GLOBAL}, \c{aoutb} extensions to
174 \IR{global, elf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{elf} extensions to
175 \IR{global, rdf extensions to} \c{GLOBAL}, \c{rdf} extensions to
176 \IR{got} GOT
177 \IR{got relocations} \c{GOT} relocations
178 \IR{gotoff relocation} \c{GOTOFF} relocations
179 \IR{gotpc relocation} \c{GOTPC} relocations
180 \IR{intel number formats} Intel number formats
181 \IR{linux, elf} Linux, ELF
182 \IR{linux, a.out} Linux, \c{a.out}
183 \IR{linux, as86} Linux, \c{as86}
184 \IR{logical and} logical AND
185 \IR{logical or} logical OR
186 \IR{logical xor} logical XOR
187 \IR{mach object file format} Mach, object file format
188 \IR{mach-o} Mach-O
189 \IR{macho32} \c{macho32}
190 \IR{macho64} \c{macho64}
191 \IR{macos x} MacOS X
192 \IR{masm} MASM
193 \IA{memory reference}{memory references}
194 \IR{minix} Minix
195 \IA{misc directory}{misc subdirectory}
196 \IR{misc subdirectory} \c{misc} subdirectory
197 \IR{microsoft omf} Microsoft OMF
198 \IR{mmx registers} MMX registers
199 \IA{modr/m}{modr/m byte}
200 \IR{modr/m byte} ModR/M byte
201 \IR{ms-dos} MS-DOS
202 \IR{ms-dos device drivers} MS-DOS device drivers
203 \IR{multipush} \c{multipush} macro
204 \IR{nan} NaN
205 \IR{nasm version} NASM version
206 \IR{netbsd} NetBSD
207 \IR{omf} OMF
208 \IR{openbsd} OpenBSD
209 \IR{operating system} operating system
210 \IR{os/2} OS/2
211 \IR{pascal calling convention}Pascal calling convention
212 \IR{passes} passes, assembly
213 \IR{perl} Perl
214 \IR{pic} PIC
215 \IR{pharlap} PharLap
216 \IR{plt} PLT
217 \IR{plt} \c{PLT} relocations
218 \IA{pre-defining macros}{pre-define}
219 \IA{preprocessor expressions}{preprocessor, expressions}
220 \IA{preprocessor loops}{preprocessor, loops}
221 \IA{preprocessor variables}{preprocessor, variables}
222 \IA{rdoff subdirectory}{rdoff}
223 \IR{rdoff} \c{rdoff} subdirectory
224 \IR{relocatable dynamic object file format} Relocatable Dynamic
225 Object File Format
226 \IR{relocations, pic-specific} relocations, PIC-specific
227 \IA{repeating}{repeating code}
228 \IR{section alignment, in elf} section alignment, in \c{elf}
229 \IR{section alignment, in bin} section alignment, in \c{bin}
230 \IR{section alignment, in obj} section alignment, in \c{obj}
231 \IR{section alignment, in win32} section alignment, in \c{win32}
232 \IR{section, elf extensions to} \c{SECTION}, \c{elf} extensions to
233 \IR{section, win32 extensions to} \c{SECTION}, \c{win32} extensions to
234 \IR{segment alignment, in bin} segment alignment, in \c{bin}
235 \IR{segment alignment, in obj} segment alignment, in \c{obj}
236 \IR{segment, obj extensions to} \c{SEGMENT}, \c{elf} extensions to
237 \IR{segment names, borland pascal} segment names, Borland Pascal
238 \IR{shift command} \c{shift} command
239 \IA{sib}{sib byte}
240 \IR{sib byte} SIB byte
241 \IR{align, smart} \c{ALIGN}, smart
242 \IR{solaris x86} Solaris x86
243 \IA{standard section names}{standardized section names}
244 \IR{symbols, exporting from dlls} symbols, exporting from DLLs
245 \IR{symbols, importing from dlls} symbols, importing from DLLs
246 \IR{test subdirectory} \c{test} subdirectory
247 \IR{tlink} \c{TLINK}
248 \IR{underscore, in c symbols} underscore, in C symbols
249 \IR{unicode} Unicode
250 \IR{unix} Unix
251 \IR{utf-8} UTF-8
252 \IR{utf-16} UTF-16
253 \IR{utf-32} UTF-32
254 \IA{sco unix}{unix, sco}
255 \IR{unix, sco} Unix, SCO
256 \IA{unix source archive}{unix, source archive}
257 \IR{unix, source archive} Unix, source archive
258 \IA{unix system v}{unix, system v}
259 \IR{unix, system v} Unix, System V
260 \IR{unixware} UnixWare
261 \IR{val} VAL
262 \IR{version number of nasm} version number of NASM
263 \IR{visual c++} Visual C++
264 \IR{www page} WWW page
265 \IR{win32} Win32
266 \IR{win32} Win64
267 \IR{windows} Windows
268 \IR{windows 95} Windows 95
269 \IR{windows nt} Windows NT
270 \# \IC{program entry point}{entry point, program}
271 \# \IC{program entry point}{start point, program}
272 \# \IC{MS-DOS device drivers}{device drivers, MS-DOS}
273 \# \IC{16-bit mode, versus 32-bit mode}{32-bit mode, versus 16-bit mode}
274 \# \IC{c symbol names}{symbol names, in C}
275
276
277 \C{intro} Introduction
278
279 \H{whatsnasm} What Is NASM?
280
281 The Netwide Assembler, NASM, is an 80x86 and x86-64 assembler designed
282 for portability and modularity. It supports a range of object file
283 formats, including Linux and \c{*BSD} \c{a.out}, \c{ELF}, \c{COFF},
284 \c{Mach-O}, Microsoft 16-bit \c{OBJ}, \c{Win32} and \c{Win64}. It will
285 also output plain binary files. Its syntax is designed to be simple
286 and easy to understand, similar to Intel's but less complex. It
287 supports all currently known x86 architectural extensions, and has
288 strong support for macros.
289
290
291 \S{yaasm} Why Yet Another Assembler?
292
293 The Netwide Assembler grew out of an idea on \i\c{comp.lang.asm.x86}
294 (or possibly \i\c{alt.lang.asm} - I forget which), which was
295 essentially that there didn't seem to be a good \e{free} x86-series
296 assembler around, and that maybe someone ought to write one.
297
298 \b \i\c{a86} is good, but not free, and in particular you don't get any
299 32-bit capability until you pay. It's DOS only, too.
300
301 \b \i\c{gas} is free, and ports over to DOS and Unix, but it's not
302 very good, since it's designed to be a back end to \i\c{gcc}, which
303 always feeds it correct code. So its error checking is minimal. Also,
304 its syntax is horrible, from the point of view of anyone trying to
305 actually \e{write} anything in it. Plus you can't write 16-bit code in
306 it (properly.)
307
308 \b \i\c{as86} is specific to Minix and Linux, and (my version at least)
309 doesn't seem to have much (or any) documentation.
310
311 \b \i\c{MASM} isn't very good, and it's (was) expensive, and it runs only under
312 DOS.
313
314 \b \i\c{TASM} is better, but still strives for MASM compatibility,
315 which means millions of directives and tons of red tape. And its syntax
316 is essentially MASM's, with the contradictions and quirks that
317 entails (although it sorts out some of those by means of Ideal mode.)
318 It's expensive too. And it's DOS-only.
319
320 So here, for your coding pleasure, is NASM. At present it's
321 still in prototype stage - we don't promise that it can outperform
322 any of these assemblers. But please, \e{please} send us bug reports,
323 fixes, helpful information, and anything else you can get your hands
324 on (and thanks to the many people who've done this already! You all
325 know who you are), and we'll improve it out of all recognition.
326 Again.
327
328
329 \S{legal} \i{License} Conditions
330
331 Please see the file \c{LICENSE}, supplied as part of any NASM
332 distribution archive, for the license conditions under which you may
333 use NASM.  NASM is now under the so-called 2-clause BSD license, also
334 known as the simplified BSD license.
335
336 Copyright 1996-2010 the NASM Authors - All rights reserved.
337
338 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
339 modification, are permitted provided that the following conditions are
340 met:
341
342 \b Redistributions of source code must retain the above copyright
343 notice, this list of conditions and the following disclaimer.
344
345 \b Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
346 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
347 documentation and/or other materials provided with the distribution.
348
349 THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
350 CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
351 INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
352 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
353 DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
354 CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
355 SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
356 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
357 LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
358 HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
359 CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
360 OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
361 EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
362
363
364 \H{contact} Contact Information
365
366 The current version of NASM (since about 0.98.08) is maintained by a
367 team of developers, accessible through the \c{nasm-devel} mailing list
368 (see below for the link).
369 If you want to report a bug, please read \k{bugs} first.
370
371 NASM has a \i{website} at
372 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}. If it's not there,
373 google for us!
374
375 \i{New releases}, \i{release candidates}, and \I{snapshots, daily
376 development}\i{daily development snapshots} of NASM are available from
377 the official web site.
378
379 Announcements are posted to
380 \W{news:comp.lang.asm.x86}\i\c{comp.lang.asm.x86},
381 and to the web site
382 \W{http://www.freshmeat.net/}\c{http://www.freshmeat.net/}.
383
384 If you want information about the current development status, please
385 subscribe to the \i\c{nasm-devel} email list; see link from the
386 website.
387
388
389 \H{install} Installation
390
391 \S{instdos} \i{Installing} NASM under MS-\i{DOS} or Windows
392
393 Once you've obtained the appropriate archive for NASM,
394 \i\c{nasm-XXX-dos.zip} or \i\c{nasm-XXX-win32.zip} (where \c{XXX}
395 denotes the version number of NASM contained in the archive), unpack
396 it into its own directory (for example \c{c:\\nasm}).
397
398 The archive will contain a set of executable files: the NASM
399 executable file \i\c{nasm.exe}, the NDISASM executable file
400 \i\c{ndisasm.exe}, and possibly additional utilities to handle the
401 RDOFF file format.
402
403 The only file NASM needs to run is its own executable, so copy
404 \c{nasm.exe} to a directory on your PATH, or alternatively edit
405 \i\c{autoexec.bat} to add the \c{nasm} directory to your
406 \i\c{PATH} (to do that under Windows XP, go to Start > Control Panel >
407 System > Advanced > Environment Variables; these instructions may work
408 under other versions of Windows as well.)
409
410 That's it - NASM is installed. You don't need the nasm directory
411 to be present to run NASM (unless you've added it to your \c{PATH}),
412 so you can delete it if you need to save space; however, you may
413 want to keep the documentation or test programs.
414
415 If you've downloaded the \i{DOS source archive}, \i\c{nasm-XXX.zip},
416 the \c{nasm} directory will also contain the full NASM \i{source
417 code}, and a selection of \i{Makefiles} you can (hopefully) use to
418 rebuild your copy of NASM from scratch.  See the file \c{INSTALL} in
419 the source archive.
420
421 Note that a number of files are generated from other files by Perl
422 scripts.  Although the NASM source distribution includes these
423 generated files, you will need to rebuild them (and hence, will need a
424 Perl interpreter) if you change insns.dat, standard.mac or the
425 documentation. It is possible future source distributions may not
426 include these files at all. Ports of \i{Perl} for a variety of
427 platforms, including DOS and Windows, are available from
428 \W{http://www.cpan.org/ports/}\i{www.cpan.org}.
429
430
431 \S{instdos} Installing NASM under \i{Unix}
432
433 Once you've obtained the \i{Unix source archive} for NASM,
434 \i\c{nasm-XXX.tar.gz} (where \c{XXX} denotes the version number of
435 NASM contained in the archive), unpack it into a directory such
436 as \c{/usr/local/src}. The archive, when unpacked, will create its
437 own subdirectory \c{nasm-XXX}.
438
439 NASM is an \I{Autoconf}\I\c{configure}auto-configuring package: once
440 you've unpacked it, \c{cd} to the directory it's been unpacked into
441 and type \c{./configure}. This shell script will find the best C
442 compiler to use for building NASM and set up \i{Makefiles}
443 accordingly.
444
445 Once NASM has auto-configured, you can type \i\c{make} to build the
446 \c{nasm} and \c{ndisasm} binaries, and then \c{make install} to
447 install them in \c{/usr/local/bin} and install the \i{man pages}
448 \i\c{nasm.1} and \i\c{ndisasm.1} in \c{/usr/local/man/man1}.
449 Alternatively, you can give options such as \c{--prefix} to the
450 configure script (see the file \i\c{INSTALL} for more details), or
451 install the programs yourself.
452
453 NASM also comes with a set of utilities for handling the \c{RDOFF}
454 custom object-file format, which are in the \i\c{rdoff} subdirectory
455 of the NASM archive. You can build these with \c{make rdf} and
456 install them with \c{make rdf_install}, if you want them.
457
458
459 \C{running} Running NASM
460
461 \H{syntax} NASM \i{Command-Line} Syntax
462
463 To assemble a file, you issue a command of the form
464
465 \c nasm -f <format> <filename> [-o <output>]
466
467 For example,
468
469 \c nasm -f elf myfile.asm
470
471 will assemble \c{myfile.asm} into an \c{ELF} object file \c{myfile.o}. And
472
473 \c nasm -f bin myfile.asm -o myfile.com
474
475 will assemble \c{myfile.asm} into a raw binary file \c{myfile.com}.
476
477 To produce a listing file, with the hex codes output from NASM
478 displayed on the left of the original sources, use the \c{-l} option
479 to give a listing file name, for example:
480
481 \c nasm -f coff myfile.asm -l myfile.lst
482
483 To get further usage instructions from NASM, try typing
484
485 \c nasm -h
486
487 As \c{-hf}, this will also list the available output file formats, and what they
488 are.
489
490 If you use Linux but aren't sure whether your system is \c{a.out}
491 or \c{ELF}, type
492
493 \c file nasm
494
495 (in the directory in which you put the NASM binary when you
496 installed it). If it says something like
497
498 \c nasm: ELF 32-bit LSB executable i386 (386 and up) Version 1
499
500 then your system is \c{ELF}, and you should use the option \c{-f elf}
501 when you want NASM to produce Linux object files. If it says
502
503 \c nasm: Linux/i386 demand-paged executable (QMAGIC)
504
505 or something similar, your system is \c{a.out}, and you should use
506 \c{-f aout} instead (Linux \c{a.out} systems have long been obsolete,
507 and are rare these days.)
508
509 Like Unix compilers and assemblers, NASM is silent unless it
510 goes wrong: you won't see any output at all, unless it gives error
511 messages.
512
513
514 \S{opt-o} The \i\c{-o} Option: Specifying the Output File Name
515
516 NASM will normally choose the name of your output file for you;
517 precisely how it does this is dependent on the object file format.
518 For Microsoft object file formats (\c{obj}, \c{win32} and \c{win64}),
519 it will remove the \c{.asm} \i{extension} (or whatever extension you
520 like to use - NASM doesn't care) from your source file name and
521 substitute \c{.obj}. For Unix object file formats (\c{aout}, \c{as86},
522 \c{coff}, \c{elf32}, \c{elf64}, \c{ieee}, \c{macho32} and \c{macho64})
523 it will substitute \c{.o}. For \c{dbg}, \c{rdf}, \c{ith} and \c{srec},
524 it will use \c{.dbg}, \c{.rdf}, \c{.ith} and \c{.srec}, respectively,
525 and for the \c{bin} format it will simply remove the extension, so
526 that \c{myfile.asm} produces the output file \c{myfile}.
527
528 If the output file already exists, NASM will overwrite it, unless it
529 has the same name as the input file, in which case it will give a
530 warning and use \i\c{nasm.out} as the output file name instead.
531
532 For situations in which this behaviour is unacceptable, NASM
533 provides the \c{-o} command-line option, which allows you to specify
534 your desired output file name. You invoke \c{-o} by following it
535 with the name you wish for the output file, either with or without
536 an intervening space. For example:
537
538 \c nasm -f bin program.asm -o program.com
539 \c nasm -f bin driver.asm -odriver.sys
540
541 Note that this is a small o, and is different from a capital O , which
542 is used to specify the optimization level. See \k{opt-O}.
543
544
545 \S{opt-f} The \i\c{-f} Option: Specifying the \i{Output File Format}
546
547 If you do not supply the \c{-f} option to NASM, it will choose an
548 output file format for you itself. In the distribution versions of
549 NASM, the default is always \i\c{bin}; if you've compiled your own
550 copy of NASM, you can redefine \i\c{OF_DEFAULT} at compile time and
551 choose what you want the default to be.
552
553 Like \c{-o}, the intervening space between \c{-f} and the output
554 file format is optional; so \c{-f elf} and \c{-felf} are both valid.
555
556 A complete list of the available output file formats can be given by
557 issuing the command \i\c{nasm -hf}.
558
559
560 \S{opt-l} The \i\c{-l} Option: Generating a \i{Listing File}
561
562 If you supply the \c{-l} option to NASM, followed (with the usual
563 optional space) by a file name, NASM will generate a
564 \i{source-listing file} for you, in which addresses and generated
565 code are listed on the left, and the actual source code, with
566 expansions of multi-line macros (except those which specifically
567 request no expansion in source listings: see \k{nolist}) on the
568 right. For example:
569
570 \c nasm -f elf myfile.asm -l myfile.lst
571
572 If a list file is selected, you may turn off listing for a
573 section of your source with \c{[list -]}, and turn it back on
574 with \c{[list +]}, (the default, obviously). There is no "user
575 form" (without the brackets). This can be used to list only
576 sections of interest, avoiding excessively long listings.
577
578
579 \S{opt-M} The \i\c{-M} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
580
581 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
582 This can be redirected to a file for further processing. For example:
583
584 \c nasm -M myfile.asm > myfile.dep
585
586
587 \S{opt-MG} The \i\c{-MG} Option: Generate \i{Makefile Dependencies}
588
589 This option can be used to generate makefile dependencies on stdout.
590 This differs from the \c{-M} option in that if a nonexisting file is
591 encountered, it is assumed to be a generated file and is added to the
592 dependency list without a prefix.
593
594
595 \S{opt-MF} The \i\c\{-MF} Option: Set Makefile Dependency File
596
597 This option can be used with the \c{-M} or \c{-MG} options to send the
598 output to a file, rather than to stdout.  For example:
599
600 \c nasm -M -MF myfile.dep myfile.asm
601
602
603 \S{opt-MD} The \i\c{-MD} Option: Assemble and Generate Dependencies
604
605 The \c{-MD} option acts as the combination of the \c{-M} and \c{-MF}
606 options (i.e. a filename has to be specified.)  However, unlike the
607 \c{-M} or \c{-MG} options, \c{-MD} does \e{not} inhibit the normal
608 operation of the assembler.  Use this to automatically generate
609 updated dependencies with every assembly session.  For example:
610
611 \c nasm -f elf -o myfile.o -MD myfile.dep myfile.asm
612
613
614 \S{opt-MT} The \i\c{-MT} Option: Dependency Target Name
615
616 The \c{-MT} option can be used to override the default name of the
617 dependency target.  This is normally the same as the output filename,
618 specified by the \c{-o} option.
619
620
621 \S{opt-MQ} The \i\c{-MQ} Option: Dependency Target Name (Quoted)
622
623 The \c{-MQ} option acts as the \c{-MT} option, except it tries to
624 quote characters that have special meaning in Makefile syntax.  This
625 is not foolproof, as not all characters with special meaning are
626 quotable in Make.
627
628
629 \S{opt-MP} The \i\c{-MP} Option: Emit phony targets
630
631 When used with any of the dependency generation options, the \c{-MP}
632 option causes NASM to emit a phony target without dependencies for
633 each header file.  This prevents Make from complaining if a header
634 file has been removed.
635
636
637 \S{opt-F} The \i\c{-F} Option: Selecting a \i{Debug Information Format}
638
639 This option is used to select the format of the debug information
640 emitted into the output file, to be used by a debugger (or \e{will}
641 be). Prior to version 2.03.01, the use of this switch did \e{not} enable
642 output of the selected debug info format.  Use \c{-g}, see \k{opt-g},
643 to enable output.  Versions 2.03.01 and later automatically enable \c{-g}
644 if \c{-F} is specified.
645
646 A complete list of the available debug file formats for an output
647 format can be seen by issuing the command \c{nasm -f <format> -y}.  Not
648 all output formats currently support debugging output.  See \k{opt-y}.
649
650 This should not be confused with the \c{-f dbg} output format option which
651 is not built into NASM by default. For information on how
652 to enable it when building from the sources, see \k{dbgfmt}.
653
654
655 \S{opt-g} The \i\c{-g} Option: Enabling \i{Debug Information}.
656
657 This option can be used to generate debugging information in the specified
658 format. See \k{opt-F}. Using \c{-g} without \c{-F} results in emitting
659 debug info in the default format, if any, for the selected output format.
660 If no debug information is currently implemented in the selected output
661 format, \c{-g} is \e{silently ignored}.
662
663
664 \S{opt-X} The \i\c{-X} Option: Selecting an \i{Error Reporting Format}
665
666 This option can be used to select an error reporting format for any
667 error messages that might be produced by NASM.
668
669 Currently, two error reporting formats may be selected.  They are
670 the \c{-Xvc} option and the \c{-Xgnu} option.  The GNU format is
671 the default and looks like this:
672
673 \c filename.asm:65: error: specific error message
674
675 where \c{filename.asm} is the name of the source file in which the
676 error was detected, \c{65} is the source file line number on which
677 the error was detected, \c{error} is the severity of the error (this
678 could be \c{warning}), and \c{specific error message} is a more
679 detailed text message which should help pinpoint the exact problem.
680
681 The other format, specified by \c{-Xvc} is the style used by Microsoft
682 Visual C++ and some other programs.  It looks like this:
683
684 \c filename.asm(65) : error: specific error message
685
686 where the only difference is that the line number is in parentheses
687 instead of being delimited by colons.
688
689 See also the \c{Visual C++} output format, \k{win32fmt}.
690
691 \S{opt-Z} The \i\c{-Z} Option: Send Errors to a File
692
693 Under \I{DOS}\c{MS-DOS} it can be difficult (though there are ways) to
694 redirect the standard-error output of a program to a file. Since
695 NASM usually produces its warning and \i{error messages} on
696 \i\c{stderr}, this can make it hard to capture the errors if (for
697 example) you want to load them into an editor.
698
699 NASM therefore provides the \c{-Z} option, taking a filename argument
700 which causes errors to be sent to the specified files rather than
701 standard error. Therefore you can \I{redirecting errors}redirect
702 the errors into a file by typing
703
704 \c nasm -Z myfile.err -f obj myfile.asm
705
706 In earlier versions of NASM, this option was called \c{-E}, but it was
707 changed since \c{-E} is an option conventionally used for
708 preprocessing only, with disastrous results.  See \k{opt-E}.
709
710 \S{opt-s} The \i\c{-s} Option: Send Errors to \i\c{stdout}
711
712 The \c{-s} option redirects \i{error messages} to \c{stdout} rather
713 than \c{stderr}, so it can be redirected under \I{DOS}\c{MS-DOS}. To
714 assemble the file \c{myfile.asm} and pipe its output to the \c{more}
715 program, you can type:
716
717 \c nasm -s -f obj myfile.asm | more
718
719 See also the \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
720
721
722 \S{opt-i} The \i\c{-i}\I\c{-I} Option: Include File Search Directories
723
724 When NASM sees the \i\c{%include} or \i\c{%pathsearch} directive in a
725 source file (see \k{include}, \k{pathsearch} or \k{incbin}), it will
726 search for the given file not only in the current directory, but also
727 in any directories specified on the command line by the use of the
728 \c{-i} option. Therefore you can include files from a \i{macro
729 library}, for example, by typing
730
731 \c nasm -ic:\macrolib\ -f obj myfile.asm
732
733 (As usual, a space between \c{-i} and the path name is allowed, and
734 optional).
735
736 NASM, in the interests of complete source-code portability, does not
737 understand the file naming conventions of the OS it is running on;
738 the string you provide as an argument to the \c{-i} option will be
739 prepended exactly as written to the name of the include file.
740 Therefore the trailing backslash in the above example is necessary.
741 Under Unix, a trailing forward slash is similarly necessary.
742
743 (You can use this to your advantage, if you're really \i{perverse},
744 by noting that the option \c{-ifoo} will cause \c{%include "bar.i"}
745 to search for the file \c{foobar.i}...)
746
747 If you want to define a \e{standard} \i{include search path},
748 similar to \c{/usr/include} on Unix systems, you should place one or
749 more \c{-i} directives in the \c{NASMENV} environment variable (see
750 \k{nasmenv}).
751
752 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
753 be specified as \c{-I}.
754
755
756 \S{opt-p} The \i\c{-p}\I\c{-P} Option: \I{pre-including files}Pre-Include a File
757
758 \I\c{%include}NASM allows you to specify files to be
759 \e{pre-included} into your source file, by the use of the \c{-p}
760 option. So running
761
762 \c nasm myfile.asm -p myinc.inc
763
764 is equivalent to running \c{nasm myfile.asm} and placing the
765 directive \c{%include "myinc.inc"} at the start of the file.
766
767 For consistency with the \c{-I}, \c{-D} and \c{-U} options, this
768 option can also be specified as \c{-P}.
769
770
771 \S{opt-d} The \i\c{-d}\I\c{-D} Option: \I{pre-defining macros}Pre-Define a Macro
772
773 \I\c{%define}Just as the \c{-p} option gives an alternative to placing
774 \c{%include} directives at the start of a source file, the \c{-d}
775 option gives an alternative to placing a \c{%define} directive. You
776 could code
777
778 \c nasm myfile.asm -dFOO=100
779
780 as an alternative to placing the directive
781
782 \c %define FOO 100
783
784 at the start of the file. You can miss off the macro value, as well:
785 the option \c{-dFOO} is equivalent to coding \c{%define FOO}. This
786 form of the directive may be useful for selecting \i{assembly-time
787 options} which are then tested using \c{%ifdef}, for example
788 \c{-dDEBUG}.
789
790 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
791 be specified as \c{-D}.
792
793
794 \S{opt-u} The \i\c{-u}\I\c{-U} Option: \I{Undefining macros}Undefine a Macro
795
796 \I\c{%undef}The \c{-u} option undefines a macro that would otherwise
797 have been pre-defined, either automatically or by a \c{-p} or \c{-d}
798 option specified earlier on the command lines.
799
800 For example, the following command line:
801
802 \c nasm myfile.asm -dFOO=100 -uFOO
803
804 would result in \c{FOO} \e{not} being a predefined macro in the
805 program. This is useful to override options specified at a different
806 point in a Makefile.
807
808 For Makefile compatibility with many C compilers, this option can also
809 be specified as \c{-U}.
810
811
812 \S{opt-E} The \i\c{-E}\I{-e} Option: Preprocess Only
813
814 NASM allows the \i{preprocessor} to be run on its own, up to a
815 point. Using the \c{-E} option (which requires no arguments) will
816 cause NASM to preprocess its input file, expand all the macro
817 references, remove all the comments and preprocessor directives, and
818 print the resulting file on standard output (or save it to a file,
819 if the \c{-o} option is also used).
820
821 This option cannot be applied to programs which require the
822 preprocessor to evaluate \I{preprocessor expressions}\i{expressions}
823 which depend on the values of symbols: so code such as
824
825 \c %assign tablesize ($-tablestart)
826
827 will cause an error in \i{preprocess-only mode}.
828
829 For compatiblity with older version of NASM, this option can also be
830 written \c{-e}.  \c{-E} in older versions of NASM was the equivalent
831 of the current \c{-Z} option, \k{opt-Z}.
832
833 \S{opt-a} The \i\c{-a} Option: Don't Preprocess At All
834
835 If NASM is being used as the back end to a compiler, it might be
836 desirable to \I{suppressing preprocessing}suppress preprocessing
837 completely and assume the compiler has already done it, to save time
838 and increase compilation speeds. The \c{-a} option, requiring no
839 argument, instructs NASM to replace its powerful \i{preprocessor}
840 with a \i{stub preprocessor} which does nothing.
841
842
843 \S{opt-O} The \i\c{-O} Option: Specifying \i{Code Size Optimization}
844
845 Using the \c{-O} option, you can tell NASM to carry out different
846 levels of optimization. NASM defaults to full optimization.
847 The syntax is:
848
849 \b \c{-O0}: No optimization. All operands take their long forms,
850         if a short form is not specified, except conditional jumps.
851
852 \b \c{-OL}: Legacy optimization. Like \c{-O0}, but displacements
853         which will fit in a signed byte and do not contain references
854         to labels later in the file are optimized, unless the long form
855         is specified.
856         This is intended to match NASM 0.98 behavior.
857
858 \b \c{-O1}: Minimal optimization. Like \c{-O0}, but immediate operands
859         which will fit in a signed byte are optimized,
860         unless the long form is specified.  Conditional jumps default
861         to the long form unless otherwise specified.
862
863 \b \c{-Ox} (where \c{x} is the actual letter \c{x}): Full optimization.
864         Minimize branch offsets, displacements and immediates,
865         overriding size specification unless the \c{strict} keyword
866         has been used (see \k{strict}). For compatibility with earlier
867         releases, the letter \c{x} may also be any number greater than
868         one. This number has no effect on the actual number of passes.
869
870 The \c{-Ox} mode is recommended for most uses, and is the default
871 since NASM 2.09.
872
873 Note that this is a capital \c{O}, and is different from a small \c{o}, which
874 is used to specify the output file name. See \k{opt-o}.
875
876
877 \S{opt-t} The \i\c{-t} Option: Enable TASM Compatibility Mode
878
879 NASM includes a limited form of compatibility with Borland's \i\c{TASM}.
880 When NASM's \c{-t} option is used, the following changes are made:
881
882 \b local labels may be prefixed with \c{@@} instead of \c{.}
883
884 \b size override is supported within brackets. In TASM compatible mode,
885 a size override inside square brackets changes the size of the operand,
886 and not the address type of the operand as it does in NASM syntax. E.g.
887 \c{mov eax,[DWORD val]} is valid syntax in TASM compatibility mode.
888 Note that you lose the ability to override the default address type for
889 the instruction.
890
891 \b unprefixed forms of some directives supported (\c{arg}, \c{elif},
892 \c{else}, \c{endif}, \c{if}, \c{ifdef}, \c{ifdifi}, \c{ifndef},
893 \c{include}, \c{local})
894
895 \S{opt-w} The \i\c{-w} and \i\c{-W} Options: Enable or Disable Assembly \i{Warnings}
896
897 NASM can observe many conditions during the course of assembly which
898 are worth mentioning to the user, but not a sufficiently severe
899 error to justify NASM refusing to generate an output file. These
900 conditions are reported like errors, but come up with the word
901 `warning' before the message. Warnings do not prevent NASM from
902 generating an output file and returning a success status to the
903 operating system.
904
905 Some conditions are even less severe than that: they are only
906 sometimes worth mentioning to the user. Therefore NASM supports the
907 \c{-w} command-line option, which enables or disables certain
908 classes of assembly warning. Such warning classes are described by a
909 name, for example \c{orphan-labels}; you can enable warnings of
910 this class by the command-line option \c{-w+orphan-labels} and
911 disable it by \c{-w-orphan-labels}.
912
913 The \i{suppressible warning} classes are:
914
915 \b \i\c{macro-params} covers warnings about \i{multi-line macros}
916 being invoked with the wrong number of parameters. This warning
917 class is enabled by default; see \k{mlmacover} for an example of why
918 you might want to disable it.
919
920 \b \i\c{macro-selfref} warns if a macro references itself. This
921 warning class is disabled by default.
922
923 \b\i\c{macro-defaults} warns when a macro has more default
924 parameters than optional parameters. This warning class
925 is enabled by default; see \k{mlmacdef} for why you might want to disable it.
926
927 \b \i\c{orphan-labels} covers warnings about source lines which
928 contain no instruction but define a label without a trailing colon.
929 NASM warns about this somewhat obscure condition by default;
930 see \k{syntax} for more information.
931
932 \b \i\c{number-overflow} covers warnings about numeric constants which
933 don't fit in 64 bits. This warning class is enabled by default.
934
935 \b \i\c{gnu-elf-extensions} warns if 8-bit or 16-bit relocations
936 are used in \c{-f elf} format. The GNU extensions allow this.
937 This warning class is disabled by default.
938
939 \b \i\c{float-overflow} warns about floating point overflow.
940 Enabled by default.
941
942 \b \i\c{float-denorm} warns about floating point denormals.
943 Disabled by default.
944
945 \b \i\c{float-underflow} warns about floating point underflow.
946 Disabled by default.
947
948 \b \i\c{float-toolong} warns about too many digits in floating-point numbers.
949 Enabled by default.
950
951 \b \i\c{user} controls \c{%warning} directives (see \k{pperror}).
952 Enabled by default.
953
954 \b \i\c{error} causes warnings to be treated as errors.  Disabled by
955 default.
956
957 \b \i\c{all} is an alias for \e{all} suppressible warning classes (not
958 including \c{error}).  Thus, \c{-w+all} enables all available warnings.
959
960 In addition, you can set warning classes across sections.
961 Warning classes may be enabled with \i\c{[warning +warning-name]},
962 disabled with \i\c{[warning -warning-name]} or reset to their
963 original value with \i\c{[warning *warning-name]}. No "user form"
964 (without the brackets) exists.
965
966 Since version 2.00, NASM has also supported the gcc-like syntax
967 \c{-Wwarning} and \c{-Wno-warning} instead of \c{-w+warning} and
968 \c{-w-warning}, respectively.
969
970
971 \S{opt-v} The \i\c{-v} Option: Display \i{Version} Info
972
973 Typing \c{NASM -v} will display the version of NASM which you are using,
974 and the date on which it was compiled.
975
976 You will need the version number if you report a bug.
977
978 \S{opt-y} The \i\c{-y} Option: Display Available Debug Info Formats
979
980 Typing \c{nasm -f <option> -y} will display a list of the available
981 debug info formats for the given output format. The default format
982 is indicated by an asterisk. For example:
983
984 \c nasm -f elf -y
985
986 \c valid debug formats for 'elf32' output format are
987 \c   ('*' denotes default):
988 \c   * stabs     ELF32 (i386) stabs debug format for Linux
989 \c     dwarf     elf32 (i386) dwarf debug format for Linux
990
991
992 \S{opt-pfix} The \i\c{--prefix} and \i\c{--postfix} Options.
993
994 The \c{--prefix} and \c{--postfix} options prepend or append
995 (respectively) the given argument to all \c{global} or
996 \c{extern} variables. E.g. \c{--prefix _} will prepend the
997 underscore to all global and external variables, as C sometimes
998 (but not always) likes it.
999
1000
1001 \S{nasmenv} The \i\c{NASMENV} \i{Environment} Variable
1002
1003 If you define an environment variable called \c{NASMENV}, the program
1004 will interpret it as a list of extra command-line options, which are
1005 processed before the real command line. You can use this to define
1006 standard search directories for include files, by putting \c{-i}
1007 options in the \c{NASMENV} variable.
1008
1009 The value of the variable is split up at white space, so that the
1010 value \c{-s -ic:\\nasmlib\\} will be treated as two separate options.
1011 However, that means that the value \c{-dNAME="my name"} won't do
1012 what you might want, because it will be split at the space and the
1013 NASM command-line processing will get confused by the two
1014 nonsensical words \c{-dNAME="my} and \c{name"}.
1015
1016 To get round this, NASM provides a feature whereby, if you begin the
1017 \c{NASMENV} environment variable with some character that isn't a minus
1018 sign, then NASM will treat this character as the \i{separator
1019 character} for options. So setting the \c{NASMENV} variable to the
1020 value \c{!-s!-ic:\\nasmlib\\} is equivalent to setting it to \c{-s
1021 -ic:\\nasmlib\\}, but \c{!-dNAME="my name"} will work.
1022
1023 This environment variable was previously called \c{NASM}. This was
1024 changed with version 0.98.31.
1025
1026
1027 \H{qstart} \i{Quick Start} for \i{MASM} Users
1028
1029 If you're used to writing programs with MASM, or with \i{TASM} in
1030 MASM-compatible (non-Ideal) mode, or with \i\c{a86}, this section
1031 attempts to outline the major differences between MASM's syntax and
1032 NASM's. If you're not already used to MASM, it's probably worth
1033 skipping this section.
1034
1035
1036 \S{qscs} NASM Is \I{case sensitivity}Case-Sensitive
1037
1038 One simple difference is that NASM is case-sensitive. It makes a
1039 difference whether you call your label \c{foo}, \c{Foo} or \c{FOO}.
1040 If you're assembling to \c{DOS} or \c{OS/2} \c{.OBJ} files, you can
1041 invoke the \i\c{UPPERCASE} directive (documented in \k{objfmt}) to
1042 ensure that all symbols exported to other code modules are forced
1043 to be upper case; but even then, \e{within} a single module, NASM
1044 will distinguish between labels differing only in case.
1045
1046
1047 \S{qsbrackets} NASM Requires \i{Square Brackets} For \i{Memory References}
1048
1049 NASM was designed with simplicity of syntax in mind. One of the
1050 \i{design goals} of NASM is that it should be possible, as far as is
1051 practical, for the user to look at a single line of NASM code
1052 and tell what opcode is generated by it. You can't do this in MASM:
1053 if you declare, for example,
1054
1055 \c foo     equ     1
1056 \c bar     dw      2
1057
1058 then the two lines of code
1059
1060 \c         mov     ax,foo
1061 \c         mov     ax,bar
1062
1063 generate completely different opcodes, despite having
1064 identical-looking syntaxes.
1065
1066 NASM avoids this undesirable situation by having a much simpler
1067 syntax for memory references. The rule is simply that any access to
1068 the \e{contents} of a memory location requires square brackets
1069 around the address, and any access to the \e{address} of a variable
1070 doesn't. So an instruction of the form \c{mov ax,foo} will
1071 \e{always} refer to a compile-time constant, whether it's an \c{EQU}
1072 or the address of a variable; and to access the \e{contents} of the
1073 variable \c{bar}, you must code \c{mov ax,[bar]}.
1074
1075 This also means that NASM has no need for MASM's \i\c{OFFSET}
1076 keyword, since the MASM code \c{mov ax,offset bar} means exactly the
1077 same thing as NASM's \c{mov ax,bar}. If you're trying to get
1078 large amounts of MASM code to assemble sensibly under NASM, you
1079 can always code \c{%idefine offset} to make the preprocessor treat
1080 the \c{OFFSET} keyword as a no-op.
1081
1082 This issue is even more confusing in \i\c{a86}, where declaring a
1083 label with a trailing colon defines it to be a `label' as opposed to
1084 a `variable' and causes \c{a86} to adopt NASM-style semantics; so in
1085 \c{a86}, \c{mov ax,var} has different behaviour depending on whether
1086 \c{var} was declared as \c{var: dw 0} (a label) or \c{var dw 0} (a
1087 word-size variable). NASM is very simple by comparison:
1088 \e{everything} is a label.
1089
1090 NASM, in the interests of simplicity, also does not support the
1091 \i{hybrid syntaxes} supported by MASM and its clones, such as
1092 \c{mov ax,table[bx]}, where a memory reference is denoted by one
1093 portion outside square brackets and another portion inside. The
1094 correct syntax for the above is \c{mov ax,[table+bx]}. Likewise,
1095 \c{mov ax,es:[di]} is wrong and \c{mov ax,[es:di]} is right.
1096
1097
1098 \S{qstypes} NASM Doesn't Store \i{Variable Types}
1099
1100 NASM, by design, chooses not to remember the types of variables you
1101 declare. Whereas MASM will remember, on seeing \c{var dw 0}, that
1102 you declared \c{var} as a word-size variable, and will then be able
1103 to fill in the \i{ambiguity} in the size of the instruction \c{mov
1104 var,2}, NASM will deliberately remember nothing about the symbol
1105 \c{var} except where it begins, and so you must explicitly code
1106 \c{mov word [var],2}.
1107
1108 For this reason, NASM doesn't support the \c{LODS}, \c{MOVS},
1109 \c{STOS}, \c{SCAS}, \c{CMPS}, \c{INS}, or \c{OUTS} instructions,
1110 but only supports the forms such as \c{LODSB}, \c{MOVSW}, and
1111 \c{SCASD}, which explicitly specify the size of the components of
1112 the strings being manipulated.
1113
1114
1115 \S{qsassume} NASM Doesn't \i\c{ASSUME}
1116
1117 As part of NASM's drive for simplicity, it also does not support the
1118 \c{ASSUME} directive. NASM will not keep track of what values you
1119 choose to put in your segment registers, and will never
1120 \e{automatically} generate a \i{segment override} prefix.
1121
1122
1123 \S{qsmodel} NASM Doesn't Support \i{Memory Models}
1124
1125 NASM also does not have any directives to support different 16-bit
1126 memory models. The programmer has to keep track of which functions
1127 are supposed to be called with a \i{far call} and which with a
1128 \i{near call}, and is responsible for putting the correct form of
1129 \c{RET} instruction (\c{RETN} or \c{RETF}; NASM accepts \c{RET}
1130 itself as an alternate form for \c{RETN}); in addition, the
1131 programmer is responsible for coding CALL FAR instructions where
1132 necessary when calling \e{external} functions, and must also keep
1133 track of which external variable definitions are far and which are
1134 near.
1135
1136
1137 \S{qsfpu} \i{Floating-Point} Differences
1138
1139 NASM uses different names to refer to floating-point registers from
1140 MASM: where MASM would call them \c{ST(0)}, \c{ST(1)} and so on, and
1141 \i\c{a86} would call them simply \c{0}, \c{1} and so on, NASM
1142 chooses to call them \c{st0}, \c{st1} etc.
1143
1144 As of version 0.96, NASM now treats the instructions with
1145 \i{`nowait'} forms in the same way as MASM-compatible assemblers.
1146 The idiosyncratic treatment employed by 0.95 and earlier was based
1147 on a misunderstanding by the authors.
1148
1149
1150 \S{qsother} Other Differences
1151
1152 For historical reasons, NASM uses the keyword \i\c{TWORD} where MASM
1153 and compatible assemblers use \i\c{TBYTE}.
1154
1155 NASM does not declare \i{uninitialized storage} in the same way as
1156 MASM: where a MASM programmer might use \c{stack db 64 dup (?)},
1157 NASM requires \c{stack resb 64}, intended to be read as `reserve 64
1158 bytes'. For a limited amount of compatibility, since NASM treats
1159 \c{?} as a valid character in symbol names, you can code \c{? equ 0}
1160 and then writing \c{dw ?} will at least do something vaguely useful.
1161 \I\c{RESB}\i\c{DUP} is still not a supported syntax, however.
1162
1163 In addition to all of this, macros and directives work completely
1164 differently to MASM. See \k{preproc} and \k{directive} for further
1165 details.
1166
1167
1168 \C{lang} The NASM Language
1169
1170 \H{syntax} Layout of a NASM Source Line
1171
1172 Like most assemblers, each NASM source line contains (unless it
1173 is a macro, a preprocessor directive or an assembler directive: see
1174 \k{preproc} and \k{directive}) some combination of the four fields
1175
1176 \c label:    instruction operands        ; comment
1177
1178 As usual, most of these fields are optional; the presence or absence
1179 of any combination of a label, an instruction and a comment is allowed.
1180 Of course, the operand field is either required or forbidden by the
1181 presence and nature of the instruction field.
1182
1183 NASM uses backslash (\\) as the line continuation character; if a line
1184 ends with backslash, the next line is considered to be a part of the
1185 backslash-ended line.
1186
1187 NASM places no restrictions on white space within a line: labels may
1188 have white space before them, or instructions may have no space
1189 before them, or anything. The \i{colon} after a label is also
1190 optional. (Note that this means that if you intend to code \c{lodsb}
1191 alone on a line, and type \c{lodab} by accident, then that's still a
1192 valid source line which does nothing but define a label. Running
1193 NASM with the command-line option
1194 \I{orphan-labels}\c{-w+orphan-labels} will cause it to warn you if
1195 you define a label alone on a line without a \i{trailing colon}.)
1196
1197 \i{Valid characters} in labels are letters, numbers, \c{_}, \c{$},
1198 \c{#}, \c{@}, \c{~}, \c{.}, and \c{?}. The only characters which may
1199 be used as the \e{first} character of an identifier are letters,
1200 \c{.} (with special meaning: see \k{locallab}), \c{_} and \c{?}.
1201 An identifier may also be prefixed with a \I{$, prefix}\c{$} to
1202 indicate that it is intended to be read as an identifier and not a
1203 reserved word; thus, if some other module you are linking with
1204 defines a symbol called \c{eax}, you can refer to \c{$eax} in NASM
1205 code to distinguish the symbol from the register. Maximum length of
1206 an identifier is 4095 characters.
1207
1208 The instruction field may contain any machine instruction: Pentium
1209 and P6 instructions, FPU instructions, MMX instructions and even
1210 undocumented instructions are all supported. The instruction may be
1211 prefixed by \c{LOCK}, \c{REP}, \c{REPE}/\c{REPZ} or
1212 \c{REPNE}/\c{REPNZ}, in the usual way. Explicit \I{address-size
1213 prefixes}address-size and \i{operand-size prefixes} \i\c{A16},
1214 \i\c{A32}, \i\c{A64}, \i\c{O16} and \i\c{O32}, \i\c{O64} are provided - one example of their use
1215 is given in \k{mixsize}. You can also use the name of a \I{segment
1216 override}segment register as an instruction prefix: coding
1217 \c{es mov [bx],ax} is equivalent to coding \c{mov [es:bx],ax}. We
1218 recommend the latter syntax, since it is consistent with other
1219 syntactic features of the language, but for instructions such as
1220 \c{LODSB}, which has no operands and yet can require a segment
1221 override, there is no clean syntactic way to proceed apart from
1222 \c{es lodsb}.
1223
1224 An instruction is not required to use a prefix: prefixes such as
1225 \c{CS}, \c{A32}, \c{LOCK} or \c{REPE} can appear on a line by
1226 themselves, and NASM will just generate the prefix bytes.
1227
1228 In addition to actual machine instructions, NASM also supports a
1229 number of pseudo-instructions, described in \k{pseudop}.
1230
1231 Instruction \i{operands} may take a number of forms: they can be
1232 registers, described simply by the register name (e.g. \c{ax},
1233 \c{bp}, \c{ebx}, \c{cr0}: NASM does not use the \c{gas}-style
1234 syntax in which register names must be prefixed by a \c{%} sign), or
1235 they can be \i{effective addresses} (see \k{effaddr}), constants
1236 (\k{const}) or expressions (\k{expr}).
1237
1238 For x87 \i{floating-point} instructions, NASM accepts a wide range of
1239 syntaxes: you can use two-operand forms like MASM supports, or you
1240 can use NASM's native single-operand forms in most cases.
1241 \# Details of
1242 \# all forms of each supported instruction are given in
1243 \# \k{iref}.
1244 For example, you can code:
1245
1246 \c         fadd    st1             ; this sets st0 := st0 + st1
1247 \c         fadd    st0,st1         ; so does this
1248 \c
1249 \c         fadd    st1,st0         ; this sets st1 := st1 + st0
1250 \c         fadd    to st1          ; so does this
1251
1252 Almost any x87 floating-point instruction that references memory must
1253 use one of the prefixes \i\c{DWORD}, \i\c{QWORD} or \i\c{TWORD} to
1254 indicate what size of \i{memory operand} it refers to.
1255
1256
1257 \H{pseudop} \i{Pseudo-Instructions}
1258
1259 Pseudo-instructions are things which, though not real x86 machine
1260 instructions, are used in the instruction field anyway because that's
1261 the most convenient place to put them. The current pseudo-instructions
1262 are \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1263 \i\c{DY}; their \i{uninitialized} counterparts \i\c{RESB}, \i\c{RESW},
1264 \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO} and \i\c{RESY}; the
1265 \i\c{INCBIN} command, the \i\c{EQU} command, and the \i\c{TIMES}
1266 prefix.
1267
1268
1269 \S{db} \c{DB} and Friends: Declaring Initialized Data
1270
1271 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, \i\c{DO} and
1272 \i\c{DY} are used, much as in MASM, to declare initialized data in the
1273 output file. They can be invoked in a wide range of ways:
1274 \I{floating-point}\I{character constant}\I{string constant}
1275
1276 \c       db    0x55                ; just the byte 0x55
1277 \c       db    0x55,0x56,0x57      ; three bytes in succession
1278 \c       db    'a',0x55            ; character constants are OK
1279 \c       db    'hello',13,10,'$'   ; so are string constants
1280 \c       dw    0x1234              ; 0x34 0x12
1281 \c       dw    'a'                 ; 0x61 0x00 (it's just a number)
1282 \c       dw    'ab'                ; 0x61 0x62 (character constant)
1283 \c       dw    'abc'               ; 0x61 0x62 0x63 0x00 (string)
1284 \c       dd    0x12345678          ; 0x78 0x56 0x34 0x12
1285 \c       dd    1.234567e20         ; floating-point constant
1286 \c       dq    0x123456789abcdef0  ; eight byte constant
1287 \c       dq    1.234567e20         ; double-precision float
1288 \c       dt    1.234567e20         ; extended-precision float
1289
1290 \c{DT}, \c{DO} and \c{DY} do not accept \i{numeric constants} as operands.
1291
1292
1293 \S{resb} \c{RESB} and Friends: Declaring \i{Uninitialized} Data
1294
1295 \i\c{RESB}, \i\c{RESW}, \i\c{RESD}, \i\c{RESQ}, \i\c{REST}, \i\c{RESO}
1296 and \i\c{RESY} are designed to be used in the BSS section of a module:
1297 they declare \e{uninitialized} storage space. Each takes a single
1298 operand, which is the number of bytes, words, doublewords or whatever
1299 to reserve.  As stated in \k{qsother}, NASM does not support the
1300 MASM/TASM syntax of reserving uninitialized space by writing
1301 \I\c{?}\c{DW ?} or similar things: this is what it does instead. The
1302 operand to a \c{RESB}-type pseudo-instruction is a \i\e{critical
1303 expression}: see \k{crit}.
1304
1305 For example:
1306
1307 \c buffer:         resb    64              ; reserve 64 bytes
1308 \c wordvar:        resw    1               ; reserve a word
1309 \c realarray       resq    10              ; array of ten reals
1310 \c ymmval:         resy    1               ; one YMM register
1311
1312 \S{incbin} \i\c{INCBIN}: Including External \i{Binary Files}
1313
1314 \c{INCBIN} is borrowed from the old Amiga assembler \i{DevPac}: it
1315 includes a binary file verbatim into the output file. This can be
1316 handy for (for example) including \i{graphics} and \i{sound} data
1317 directly into a game executable file. It can be called in one of
1318 these three ways:
1319
1320 \c     incbin  "file.dat"             ; include the whole file
1321 \c     incbin  "file.dat",1024        ; skip the first 1024 bytes
1322 \c     incbin  "file.dat",1024,512    ; skip the first 1024, and
1323 \c                                    ; actually include at most 512
1324
1325 \c{INCBIN} is both a directive and a standard macro; the standard
1326 macro version searches for the file in the include file search path
1327 and adds the file to the dependency lists.  This macro can be
1328 overridden if desired.
1329
1330
1331 \S{equ} \i\c{EQU}: Defining Constants
1332
1333 \c{EQU} defines a symbol to a given constant value: when \c{EQU} is
1334 used, the source line must contain a label. The action of \c{EQU} is
1335 to define the given label name to the value of its (only) operand.
1336 This definition is absolute, and cannot change later. So, for
1337 example,
1338
1339 \c message         db      'hello, world'
1340 \c msglen          equ     $-message
1341
1342 defines \c{msglen} to be the constant 12. \c{msglen} may not then be
1343 redefined later. This is not a \i{preprocessor} definition either:
1344 the value of \c{msglen} is evaluated \e{once}, using the value of
1345 \c{$} (see \k{expr} for an explanation of \c{$}) at the point of
1346 definition, rather than being evaluated wherever it is referenced
1347 and using the value of \c{$} at the point of reference.
1348
1349
1350 \S{times} \i\c{TIMES}: \i{Repeating} Instructions or Data
1351
1352 The \c{TIMES} prefix causes the instruction to be assembled multiple
1353 times. This is partly present as NASM's equivalent of the \i\c{DUP}
1354 syntax supported by \i{MASM}-compatible assemblers, in that you can
1355 code
1356
1357 \c zerobuf:        times 64 db 0
1358
1359 or similar things; but \c{TIMES} is more versatile than that. The
1360 argument to \c{TIMES} is not just a numeric constant, but a numeric
1361 \e{expression}, so you can do things like
1362
1363 \c buffer: db      'hello, world'
1364 \c         times 64-$+buffer db ' '
1365
1366 which will store exactly enough spaces to make the total length of
1367 \c{buffer} up to 64. Finally, \c{TIMES} can be applied to ordinary
1368 instructions, so you can code trivial \i{unrolled loops} in it:
1369
1370 \c         times 100 movsb
1371
1372 Note that there is no effective difference between \c{times 100 resb
1373 1} and \c{resb 100}, except that the latter will be assembled about
1374 100 times faster due to the internal structure of the assembler.
1375
1376 The operand to \c{TIMES} is a critical expression (\k{crit}).
1377
1378 Note also that \c{TIMES} can't be applied to \i{macros}: the reason
1379 for this is that \c{TIMES} is processed after the macro phase, which
1380 allows the argument to \c{TIMES} to contain expressions such as
1381 \c{64-$+buffer} as above. To repeat more than one line of code, or a
1382 complex macro, use the preprocessor \i\c{%rep} directive.
1383
1384
1385 \H{effaddr} Effective Addresses
1386
1387 An \i{effective address} is any operand to an instruction which
1388 \I{memory reference}references memory. Effective addresses, in NASM,
1389 have a very simple syntax: they consist of an expression evaluating
1390 to the desired address, enclosed in \i{square brackets}. For
1391 example:
1392
1393 \c wordvar dw      123
1394 \c         mov     ax,[wordvar]
1395 \c         mov     ax,[wordvar+1]
1396 \c         mov     ax,[es:wordvar+bx]
1397
1398 Anything not conforming to this simple system is not a valid memory
1399 reference in NASM, for example \c{es:wordvar[bx]}.
1400
1401 More complicated effective addresses, such as those involving more
1402 than one register, work in exactly the same way:
1403
1404 \c         mov     eax,[ebx*2+ecx+offset]
1405 \c         mov     ax,[bp+di+8]
1406
1407 NASM is capable of doing \i{algebra} on these effective addresses,
1408 so that things which don't necessarily \e{look} legal are perfectly
1409 all right:
1410
1411 \c     mov     eax,[ebx*5]             ; assembles as [ebx*4+ebx]
1412 \c     mov     eax,[label1*2-label2]   ; ie [label1+(label1-label2)]
1413
1414 Some forms of effective address have more than one assembled form;
1415 in most such cases NASM will generate the smallest form it can. For
1416 example, there are distinct assembled forms for the 32-bit effective
1417 addresses \c{[eax*2+0]} and \c{[eax+eax]}, and NASM will generally
1418 generate the latter on the grounds that the former requires four
1419 bytes to store a zero offset.
1420
1421 NASM has a hinting mechanism which will cause \c{[eax+ebx]} and
1422 \c{[ebx+eax]} to generate different opcodes; this is occasionally
1423 useful because \c{[esi+ebp]} and \c{[ebp+esi]} have different
1424 default segment registers.
1425
1426 However, you can force NASM to generate an effective address in a
1427 particular form by the use of the keywords \c{BYTE}, \c{WORD},
1428 \c{DWORD} and \c{NOSPLIT}. If you need \c{[eax+3]} to be assembled
1429 using a double-word offset field instead of the one byte NASM will
1430 normally generate, you can code \c{[dword eax+3]}. Similarly, you
1431 can force NASM to use a byte offset for a small value which it
1432 hasn't seen on the first pass (see \k{crit} for an example of such a
1433 code fragment) by using \c{[byte eax+offset]}. As special cases,
1434 \c{[byte eax]} will code \c{[eax+0]} with a byte offset of zero, and
1435 \c{[dword eax]} will code it with a double-word offset of zero. The
1436 normal form, \c{[eax]}, will be coded with no offset field.
1437
1438 The form described in the previous paragraph is also useful if you
1439 are trying to access data in a 32-bit segment from within 16 bit code.
1440 For more information on this see the section on mixed-size addressing
1441 (\k{mixaddr}). In particular, if you need to access data with a known
1442 offset that is larger than will fit in a 16-bit value, if you don't
1443 specify that it is a dword offset, nasm will cause the high word of
1444 the offset to be lost.
1445
1446 Similarly, NASM will split \c{[eax*2]} into \c{[eax+eax]} because
1447 that allows the offset field to be absent and space to be saved; in
1448 fact, it will also split \c{[eax*2+offset]} into
1449 \c{[eax+eax+offset]}. You can combat this behaviour by the use of
1450 the \c{NOSPLIT} keyword: \c{[nosplit eax*2]} will force
1451 \c{[eax*2+0]} to be generated literally.
1452
1453 In 64-bit mode, NASM will by default generate absolute addresses.  The
1454 \i\c{REL} keyword makes it produce \c{RIP}-relative addresses. Since
1455 this is frequently the normally desired behaviour, see the \c{DEFAULT}
1456 directive (\k{default}). The keyword \i\c{ABS} overrides \i\c{REL}.
1457
1458
1459 \H{const} \i{Constants}
1460
1461 NASM understands four different types of constant: numeric,
1462 character, string and floating-point.
1463
1464
1465 \S{numconst} \i{Numeric Constants}
1466
1467 A numeric constant is simply a number. NASM allows you to specify
1468 numbers in a variety of number bases, in a variety of ways: you can
1469 suffix \c{H} or \c{X}, \c{D} or \c{T}, \c{Q} or \c{O}, and \c{B} or
1470 \c{Y} for \i{hexadecimal}, \i{decimal}, \i{octal} and \i{binary}
1471 respectively, or you can prefix \c{0x}, for hexadecimal in the style
1472 of C, or you can prefix \c{$} for hexadecimal in the style of Borland
1473 Pascal or Motorola Assemblers. Note, though, that the \I{$,
1474 prefix}\c{$} prefix does double duty as a prefix on identifiers (see
1475 \k{syntax}), so a hex number prefixed with a \c{$} sign must have a
1476 digit after the \c{$} rather than a letter.  In addition, current
1477 versions of NASM accept the prefix \c{0h} for hexadecimal, \c{0d} or
1478 \c{0t} for decimal, \c{0o} or \c{0q} for octal, and \c{0b} or \c{0y}
1479 for binary.  Please note that unlike C, a \c{0} prefix by itself does
1480 \e{not} imply an octal constant!
1481
1482 Numeric constants can have underscores (\c{_}) interspersed to break
1483 up long strings.
1484
1485 Some examples (all producing exactly the same code):
1486
1487 \c         mov     ax,200          ; decimal
1488 \c         mov     ax,0200         ; still decimal
1489 \c         mov     ax,0200d        ; explicitly decimal
1490 \c         mov     ax,0d200        ; also decimal
1491 \c         mov     ax,0c8h         ; hex
1492 \c         mov     ax,$0c8         ; hex again: the 0 is required
1493 \c         mov     ax,0xc8         ; hex yet again
1494 \c         mov     ax,0hc8         ; still hex
1495 \c         mov     ax,310q         ; octal
1496 \c         mov     ax,310o         ; octal again
1497 \c         mov     ax,0o310        ; octal yet again
1498 \c         mov     ax,0q310        ; hex yet again
1499 \c         mov     ax,11001000b    ; binary
1500 \c         mov     ax,1100_1000b   ; same binary constant
1501 \c         mov     ax,1100_1000y   ; same binary constant once more
1502 \c         mov     ax,0b1100_1000  ; same binary constant yet again
1503 \c         mov     ax,0y1100_1000  ; same binary constant yet again
1504
1505 \S{strings} \I{Strings}\i{Character Strings}
1506
1507 A character string consists of up to eight characters enclosed in
1508 either single quotes (\c{'...'}), double quotes (\c{"..."}) or
1509 backquotes (\c{`...`}).  Single or double quotes are equivalent to
1510 NASM (except of course that surrounding the constant with single
1511 quotes allows double quotes to appear within it and vice versa); the
1512 contents of those are represented verbatim.  Strings enclosed in
1513 backquotes support C-style \c{\\}-escapes for special characters.
1514
1515
1516 The following \i{escape sequences} are recognized by backquoted strings:
1517
1518 \c       \'          single quote (')
1519 \c       \"          double quote (")
1520 \c       \`          backquote (`)
1521 \c       \\\          backslash (\)
1522 \c       \?          question mark (?)
1523 \c       \a          BEL (ASCII 7)
1524 \c       \b          BS  (ASCII 8)
1525 \c       \t          TAB (ASCII 9)
1526 \c       \n          LF  (ASCII 10)
1527 \c       \v          VT  (ASCII 11)
1528 \c       \f          FF  (ASCII 12)
1529 \c       \r          CR  (ASCII 13)
1530 \c       \e          ESC (ASCII 27)
1531 \c       \377        Up to 3 octal digits - literal byte
1532 \c       \xFF        Up to 2 hexadecimal digits - literal byte
1533 \c       \u1234      4 hexadecimal digits - Unicode character
1534 \c       \U12345678  8 hexadecimal digits - Unicode character
1535
1536 All other escape sequences are reserved.  Note that \c{\\0}, meaning a
1537 \c{NUL} character (ASCII 0), is a special case of the octal escape
1538 sequence.
1539
1540 \i{Unicode} characters specified with \c{\\u} or \c{\\U} are converted to
1541 \i{UTF-8}.  For example, the following lines are all equivalent:
1542
1543 \c       db `\u263a`            ; UTF-8 smiley face
1544 \c       db `\xe2\x98\xba`      ; UTF-8 smiley face
1545 \c       db 0E2h, 098h, 0BAh    ; UTF-8 smiley face
1546
1547
1548 \S{chrconst} \i{Character Constants}
1549
1550 A character constant consists of a string up to eight bytes long, used
1551 in an expression context.  It is treated as if it was an integer.
1552
1553 A character constant with more than one byte will be arranged
1554 with \i{little-endian} order in mind: if you code
1555
1556 \c           mov eax,'abcd'
1557
1558 then the constant generated is not \c{0x61626364}, but
1559 \c{0x64636261}, so that if you were then to store the value into
1560 memory, it would read \c{abcd} rather than \c{dcba}. This is also
1561 the sense of character constants understood by the Pentium's
1562 \i\c{CPUID} instruction.
1563
1564
1565 \S{strconst} \i{String Constants}
1566
1567 String constants are character strings used in the context of some
1568 pseudo-instructions, namely the
1569 \I\c{DW}\I\c{DD}\I\c{DQ}\I\c{DT}\I\c{DO}\I\c{DY}\i\c{DB} family and
1570 \i\c{INCBIN} (where it represents a filename.)  They are also used in
1571 certain preprocessor directives.
1572
1573 A string constant looks like a character constant, only longer. It
1574 is treated as a concatenation of maximum-size character constants
1575 for the conditions. So the following are equivalent:
1576
1577 \c       db    'hello'               ; string constant
1578 \c       db    'h','e','l','l','o'   ; equivalent character constants
1579
1580 And the following are also equivalent:
1581
1582 \c       dd    'ninechars'           ; doubleword string constant
1583 \c       dd    'nine','char','s'     ; becomes three doublewords
1584 \c       db    'ninechars',0,0,0     ; and really looks like this
1585
1586 Note that when used in a string-supporting context, quoted strings are
1587 treated as a string constants even if they are short enough to be a
1588 character constant, because otherwise \c{db 'ab'} would have the same
1589 effect as \c{db 'a'}, which would be silly. Similarly, three-character
1590 or four-character constants are treated as strings when they are
1591 operands to \c{DW}, and so forth.
1592
1593 \S{unicode} \I{UTF-16}\I{UTF-32}\i{Unicode} Strings
1594
1595 The special operators \i\c{__utf16__} and \i\c{__utf32__} allows
1596 definition of Unicode strings.  They take a string in UTF-8 format and
1597 converts it to (littleendian) UTF-16 or UTF-32, respectively.
1598
1599 For example:
1600
1601 \c %define u(x) __utf16__(x)
1602 \c %define w(x) __utf32__(x)
1603 \c
1604 \c       dw u('C:\WINDOWS'), 0       ; Pathname in UTF-16
1605 \c       dd w(`A + B = \u206a`), 0   ; String in UTF-32
1606
1607 \c{__utf16__} and \c{__utf32__} can be applied either to strings
1608 passed to the \c{DB} family instructions, or to character constants in
1609 an expression context.
1610
1611 \S{fltconst} \I{floating-point, constants}Floating-Point Constants
1612
1613 \i{Floating-point} constants are acceptable only as arguments to
1614 \i\c{DB}, \i\c{DW}, \i\c{DD}, \i\c{DQ}, \i\c{DT}, and \i\c{DO}, or as
1615 arguments to the special operators \i\c{__float8__},
1616 \i\c{__float16__}, \i\c{__float32__}, \i\c{__float64__},
1617 \i\c{__float80m__}, \i\c{__float80e__}, \i\c{__float128l__}, and
1618 \i\c{__float128h__}.
1619
1620 Floating-point constants are expressed in the traditional form:
1621 digits, then a period, then optionally more digits, then optionally an
1622 \c{E} followed by an exponent. The period is mandatory, so that NASM
1623 can distinguish between \c{dd 1}, which declares an integer constant,
1624 and \c{dd 1.0} which declares a floating-point constant.
1625
1626 NASM also support C99-style hexadecimal floating-point: \c{0x},
1627 hexadecimal digits, period, optionally more hexadeximal digits, then
1628 optionally a \c{P} followed by a \e{binary} (not hexadecimal) exponent
1629 in decimal notation.  As an extension, NASM additionally supports the
1630 \c{0h} and \c{$} prefixes for hexadecimal, as well binary and octal
1631 floating-point, using the \c{0b} or \c{0y} and \c{0o} or \c{0q}
1632 prefixes, respectively.
1633
1634 Underscores to break up groups of digits are permitted in
1635 floating-point constants as well.
1636
1637 Some examples:
1638
1639 \c       db    -0.2                    ; "Quarter precision"
1640 \c       dw    -0.5                    ; IEEE 754r/SSE5 half precision
1641 \c       dd    1.2                     ; an easy one
1642 \c       dd    1.222_222_222           ; underscores are permitted
1643 \c       dd    0x1p+2                  ; 1.0x2^2 = 4.0
1644 \c       dq    0x1p+32                 ; 1.0x2^32 = 4 294 967 296.0
1645 \c       dq    1.e10                   ; 10 000 000 000.0
1646 \c       dq    1.e+10                  ; synonymous with 1.e10
1647 \c       dq    1.e-10                  ; 0.000 000 000 1
1648 \c       dt    3.141592653589793238462 ; pi
1649 \c       do    1.e+4000                ; IEEE 754r quad precision
1650
1651 The 8-bit "quarter-precision" floating-point format is
1652 sign:exponent:mantissa = 1:4:3 with an exponent bias of 7.  This
1653 appears to be the most frequently used 8-bit floating-point format,
1654 although it is not covered by any formal standard.  This is sometimes
1655 called a "\i{minifloat}."
1656
1657 The special operators are used to produce floating-point numbers in
1658 other contexts.  They produce the binary representation of a specific
1659 floating-point number as an integer, and can use anywhere integer
1660 constants are used in an expression.  \c{__float80m__} and
1661 \c{__float80e__} produce the 64-bit mantissa and 16-bit exponent of an
1662 80-bit floating-point number, and \c{__float128l__} and
1663 \c{__float128h__} produce the lower and upper 64-bit halves of a 128-bit
1664 floating-point number, respectively.
1665
1666 For example:
1667
1668 \c       mov    rax,__float64__(3.141592653589793238462)
1669
1670 ... would assign the binary representation of pi as a 64-bit floating
1671 point number into \c{RAX}.  This is exactly equivalent to:
1672
1673 \c       mov    rax,0x400921fb54442d18
1674
1675 NASM cannot do compile-time arithmetic on floating-point constants.
1676 This is because NASM is designed to be portable - although it always
1677 generates code to run on x86 processors, the assembler itself can
1678 run on any system with an ANSI C compiler. Therefore, the assembler
1679 cannot guarantee the presence of a floating-point unit capable of
1680 handling the \i{Intel number formats}, and so for NASM to be able to
1681 do floating arithmetic it would have to include its own complete set
1682 of floating-point routines, which would significantly increase the
1683 size of the assembler for very little benefit.
1684
1685 The special tokens \i\c{__Infinity__}, \i\c{__QNaN__} (or
1686 \i\c{__NaN__}) and \i\c{__SNaN__} can be used to generate
1687 \I{infinity}infinities, quiet \i{NaN}s, and signalling NaNs,
1688 respectively.  These are normally used as macros:
1689
1690 \c %define Inf __Infinity__
1691 \c %define NaN __QNaN__
1692 \c
1693 \c       dq    +1.5, -Inf, NaN         ; Double-precision constants
1694
1695 \S{bcdconst} \I{floating-point, packed BCD constants}Packed BCD Constants
1696
1697 x87-style packed BCD constants can be used in the same contexts as
1698 80-bit floating-point numbers.  They are suffixed with \c{p} or
1699 prefixed with \c{0p}, and can include up to 18 decimal digits.
1700
1701 As with other numeric constants, underscores can be used to separate
1702 digits.
1703
1704 For example:
1705
1706 \c       dt 12_345_678_901_245_678p
1707 \c       dt -12_345_678_901_245_678p
1708 \c       dt +0p33
1709 \c       dt 33p
1710
1711
1712 \H{expr} \i{Expressions}
1713
1714 Expressions in NASM are similar in syntax to those in C.  Expressions
1715 are evaluated as 64-bit integers which are then adjusted to the
1716 appropriate size.
1717
1718 NASM supports two special tokens in expressions, allowing
1719 calculations to involve the current assembly position: the
1720 \I{$, here}\c{$} and \i\c{$$} tokens. \c{$} evaluates to the assembly
1721 position at the beginning of the line containing the expression; so
1722 you can code an \i{infinite loop} using \c{JMP $}. \c{$$} evaluates
1723 to the beginning of the current section; so you can tell how far
1724 into the section you are by using \c{($-$$)}.
1725
1726 The arithmetic \i{operators} provided by NASM are listed here, in
1727 increasing order of \i{precedence}.
1728
1729
1730 \S{expor} \i\c{|}: \i{Bitwise OR} Operator
1731
1732 The \c{|} operator gives a bitwise OR, exactly as performed by the
1733 \c{OR} machine instruction. Bitwise OR is the lowest-priority
1734 arithmetic operator supported by NASM.
1735
1736
1737 \S{expxor} \i\c{^}: \i{Bitwise XOR} Operator
1738
1739 \c{^} provides the bitwise XOR operation.
1740
1741
1742 \S{expand} \i\c{&}: \i{Bitwise AND} Operator
1743
1744 \c{&} provides the bitwise AND operation.
1745
1746
1747 \S{expshift} \i\c{<<} and \i\c{>>}: \i{Bit Shift} Operators
1748
1749 \c{<<} gives a bit-shift to the left, just as it does in C. So \c{5<<3}
1750 evaluates to 5 times 8, or 40. \c{>>} gives a bit-shift to the
1751 right; in NASM, such a shift is \e{always} unsigned, so that
1752 the bits shifted in from the left-hand end are filled with zero
1753 rather than a sign-extension of the previous highest bit.
1754
1755
1756 \S{expplmi} \I{+ opaddition}\c{+} and \I{- opsubtraction}\c{-}:
1757 \i{Addition} and \i{Subtraction} Operators
1758
1759 The \c{+} and \c{-} operators do perfectly ordinary addition and
1760 subtraction.
1761
1762
1763 \S{expmul} \i\c{*}, \i\c{/}, \i\c{//}, \i\c{%} and \i\c{%%}:
1764 \i{Multiplication} and \i{Division}
1765
1766 \c{*} is the multiplication operator. \c{/} and \c{//} are both
1767 division operators: \c{/} is \i{unsigned division} and \c{//} is
1768 \i{signed division}. Similarly, \c{%} and \c{%%} provide \I{unsigned
1769 modulo}\I{modulo operators}unsigned and
1770 \i{signed modulo} operators respectively.
1771
1772 NASM, like ANSI C, provides no guarantees about the sensible
1773 operation of the signed modulo operator.
1774
1775 Since the \c{%} character is used extensively by the macro
1776 \i{preprocessor}, you should ensure that both the signed and unsigned
1777 modulo operators are followed by white space wherever they appear.
1778
1779
1780 \S{expmul} \i{Unary Operators}: \I{+ opunary}\c{+}, \I{- opunary}\c{-},
1781 \i\c{~}, \I{! opunary}\c{!} and \i\c{SEG}
1782
1783 The highest-priority operators in NASM's expression grammar are
1784 those which only apply to one argument. \c{-} negates its operand,
1785 \c{+} does nothing (it's provided for symmetry with \c{-}), \c{~}
1786 computes the \i{one's complement} of its operand, \c{!} is the
1787 \i{logical negation} operator, and \c{SEG} provides the \i{segment address}
1788 of its operand (explained in more detail in \k{segwrt}).
1789
1790
1791 \H{segwrt} \i\c{SEG} and \i\c{WRT}
1792
1793 When writing large 16-bit programs, which must be split into
1794 multiple \i{segments}, it is often necessary to be able to refer to
1795 the \I{segment address}segment part of the address of a symbol. NASM
1796 supports the \c{SEG} operator to perform this function.
1797
1798 The \c{SEG} operator returns the \i\e{preferred} segment base of a
1799 symbol, defined as the segment base relative to which the offset of
1800 the symbol makes sense. So the code
1801
1802 \c         mov     ax,seg symbol
1803 \c         mov     es,ax
1804 \c         mov     bx,symbol
1805
1806 will load \c{ES:BX} with a valid pointer to the symbol \c{symbol}.
1807
1808 Things can be more complex than this: since 16-bit segments and
1809 \i{groups} may \I{overlapping segments}overlap, you might occasionally
1810 want to refer to some symbol using a different segment base from the
1811 preferred one. NASM lets you do this, by the use of the \c{WRT}
1812 (With Reference To) keyword. So you can do things like
1813
1814 \c         mov     ax,weird_seg        ; weird_seg is a segment base
1815 \c         mov     es,ax
1816 \c         mov     bx,symbol wrt weird_seg
1817
1818 to load \c{ES:BX} with a different, but functionally equivalent,
1819 pointer to the symbol \c{symbol}.
1820
1821 NASM supports far (inter-segment) calls and jumps by means of the
1822 syntax \c{call segment:offset}, where \c{segment} and \c{offset}
1823 both represent immediate values. So to call a far procedure, you
1824 could code either of
1825
1826 \c         call    (seg procedure):procedure
1827 \c         call    weird_seg:(procedure wrt weird_seg)
1828
1829 (The parentheses are included for clarity, to show the intended
1830 parsing of the above instructions. They are not necessary in
1831 practice.)
1832
1833 NASM supports the syntax \I\c{CALL FAR}\c{call far procedure} as a
1834 synonym for the first of the above usages. \c{JMP} works identically
1835 to \c{CALL} in these examples.
1836
1837 To declare a \i{far pointer} to a data item in a data segment, you
1838 must code
1839
1840 \c         dw      symbol, seg symbol
1841
1842 NASM supports no convenient synonym for this, though you can always
1843 invent one using the macro processor.
1844
1845
1846 \H{strict} \i\c{STRICT}: Inhibiting Optimization
1847
1848 When assembling with the optimizer set to full (see \k{opt-O}),
1849 NASM will use size specifiers (\c{BYTE}, \c{WORD},
1850 \c{DWORD}, \c{QWORD}, \c{TWORD}, \c{OWORD} or \c{YWORD}), but will
1851 give them the smallest possible size. The keyword \c{STRICT} can be
1852 used to inhibit optimization and force a particular operand to be
1853 emitted in the specified size. For example, with the optimizer on, and
1854 in \c{BITS 16} mode,
1855
1856 \c         push dword 33
1857
1858 is encoded in three bytes \c{66 6A 21}, whereas
1859
1860 \c         push strict dword 33
1861
1862 is encoded in six bytes, with a full dword immediate operand \c{66 68
1863 21 00 00 00}.
1864
1865 With the optimizer off, the same code (six bytes) is generated whether
1866 the \c{STRICT} keyword was used or not.
1867
1868
1869 \H{crit} \i{Critical Expressions}
1870
1871 Although NASM has an optional multi-pass optimizer, there are some
1872 expressions which must be resolvable on the first pass. These are
1873 called \e{Critical Expressions}.
1874
1875 The first pass is used to determine the size of all the assembled
1876 code and data, so that the second pass, when generating all the
1877 code, knows all the symbol addresses the code refers to. So one
1878 thing NASM can't handle is code whose size depends on the value of a
1879 symbol declared after the code in question. For example,
1880
1881 \c         times (label-$) db 0
1882 \c label:  db      'Where am I?'
1883
1884 The argument to \i\c{TIMES} in this case could equally legally
1885 evaluate to anything at all; NASM will reject this example because
1886 it cannot tell the size of the \c{TIMES} line when it first sees it.
1887 It will just as firmly reject the slightly \I{paradox}paradoxical
1888 code
1889
1890 \c         times (label-$+1) db 0
1891 \c label:  db      'NOW where am I?'
1892
1893 in which \e{any} value for the \c{TIMES} argument is by definition
1894 wrong!
1895
1896 NASM rejects these examples by means of a concept called a
1897 \e{critical expression}, which is defined to be an expression whose
1898 value is required to be computable in the first pass, and which must
1899 therefore depend only on symbols defined before it. The argument to
1900 the \c{TIMES} prefix is a critical expression.
1901
1902 \H{locallab} \i{Local Labels}
1903
1904 NASM gives special treatment to symbols beginning with a \i{period}.
1905 A label beginning with a single period is treated as a \e{local}
1906 label, which means that it is associated with the previous non-local
1907 label. So, for example:
1908
1909 \c label1  ; some code
1910 \c
1911 \c .loop
1912 \c         ; some more code
1913 \c
1914 \c         jne     .loop
1915 \c         ret
1916 \c
1917 \c label2  ; some code
1918 \c
1919 \c .loop
1920 \c         ; some more code
1921 \c
1922 \c         jne     .loop
1923 \c         ret
1924
1925 In the above code fragment, each \c{JNE} instruction jumps to the
1926 line immediately before it, because the two definitions of \c{.loop}
1927 are kept separate by virtue of each being associated with the
1928 previous non-local label.
1929
1930 This form of local label handling is borrowed from the old Amiga
1931 assembler \i{DevPac}; however, NASM goes one step further, in
1932 allowing access to local labels from other parts of the code. This
1933 is achieved by means of \e{defining} a local label in terms of the
1934 previous non-local label: the first definition of \c{.loop} above is
1935 really defining a symbol called \c{label1.loop}, and the second
1936 defines a symbol called \c{label2.loop}. So, if you really needed
1937 to, you could write
1938
1939 \c label3  ; some more code
1940 \c         ; and some more
1941 \c
1942 \c         jmp label1.loop
1943
1944 Sometimes it is useful - in a macro, for instance - to be able to
1945 define a label which can be referenced from anywhere but which
1946 doesn't interfere with the normal local-label mechanism. Such a
1947 label can't be non-local because it would interfere with subsequent
1948 definitions of, and references to, local labels; and it can't be
1949 local because the macro that defined it wouldn't know the label's
1950 full name. NASM therefore introduces a third type of label, which is
1951 probably only useful in macro definitions: if a label begins with
1952 the \I{label prefix}special prefix \i\c{..@}, then it does nothing
1953 to the local label mechanism. So you could code
1954
1955 \c label1:                         ; a non-local label
1956 \c .local:                         ; this is really label1.local
1957 \c ..@foo:                         ; this is a special symbol
1958 \c label2:                         ; another non-local label
1959 \c .local:                         ; this is really label2.local
1960 \c
1961 \c         jmp     ..@foo          ; this will jump three lines up
1962
1963 NASM has the capacity to define other special symbols beginning with
1964 a double period: for example, \c{..start} is used to specify the
1965 entry point in the \c{obj} output format (see \k{dotdotstart}),
1966 \c{..imagebase} is used to find out the offset from a base address
1967 of the current image in the \c{win64} output format (see \k{win64pic}).
1968 So just keep in mind that symbols beginning with a double period are
1969 special.
1970
1971
1972 \C{preproc} The NASM \i{Preprocessor}
1973
1974 NASM contains a powerful \i{macro processor}, which supports
1975 conditional assembly, multi-level file inclusion, two forms of macro
1976 (single-line and multi-line), and a `context stack' mechanism for
1977 extra macro power. Preprocessor directives all begin with a \c{%}
1978 sign.
1979
1980 The preprocessor collapses all lines which end with a backslash (\\)
1981 character into a single line.  Thus:
1982
1983 \c %define THIS_VERY_LONG_MACRO_NAME_IS_DEFINED_TO \\
1984 \c         THIS_VALUE
1985
1986 will work like a single-line macro without the backslash-newline
1987 sequence.
1988
1989 \H{slmacro} \i{Single-Line Macros}
1990
1991 \S{define} The Normal Way: \I\c{%idefine}\i\c{%define}
1992
1993 Single-line macros are defined using the \c{%define} preprocessor
1994 directive. The definitions work in a similar way to C; so you can do
1995 things like
1996
1997 \c %define ctrl    0x1F &
1998 \c %define param(a,b) ((a)+(a)*(b))
1999 \c
2000 \c         mov     byte [param(2,ebx)], ctrl 'D'
2001
2002 which will expand to
2003
2004 \c         mov     byte [(2)+(2)*(ebx)], 0x1F & 'D'
2005
2006 When the expansion of a single-line macro contains tokens which
2007 invoke another macro, the expansion is performed at invocation time,
2008 not at definition time. Thus the code
2009
2010 \c %define a(x)    1+b(x)
2011 \c %define b(x)    2*x
2012 \c
2013 \c         mov     ax,a(8)
2014
2015 will evaluate in the expected way to \c{mov ax,1+2*8}, even though
2016 the macro \c{b} wasn't defined at the time of definition of \c{a}.
2017
2018 Macros defined with \c{%define} are \i{case sensitive}: after
2019 \c{%define foo bar}, only \c{foo} will expand to \c{bar}: \c{Foo} or
2020 \c{FOO} will not. By using \c{%idefine} instead of \c{%define} (the
2021 `i' stands for `insensitive') you can define all the case variants
2022 of a macro at once, so that \c{%idefine foo bar} would cause
2023 \c{foo}, \c{Foo}, \c{FOO}, \c{fOO} and so on all to expand to
2024 \c{bar}.
2025
2026 There is a mechanism which detects when a macro call has occurred as
2027 a result of a previous expansion of the same macro, to guard against
2028 \i{circular references} and infinite loops. If this happens, the
2029 preprocessor will only expand the first occurrence of the macro.
2030 Hence, if you code
2031
2032 \c %define a(x)    1+a(x)
2033 \c
2034 \c         mov     ax,a(3)
2035
2036 the macro \c{a(3)} will expand once, becoming \c{1+a(3)}, and will
2037 then expand no further. This behaviour can be useful: see \k{32c}
2038 for an example of its use.
2039
2040 You can \I{overloading, single-line macros}overload single-line
2041 macros: if you write
2042
2043 \c %define foo(x)   1+x
2044 \c %define foo(x,y) 1+x*y
2045
2046 the preprocessor will be able to handle both types of macro call,
2047 by counting the parameters you pass; so \c{foo(3)} will become
2048 \c{1+3} whereas \c{foo(ebx,2)} will become \c{1+ebx*2}. However, if
2049 you define
2050
2051 \c %define foo bar
2052
2053 then no other definition of \c{foo} will be accepted: a macro with
2054 no parameters prohibits the definition of the same name as a macro
2055 \e{with} parameters, and vice versa.
2056
2057 This doesn't prevent single-line macros being \e{redefined}: you can
2058 perfectly well define a macro with
2059
2060 \c %define foo bar
2061
2062 and then re-define it later in the same source file with
2063
2064 \c %define foo baz
2065
2066 Then everywhere the macro \c{foo} is invoked, it will be expanded
2067 according to the most recent definition. This is particularly useful
2068 when defining single-line macros with \c{%assign} (see \k{assign}).
2069
2070 You can \i{pre-define} single-line macros using the `-d' option on
2071 the NASM command line: see \k{opt-d}.
2072
2073
2074 \S{xdefine} Resolving \c{%define}: \I\c{%ixdefine}\i\c{%xdefine}
2075
2076 To have a reference to an embedded single-line macro resolved at the
2077 time that the embedding macro is \e{defined}, as opposed to when the
2078 embedding macro is \e{expanded}, you need a different mechanism to the
2079 one offered by \c{%define}. The solution is to use \c{%xdefine}, or
2080 it's \I{case sensitive}case-insensitive counterpart \c{%ixdefine}.
2081
2082 Suppose you have the following code:
2083
2084 \c %define  isTrue  1
2085 \c %define  isFalse isTrue
2086 \c %define  isTrue  0
2087 \c
2088 \c val1:    db      isFalse
2089 \c
2090 \c %define  isTrue  1
2091 \c
2092 \c val2:    db      isFalse
2093
2094 In this case, \c{val1} is equal to 0, and \c{val2} is equal to 1.
2095 This is because, when a single-line macro is defined using
2096 \c{%define}, it is expanded only when it is called. As \c{isFalse}
2097 expands to \c{isTrue}, the expansion will be the current value of
2098 \c{isTrue}. The first time it is called that is 0, and the second
2099 time it is 1.
2100
2101 If you wanted \c{isFalse} to expand to the value assigned to the
2102 embedded macro \c{isTrue} at the time that \c{isFalse} was defined,
2103 you need to change the above code to use \c{%xdefine}.
2104
2105 \c %xdefine isTrue  1
2106 \c %xdefine isFalse isTrue
2107 \c %xdefine isTrue  0
2108 \c
2109 \c val1:    db      isFalse
2110 \c
2111 \c %xdefine isTrue  1
2112 \c
2113 \c val2:    db      isFalse
2114
2115 Now, each time that \c{isFalse} is called, it expands to 1,
2116 as that is what the embedded macro \c{isTrue} expanded to at
2117 the time that \c{isFalse} was defined.
2118
2119
2120 \S{indmacro} \i{Macro Indirection}: \I\c{%[}\c{%[...]}
2121
2122 The \c{%[...]} construct can be used to expand macros in contexts
2123 where macro expansion would otherwise not occur, including in the
2124 names other macros.  For example, if you have a set of macros named
2125 \c{Foo16}, \c{Foo32} and \c{Foo64}, you could write:
2126
2127 \c      mov ax,Foo%[__BITS__]   ; The Foo value
2128
2129 to use the builtin macro \c{__BITS__} (see \k{bitsm}) to automatically
2130 select between them.  Similarly, the two statements:
2131
2132 \c %xdefine Bar         Quux    ; Expands due to %xdefine
2133 \c %define  Bar         %[Quux] ; Expands due to %[...]
2134
2135 have, in fact, exactly the same effect.
2136
2137 \c{%[...]} concatenates to adjacent tokens in the same way that
2138 multi-line macro parameters do, see \k{concat} for details.
2139
2140
2141 \S{concat%+} Concatenating Single Line Macro Tokens: \i\c{%+}
2142
2143 Individual tokens in single line macros can be concatenated, to produce
2144 longer tokens for later processing. This can be useful if there are
2145 several similar macros that perform similar functions.
2146
2147 Please note that a space is required after \c{%+}, in order to
2148 disambiguate it from the syntax \c{%+1} used in multiline macros.
2149
2150 As an example, consider the following:
2151
2152 \c %define BDASTART 400h                ; Start of BIOS data area
2153
2154 \c struc   tBIOSDA                      ; its structure
2155 \c         .COM1addr       RESW    1
2156 \c         .COM2addr       RESW    1
2157 \c         ; ..and so on
2158 \c endstruc
2159
2160 Now, if we need to access the elements of tBIOSDA in different places,
2161 we can end up with:
2162
2163 \c         mov     ax,BDASTART + tBIOSDA.COM1addr
2164 \c         mov     bx,BDASTART + tBIOSDA.COM2addr
2165
2166 This will become pretty ugly (and tedious) if used in many places, and
2167 can be reduced in size significantly by using the following macro:
2168
2169 \c ; Macro to access BIOS variables by their names (from tBDA):
2170
2171 \c %define BDA(x)  BDASTART + tBIOSDA. %+ x
2172
2173 Now the above code can be written as:
2174
2175 \c         mov     ax,BDA(COM1addr)
2176 \c         mov     bx,BDA(COM2addr)
2177
2178 Using this feature, we can simplify references to a lot of macros (and,
2179 in turn, reduce typing errors).
2180
2181
2182 \S{selfref%?} The Macro Name Itself: \i\c{%?} and \i\c{%??}
2183
2184 The special symbols \c{%?} and \c{%??} can be used to reference the
2185 macro name itself inside a macro expansion, this is supported for both
2186 single-and multi-line macros.  \c{%?} refers to the macro name as
2187 \e{invoked}, whereas \c{%??} refers to the macro name as
2188 \e{declared}.  The two are always the same for case-sensitive
2189 macros, but for case-insensitive macros, they can differ.
2190
2191 For example:
2192
2193 \c %idefine Foo mov %?,%??
2194 \c
2195 \c         foo
2196 \c         FOO
2197
2198 will expand to:
2199
2200 \c         mov foo,Foo
2201 \c         mov FOO,Foo
2202
2203 The sequence:
2204
2205 \c %idefine keyword $%?
2206
2207 can be used to make a keyword "disappear", for example in case a new
2208 instruction has been used as a label in older code.  For example:
2209
2210 \c %idefine pause $%?                  ; Hide the PAUSE instruction
2211
2212
2213 \S{undef} Undefining Single-Line Macros: \i\c{%undef}
2214
2215 Single-line macros can be removed with the \c{%undef} directive.  For
2216 example, the following sequence:
2217
2218 \c %define foo bar
2219 \c %undef  foo
2220 \c
2221 \c         mov     eax, foo
2222
2223 will expand to the instruction \c{mov eax, foo}, since after
2224 \c{%undef} the macro \c{foo} is no longer defined.
2225
2226 Macros that would otherwise be pre-defined can be undefined on the
2227 command-line using the `-u' option on the NASM command line: see
2228 \k{opt-u}.
2229
2230
2231 \S{assign} \i{Preprocessor Variables}: \i\c{%assign}
2232
2233 An alternative way to define single-line macros is by means of the
2234 \c{%assign} command (and its \I{case sensitive}case-insensitive
2235 counterpart \i\c{%iassign}, which differs from \c{%assign} in
2236 exactly the same way that \c{%idefine} differs from \c{%define}).
2237
2238 \c{%assign} is used to define single-line macros which take no
2239 parameters and have a numeric value. This value can be specified in
2240 the form of an expression, and it will be evaluated once, when the
2241 \c{%assign} directive is processed.
2242
2243 Like \c{%define}, macros defined using \c{%assign} can be re-defined
2244 later, so you can do things like
2245
2246 \c %assign i i+1
2247
2248 to increment the numeric value of a macro.
2249
2250 \c{%assign} is useful for controlling the termination of \c{%rep}
2251 preprocessor loops: see \k{rep} for an example of this. Another
2252 use for \c{%assign} is given in \k{16c} and \k{32c}.
2253
2254 The expression passed to \c{%assign} is a \i{critical expression}
2255 (see \k{crit}), and must also evaluate to a pure number (rather than
2256 a relocatable reference such as a code or data address, or anything
2257 involving a register).
2258
2259
2260 \S{defstr} Defining Strings: \I\c{%idefstr}\i\c{%defstr}
2261
2262 \c{%defstr}, and its case-insensitive counterpart \c{%idefstr}, define
2263 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2264 entire right-hand side, after macro expansion, to a quoted string
2265 before definition.
2266
2267 For example:
2268
2269 \c %defstr test TEST
2270
2271 is equivalent to
2272
2273 \c %define test 'TEST'
2274
2275 This can be used, for example, with the \c{%!} construct (see
2276 \k{getenv}):
2277
2278 \c %defstr PATH %!PATH          ; The operating system PATH variable
2279
2280
2281 \S{deftok} Defining Tokens: \I\c{%ideftok}\i\c{%deftok}
2282
2283 \c{%deftok}, and its case-insensitive counterpart \c{%ideftok}, define
2284 or redefine a single-line macro without parameters but converts the
2285 second parameter, after string conversion, to a sequence of tokens.
2286
2287 For example:
2288
2289 \c %deftok test 'TEST'
2290
2291 is equivalent to
2292
2293 \c %define test TEST
2294
2295
2296 \H{strlen} \i{String Manipulation in Macros}
2297
2298 It's often useful to be able to handle strings in macros. NASM
2299 supports a few simple string handling macro operators from which
2300 more complex operations can be constructed.
2301
2302 All the string operators define or redefine a value (either a string
2303 or a numeric value) to a single-line macro.  When producing a string
2304 value, it may change the style of quoting of the input string or
2305 strings, and possibly use \c{\\}-escapes inside \c{`}-quoted strings.
2306
2307 \S{strcat} \i{Concatenating Strings}: \i\c{%strcat}
2308
2309 The \c{%strcat} operator concatenates quoted strings and assign them to
2310 a single-line macro.
2311
2312 For example:
2313
2314 \c %strcat alpha "Alpha: ", '12" screen'
2315
2316 ... would assign the value \c{'Alpha: 12" screen'} to \c{alpha}.
2317 Similarly:
2318
2319 \c %strcat beta '"foo"\', "'bar'"
2320
2321 ... would assign the value \c{`"foo"\\\\'bar'`} to \c{beta}.
2322
2323 The use of commas to separate strings is permitted but optional.
2324
2325
2326 \S{strlen} \i{String Length}: \i\c{%strlen}
2327
2328 The \c{%strlen} operator assigns the length of a string to a macro.
2329 For example:
2330
2331 \c %strlen charcnt 'my string'
2332
2333 In this example, \c{charcnt} would receive the value 9, just as
2334 if an \c{%assign} had been used. In this example, \c{'my string'}
2335 was a literal string but it could also have been a single-line
2336 macro that expands to a string, as in the following example:
2337
2338 \c %define sometext 'my string'
2339 \c %strlen charcnt sometext
2340
2341 As in the first case, this would result in \c{charcnt} being
2342 assigned the value of 9.
2343
2344
2345 \S{substr} \i{Extracting Substrings}: \i\c{%substr}
2346
2347 Individual letters or substrings in strings can be extracted using the
2348 \c{%substr} operator.  An example of its use is probably more useful
2349 than the description:
2350
2351 \c %substr mychar 'xyzw' 1       ; equivalent to %define mychar 'x'
2352 \c %substr mychar 'xyzw' 2       ; equivalent to %define mychar 'y'
2353 \c %substr mychar 'xyzw' 3       ; equivalent to %define mychar 'z'
2354 \c %substr mychar 'xyzw' 2,2     ; equivalent to %define mychar 'yz'
2355 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-1    ; equivalent to %define mychar 'yzw'
2356 \c %substr mychar 'xyzw' 2,-2    ; equivalent to %define mychar 'yz'
2357
2358 As with \c{%strlen} (see \k{strlen}), the first parameter is the
2359 single-line macro to be created and the second is the string. The
2360 third parameter specifies the first character to be selected, and the
2361 optional fourth parameter preceeded by comma) is the length.  Note
2362 that the first index is 1, not 0 and the last index is equal to the
2363 value that \c{%strlen} would assign given the same string. Index
2364 values out of range result in an empty string.  A negative length
2365 means "until N-1 characters before the end of string", i.e. \c{-1}
2366 means until end of string, \c{-2} until one character before, etc.
2367
2368
2369 \H{mlmacro} \i{Multi-Line Macros}: \I\c{%imacro}\i\c{%macro}
2370
2371 Multi-line macros are much more like the type of macro seen in MASM
2372 and TASM: a multi-line macro definition in NASM looks something like
2373 this.
2374
2375 \c %macro  prologue 1
2376 \c
2377 \c         push    ebp
2378 \c         mov     ebp,esp
2379 \c         sub     esp,%1
2380 \c
2381 \c %endmacro
2382
2383 This defines a C-like function prologue as a macro: so you would
2384 invoke the macro with a call such as
2385
2386 \c myfunc:   prologue 12
2387
2388 which would expand to the three lines of code
2389
2390 \c myfunc: push    ebp
2391 \c         mov     ebp,esp
2392 \c         sub     esp,12
2393
2394 The number \c{1} after the macro name in the \c{%macro} line defines
2395 the number of parameters the macro \c{prologue} expects to receive.
2396 The use of \c{%1} inside the macro definition refers to the first
2397 parameter to the macro call. With a macro taking more than one
2398 parameter, subsequent parameters would be referred to as \c{%2},
2399 \c{%3} and so on.
2400
2401 Multi-line macros, like single-line macros, are \i{case-sensitive},
2402 unless you define them using the alternative directive \c{%imacro}.
2403
2404 If you need to pass a comma as \e{part} of a parameter to a
2405 multi-line macro, you can do that by enclosing the entire parameter
2406 in \I{braces, around macro parameters}braces. So you could code
2407 things like
2408
2409 \c %macro  silly 2
2410 \c
2411 \c     %2: db      %1
2412 \c
2413 \c %endmacro
2414 \c
2415 \c         silly 'a', letter_a             ; letter_a:  db 'a'
2416 \c         silly 'ab', string_ab           ; string_ab: db 'ab'
2417 \c         silly {13,10}, crlf             ; crlf:      db 13,10
2418
2419
2420 \#\S{mlrmacro} \i{Recursive Multi-Line Macros}: \I\c{%irmacro}\i\c{%rmacro}
2421 \#
2422 \#A multi-line macro cannot be referenced within itself, in order to
2423 \#prevent accidental infinite recursion.
2424 \#
2425 \#Recursive multi-line macros allow for self-referencing, with the
2426 \#caveat that the user is aware of the existence, use and purpose of
2427 \#recursive multi-line macros. There is also a generous, but sane, upper
2428 \#limit to the number of recursions, in order to prevent run-away memory
2429 \#consumption in case of accidental infinite recursion.
2430 \#
2431 \#As with non-recursive multi-line macros, recursive multi-line macros are
2432 \#\i{case-sensitive}, unless you define them using the alternative
2433 \#directive \c{%irmacro}.
2434
2435 \S{mlmacover} Overloading Multi-Line Macros\I{overloading, multi-line macros}
2436
2437 As with single-line macros, multi-line macros can be overloaded by
2438 defining the same macro name several times with different numbers of
2439 parameters. This time, no exception is made for macros with no
2440 parameters at all. So you could define
2441
2442 \c %macro  prologue 0
2443 \c
2444 \c         push    ebp
2445 \c         mov     ebp,esp
2446 \c
2447 \c %endmacro
2448
2449 to define an alternative form of the function prologue which
2450 allocates no local stack space.
2451
2452 Sometimes, however, you might want to `overload' a machine
2453 instruction; for example, you might want to define
2454
2455 \c %macro  push 2
2456 \c
2457 \c         push    %1
2458 \c         push    %2
2459 \c
2460 \c %endmacro
2461
2462 so that you could code
2463
2464 \c         push    ebx             ; this line is not a macro call
2465 \c         push    eax,ecx         ; but this one is
2466
2467 Ordinarily, NASM will give a warning for the first of the above two
2468 lines, since \c{push} is now defined to be a macro, and is being
2469 invoked with a number of parameters for which no definition has been
2470 given. The correct code will still be generated, but the assembler
2471 will give a warning. This warning can be disabled by the use of the
2472 \c{-w-macro-params} command-line option (see \k{opt-w}).
2473
2474
2475 \S{maclocal} \i{Macro-Local Labels}
2476
2477 NASM allows you to define labels within a multi-line macro
2478 definition in such a way as to make them local to the macro call: so
2479 calling the same macro multiple times will use a different label
2480 each time. You do this by prefixing \i\c{%%} to the label name. So
2481 you can invent an instruction which executes a \c{RET} if the \c{Z}
2482 flag is set by doing this:
2483
2484 \c %macro  retz 0
2485 \c
2486 \c         jnz     %%skip
2487 \c         ret
2488 \c     %%skip:
2489 \c
2490 \c %endmacro
2491
2492 You can call this macro as many times as you want, and every time
2493 you call it NASM will make up a different `real' name to substitute
2494 for the label \c{%%skip}. The names NASM invents are of the form
2495 \c{..@2345.skip}, where the number 2345 changes with every macro
2496 call. The \i\c{..@} prefix prevents macro-local labels from
2497 interfering with the local label mechanism, as described in
2498 \k{locallab}. You should avoid defining your own labels in this form
2499 (the \c{..@} prefix, then a number, then another period) in case
2500 they interfere with macro-local labels.
2501
2502
2503 \S{mlmacgre} \i{Greedy Macro Parameters}
2504
2505 Occasionally it is useful to define a macro which lumps its entire
2506 command line into one parameter definition, possibly after
2507 extracting one or two smaller parameters from the front. An example
2508 might be a macro to write a text string to a file in MS-DOS, where
2509 you might want to be able to write
2510
2511 \c         writefile [filehandle],"hello, world",13,10
2512
2513 NASM allows you to define the last parameter of a macro to be
2514 \e{greedy}, meaning that if you invoke the macro with more
2515 parameters than it expects, all the spare parameters get lumped into
2516 the last defined one along with the separating commas. So if you
2517 code:
2518
2519 \c %macro  writefile 2+
2520 \c
2521 \c         jmp     %%endstr
2522 \c   %%str:        db      %2
2523 \c   %%endstr:
2524 \c         mov     dx,%%str
2525 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
2526 \c         mov     bx,%1
2527 \c         mov     ah,0x40
2528 \c         int     0x21
2529 \c
2530 \c %endmacro
2531
2532 then the example call to \c{writefile} above will work as expected:
2533 the text before the first comma, \c{[filehandle]}, is used as the
2534 first macro parameter and expanded when \c{%1} is referred to, and
2535 all the subsequent text is lumped into \c{%2} and placed after the
2536 \c{db}.
2537
2538 The greedy nature of the macro is indicated to NASM by the use of
2539 the \I{+ modifier}\c{+} sign after the parameter count on the
2540 \c{%macro} line.
2541
2542 If you define a greedy macro, you are effectively telling NASM how
2543 it should expand the macro given \e{any} number of parameters from
2544 the actual number specified up to infinity; in this case, for
2545 example, NASM now knows what to do when it sees a call to
2546 \c{writefile} with 2, 3, 4 or more parameters. NASM will take this
2547 into account when overloading macros, and will not allow you to
2548 define another form of \c{writefile} taking 4 parameters (for
2549 example).
2550
2551 Of course, the above macro could have been implemented as a
2552 non-greedy macro, in which case the call to it would have had to
2553 look like
2554
2555 \c           writefile [filehandle], {"hello, world",13,10}
2556
2557 NASM provides both mechanisms for putting \i{commas in macro
2558 parameters}, and you choose which one you prefer for each macro
2559 definition.
2560
2561 See \k{sectmac} for a better way to write the above macro.
2562
2563 \S{mlmacrange} \i{Macro Parameters Range}
2564
2565 NASM also allows you to expand parameters via special construction \c{%\{x:y\}}
2566 where \c{x} is the first parameter index and \c{y} is the last. Any index can
2567 be either negative or positive. Though the indices must never be zero.
2568
2569 For example
2570
2571 \c %macro mpar 1-*
2572 \c      db %{3:5}
2573 \c %endmacro
2574 \c
2575 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2576
2577 expands to \c{3,4,5} range.
2578
2579 Even more, the parameters can be reversed so that
2580
2581 \c %macro mpar 1-*
2582 \c      db %{5:3}
2583 \c %endmacro
2584 \c
2585 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2586
2587 expands to \c{5,4,3} range.
2588
2589 But even this is not the last. The parameters can be addressed via negative
2590 indices so NASM will count them reversed. The ones who know Python may see
2591 the analogue here.
2592
2593 \c %macro mpar 1-*
2594 \c      db %{-1:-3}
2595 \c %endmacro
2596 \c
2597 \c mpar 1,2,3,4,5,6
2598
2599 expands to \c{6,5,4} range.
2600
2601 Note that NASM uses \i{comma} to separate parameters being expanded.
2602
2603 By the way, here is a trick - you might use the index \c{%{-1:-1}} gives
2604 you the \i{last} argument passed to a macro.
2605
2606 \S{mlmacdef} \i{Default Macro Parameters}
2607
2608 NASM also allows you to define a multi-line macro with a \e{range}
2609 of allowable parameter counts. If you do this, you can specify
2610 defaults for \i{omitted parameters}. So, for example:
2611
2612 \c %macro  die 0-1 "Painful program death has occurred."
2613 \c
2614 \c         writefile 2,%1
2615 \c         mov     ax,0x4c01
2616 \c         int     0x21
2617 \c
2618 \c %endmacro
2619
2620 This macro (which makes use of the \c{writefile} macro defined in
2621 \k{mlmacgre}) can be called with an explicit error message, which it
2622 will display on the error output stream before exiting, or it can be
2623 called with no parameters, in which case it will use the default
2624 error message supplied in the macro definition.
2625
2626 In general, you supply a minimum and maximum number of parameters
2627 for a macro of this type; the minimum number of parameters are then
2628 required in the macro call, and then you provide defaults for the
2629 optional ones. So if a macro definition began with the line
2630
2631 \c %macro foobar 1-3 eax,[ebx+2]
2632
2633 then it could be called with between one and three parameters, and
2634 \c{%1} would always be taken from the macro call. \c{%2}, if not
2635 specified by the macro call, would default to \c{eax}, and \c{%3} if
2636 not specified would default to \c{[ebx+2]}.
2637
2638 You can provide extra information to a macro by providing
2639 too many default parameters:
2640
2641 \c %macro quux 1 something
2642
2643 This will trigger a warning by default; see \k{opt-w} for
2644 more information.
2645 When \c{quux} is invoked, it receives not one but two parameters.
2646 \c{something} can be referred to as \c{%2}. The difference
2647 between passing \c{something} this way and writing \c{something}
2648 in the macro body is that with this way \c{something} is evaluated
2649 when the macro is defined, not when it is expanded.
2650
2651 You may omit parameter defaults from the macro definition, in which
2652 case the parameter default is taken to be blank. This can be useful
2653 for macros which can take a variable number of parameters, since the
2654 \i\c{%0} token (see \k{percent0}) allows you to determine how many
2655 parameters were really passed to the macro call.
2656
2657 This defaulting mechanism can be combined with the greedy-parameter
2658 mechanism; so the \c{die} macro above could be made more powerful,
2659 and more useful, by changing the first line of the definition to
2660
2661 \c %macro die 0-1+ "Painful program death has occurred.",13,10
2662
2663 The maximum parameter count can be infinite, denoted by \c{*}. In
2664 this case, of course, it is impossible to provide a \e{full} set of
2665 default parameters. Examples of this usage are shown in \k{rotate}.
2666
2667
2668 \S{percent0} \i\c{%0}: \I{counting macro parameters}Macro Parameter Counter
2669
2670 The parameter reference \c{%0} will return a numeric constant giving the
2671 number of parameters received, that is, if \c{%0} is n then \c{%}n is the
2672 last parameter. \c{%0} is mostly useful for macros that can take a variable
2673 number of parameters. It can be used as an argument to \c{%rep}
2674 (see \k{rep}) in order to iterate through all the parameters of a macro.
2675 Examples are given in \k{rotate}.
2676
2677
2678 \S{rotate} \i\c{%rotate}: \i{Rotating Macro Parameters}
2679
2680 Unix shell programmers will be familiar with the \I{shift
2681 command}\c{shift} shell command, which allows the arguments passed
2682 to a shell script (referenced as \c{$1}, \c{$2} and so on) to be
2683 moved left by one place, so that the argument previously referenced
2684 as \c{$2} becomes available as \c{$1}, and the argument previously
2685 referenced as \c{$1} is no longer available at all.
2686
2687 NASM provides a similar mechanism, in the form of \c{%rotate}. As
2688 its name suggests, it differs from the Unix \c{shift} in that no
2689 parameters are lost: parameters rotated off the left end of the
2690 argument list reappear on the right, and vice versa.
2691
2692 \c{%rotate} is invoked with a single numeric argument (which may be
2693 an expression). The macro parameters are rotated to the left by that
2694 many places. If the argument to \c{%rotate} is negative, the macro
2695 parameters are rotated to the right.
2696
2697 \I{iterating over macro parameters}So a pair of macros to save and
2698 restore a set of registers might work as follows:
2699
2700 \c %macro  multipush 1-*
2701 \c
2702 \c   %rep  %0
2703 \c         push    %1
2704 \c   %rotate 1
2705 \c   %endrep
2706 \c
2707 \c %endmacro
2708
2709 This macro invokes the \c{PUSH} instruction on each of its arguments
2710 in turn, from left to right. It begins by pushing its first
2711 argument, \c{%1}, then invokes \c{%rotate} to move all the arguments
2712 one place to the left, so that the original second argument is now
2713 available as \c{%1}. Repeating this procedure as many times as there
2714 were arguments (achieved by supplying \c{%0} as the argument to
2715 \c{%rep}) causes each argument in turn to be pushed.
2716
2717 Note also the use of \c{*} as the maximum parameter count,
2718 indicating that there is no upper limit on the number of parameters
2719 you may supply to the \i\c{multipush} macro.
2720
2721 It would be convenient, when using this macro, to have a \c{POP}
2722 equivalent, which \e{didn't} require the arguments to be given in
2723 reverse order. Ideally, you would write the \c{multipush} macro
2724 call, then cut-and-paste the line to where the pop needed to be
2725 done, and change the name of the called macro to \c{multipop}, and
2726 the macro would take care of popping the registers in the opposite
2727 order from the one in which they were pushed.
2728
2729 This can be done by the following definition:
2730
2731 \c %macro  multipop 1-*
2732 \c
2733 \c   %rep %0
2734 \c   %rotate -1
2735 \c         pop     %1
2736 \c   %endrep
2737 \c
2738 \c %endmacro
2739
2740 This macro begins by rotating its arguments one place to the
2741 \e{right}, so that the original \e{last} argument appears as \c{%1}.
2742 This is then popped, and the arguments are rotated right again, so
2743 the second-to-last argument becomes \c{%1}. Thus the arguments are
2744 iterated through in reverse order.
2745
2746
2747 \S{concat} \i{Concatenating Macro Parameters}
2748
2749 NASM can concatenate macro parameters and macro indirection constructs
2750 on to other text surrounding them. This allows you to declare a family
2751 of symbols, for example, in a macro definition. If, for example, you
2752 wanted to generate a table of key codes along with offsets into the
2753 table, you could code something like
2754
2755 \c %macro keytab_entry 2
2756 \c
2757 \c     keypos%1    equ     $-keytab
2758 \c                 db      %2
2759 \c
2760 \c %endmacro
2761 \c
2762 \c keytab:
2763 \c           keytab_entry F1,128+1
2764 \c           keytab_entry F2,128+2
2765 \c           keytab_entry Return,13
2766
2767 which would expand to
2768
2769 \c keytab:
2770 \c keyposF1        equ     $-keytab
2771 \c                 db     128+1
2772 \c keyposF2        equ     $-keytab
2773 \c                 db      128+2
2774 \c keyposReturn    equ     $-keytab
2775 \c                 db      13
2776
2777 You can just as easily concatenate text on to the other end of a
2778 macro parameter, by writing \c{%1foo}.
2779
2780 If you need to append a \e{digit} to a macro parameter, for example
2781 defining labels \c{foo1} and \c{foo2} when passed the parameter
2782 \c{foo}, you can't code \c{%11} because that would be taken as the
2783 eleventh macro parameter. Instead, you must code
2784 \I{braces, after % sign}\c{%\{1\}1}, which will separate the first
2785 \c{1} (giving the number of the macro parameter) from the second
2786 (literal text to be concatenated to the parameter).
2787
2788 This concatenation can also be applied to other preprocessor in-line
2789 objects, such as macro-local labels (\k{maclocal}) and context-local
2790 labels (\k{ctxlocal}). In all cases, ambiguities in syntax can be
2791 resolved by enclosing everything after the \c{%} sign and before the
2792 literal text in braces: so \c{%\{%foo\}bar} concatenates the text
2793 \c{bar} to the end of the real name of the macro-local label
2794 \c{%%foo}. (This is unnecessary, since the form NASM uses for the
2795 real names of macro-local labels means that the two usages
2796 \c{%\{%foo\}bar} and \c{%%foobar} would both expand to the same
2797 thing anyway; nevertheless, the capability is there.)
2798
2799 The single-line macro indirection construct, \c{%[...]}
2800 (\k{indmacro}), behaves the same way as macro parameters for the
2801 purpose of concatenation.
2802
2803 See also the \c{%+} operator, \k{concat%+}.
2804
2805
2806 \S{mlmaccc} \i{Condition Codes as Macro Parameters}
2807
2808 NASM can give special treatment to a macro parameter which contains
2809 a condition code. For a start, you can refer to the macro parameter
2810 \c{%1} by means of the alternative syntax \i\c{%+1}, which informs
2811 NASM that this macro parameter is supposed to contain a condition
2812 code, and will cause the preprocessor to report an error message if
2813 the macro is called with a parameter which is \e{not} a valid
2814 condition code.
2815
2816 Far more usefully, though, you can refer to the macro parameter by
2817 means of \i\c{%-1}, which NASM will expand as the \e{inverse}
2818 condition code. So the \c{retz} macro defined in \k{maclocal} can be
2819 replaced by a general \i{conditional-return macro} like this:
2820
2821 \c %macro  retc 1
2822 \c
2823 \c         j%-1    %%skip
2824 \c         ret
2825 \c   %%skip:
2826 \c
2827 \c %endmacro
2828
2829 This macro can now be invoked using calls like \c{retc ne}, which
2830 will cause the conditional-jump instruction in the macro expansion
2831 to come out as \c{JE}, or \c{retc po} which will make the jump a
2832 \c{JPE}.
2833
2834 The \c{%+1} macro-parameter reference is quite happy to interpret
2835 the arguments \c{CXZ} and \c{ECXZ} as valid condition codes;
2836 however, \c{%-1} will report an error if passed either of these,
2837 because no inverse condition code exists.
2838
2839
2840 \S{nolist} \i{Disabling Listing Expansion}\I\c{.nolist}
2841
2842 When NASM is generating a listing file from your program, it will
2843 generally expand multi-line macros by means of writing the macro
2844 call and then listing each line of the expansion. This allows you to
2845 see which instructions in the macro expansion are generating what
2846 code; however, for some macros this clutters the listing up
2847 unnecessarily.
2848
2849 NASM therefore provides the \c{.nolist} qualifier, which you can
2850 include in a macro definition to inhibit the expansion of the macro
2851 in the listing file. The \c{.nolist} qualifier comes directly after
2852 the number of parameters, like this:
2853
2854 \c %macro foo 1.nolist
2855
2856 Or like this:
2857
2858 \c %macro bar 1-5+.nolist a,b,c,d,e,f,g,h
2859
2860 \S{unmacro} Undefining Multi-Line Macros: \i\c{%unmacro}
2861
2862 Multi-line macros can be removed with the \c{%unmacro} directive.
2863 Unlike the \c{%undef} directive, however, \c{%unmacro} takes an
2864 argument specification, and will only remove \i{exact matches} with
2865 that argument specification.
2866
2867 For example:
2868
2869 \c %macro foo 1-3
2870 \c         ; Do something
2871 \c %endmacro
2872 \c %unmacro foo 1-3
2873
2874 removes the previously defined macro \c{foo}, but
2875
2876 \c %macro bar 1-3
2877 \c         ; Do something
2878 \c %endmacro
2879 \c %unmacro bar 1
2880
2881 does \e{not} remove the macro \c{bar}, since the argument
2882 specification does not match exactly.
2883
2884
2885 \#\S{exitmacro} Exiting Multi-Line Macros: \i\c{%exitmacro}
2886 \#
2887 \#Multi-line macro expansions can be arbitrarily terminated with
2888 \#the \c{%exitmacro} directive.
2889 \#
2890 \#For example:
2891 \#
2892 \#\c %macro foo 1-3
2893 \#\c         ; Do something
2894 \#\c     %if<condition>
2895 \#\c         %exitmacro
2896 \#\c     %endif
2897 \#\c         ; Do something
2898 \#\c %endmacro
2899
2900 \H{condasm} \i{Conditional Assembly}\I\c{%if}
2901
2902 Similarly to the C preprocessor, NASM allows sections of a source
2903 file to be assembled only if certain conditions are met. The general
2904 syntax of this feature looks like this:
2905
2906 \c %if<condition>
2907 \c     ; some code which only appears if <condition> is met
2908 \c %elif<condition2>
2909 \c     ; only appears if <condition> is not met but <condition2> is
2910 \c %else
2911 \c     ; this appears if neither <condition> nor <condition2> was met
2912 \c %endif
2913
2914 The inverse forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn} are also supported.
2915
2916 The \i\c{%else} clause is optional, as is the \i\c{%elif} clause.
2917 You can have more than one \c{%elif} clause as well.
2918
2919 There are a number of variants of the \c{%if} directive.  Each has its
2920 corresponding \c{%elif}, \c{%ifn}, and \c{%elifn} directives; for
2921 example, the equivalents to the \c{%ifdef} directive are \c{%elifdef},
2922 \c{%ifndef}, and \c{%elifndef}.
2923
2924 \S{ifdef} \i\c{%ifdef}: Testing Single-Line Macro Existence\I{testing,
2925 single-line macro existence}
2926
2927 Beginning a conditional-assembly block with the line \c{%ifdef
2928 MACRO} will assemble the subsequent code if, and only if, a
2929 single-line macro called \c{MACRO} is defined. If not, then the
2930 \c{%elif} and \c{%else} blocks (if any) will be processed instead.
2931
2932 For example, when debugging a program, you might want to write code
2933 such as
2934
2935 \c           ; perform some function
2936 \c %ifdef DEBUG
2937 \c           writefile 2,"Function performed successfully",13,10
2938 \c %endif
2939 \c           ; go and do something else
2940
2941 Then you could use the command-line option \c{-dDEBUG} to create a
2942 version of the program which produced debugging messages, and remove
2943 the option to generate the final release version of the program.
2944
2945 You can test for a macro \e{not} being defined by using
2946 \i\c{%ifndef} instead of \c{%ifdef}. You can also test for macro
2947 definitions in \c{%elif} blocks by using \i\c{%elifdef} and
2948 \i\c{%elifndef}.
2949
2950
2951 \S{ifmacro} \i\c{%ifmacro}: Testing Multi-Line Macro
2952 Existence\I{testing, multi-line macro existence}
2953
2954 The \c{%ifmacro} directive operates in the same way as the \c{%ifdef}
2955 directive, except that it checks for the existence of a multi-line macro.
2956
2957 For example, you may be working with a large project and not have control
2958 over the macros in a library. You may want to create a macro with one
2959 name if it doesn't already exist, and another name if one with that name
2960 does exist.
2961
2962 The \c{%ifmacro} is considered true if defining a macro with the given name
2963 and number of arguments would cause a definitions conflict. For example:
2964
2965 \c %ifmacro MyMacro 1-3
2966 \c
2967 \c      %error "MyMacro 1-3" causes a conflict with an existing macro.
2968 \c
2969 \c %else
2970 \c
2971 \c      %macro MyMacro 1-3
2972 \c
2973 \c              ; insert code to define the macro
2974 \c
2975 \c      %endmacro
2976 \c
2977 \c %endif
2978
2979 This will create the macro "MyMacro 1-3" if no macro already exists which
2980 would conflict with it, and emits a warning if there would be a definition
2981 conflict.
2982
2983 You can test for the macro not existing by using the \i\c{%ifnmacro} instead
2984 of \c{%ifmacro}. Additional tests can be performed in \c{%elif} blocks by using
2985 \i\c{%elifmacro} and \i\c{%elifnmacro}.
2986
2987
2988 \S{ifctx} \i\c{%ifctx}: Testing the Context Stack\I{testing, context
2989 stack}
2990
2991 The conditional-assembly construct \c{%ifctx} will cause the
2992 subsequent code to be assembled if and only if the top context on
2993 the preprocessor's context stack has the same name as one of the arguments.
2994 As with \c{%ifdef}, the inverse and \c{%elif} forms \i\c{%ifnctx},
2995 \i\c{%elifctx} and \i\c{%elifnctx} are also supported.
2996
2997 For more details of the context stack, see \k{ctxstack}. For a
2998 sample use of \c{%ifctx}, see \k{blockif}.
2999
3000
3001 \S{if} \i\c{%if}: Testing Arbitrary Numeric Expressions\I{testing,
3002 arbitrary numeric expressions}
3003
3004 The conditional-assembly construct \c{%if expr} will cause the
3005 subsequent code to be assembled if and only if the value of the
3006 numeric expression \c{expr} is non-zero. An example of the use of
3007 this feature is in deciding when to break out of a \c{%rep}
3008 preprocessor loop: see \k{rep} for a detailed example.
3009
3010 The expression given to \c{%if}, and its counterpart \i\c{%elif}, is
3011 a critical expression (see \k{crit}).
3012
3013 \c{%if} extends the normal NASM expression syntax, by providing a
3014 set of \i{relational operators} which are not normally available in
3015 expressions. The operators \i\c{=}, \i\c{<}, \i\c{>}, \i\c{<=},
3016 \i\c{>=} and \i\c{<>} test equality, less-than, greater-than,
3017 less-or-equal, greater-or-equal and not-equal respectively. The
3018 C-like forms \i\c{==} and \i\c{!=} are supported as alternative
3019 forms of \c{=} and \c{<>}. In addition, low-priority logical
3020 operators \i\c{&&}, \i\c{^^} and \i\c{||} are provided, supplying
3021 \i{logical AND}, \i{logical XOR} and \i{logical OR}. These work like
3022 the C logical operators (although C has no logical XOR), in that
3023 they always return either 0 or 1, and treat any non-zero input as 1
3024 (so that \c{^^}, for example, returns 1 if exactly one of its inputs
3025 is zero, and 0 otherwise). The relational operators also return 1
3026 for true and 0 for false.
3027
3028 Like other \c{%if} constructs, \c{%if} has a counterpart
3029 \i\c{%elif}, and negative forms \i\c{%ifn} and \i\c{%elifn}.
3030
3031 \S{ifidn} \i\c{%ifidn} and \i\c{%ifidni}: Testing Exact Text
3032 Identity\I{testing, exact text identity}
3033
3034 The construct \c{%ifidn text1,text2} will cause the subsequent code
3035 to be assembled if and only if \c{text1} and \c{text2}, after
3036 expanding single-line macros, are identical pieces of text.
3037 Differences in white space are not counted.
3038
3039 \c{%ifidni} is similar to \c{%ifidn}, but is \i{case-insensitive}.
3040
3041 For example, the following macro pushes a register or number on the
3042 stack, and allows you to treat \c{IP} as a real register:
3043
3044 \c %macro  pushparam 1
3045 \c
3046 \c   %ifidni %1,ip
3047 \c         call    %%label
3048 \c   %%label:
3049 \c   %else
3050 \c         push    %1
3051 \c   %endif
3052 \c
3053 \c %endmacro
3054
3055 Like other \c{%if} constructs, \c{%ifidn} has a counterpart
3056 \i\c{%elifidn}, and negative forms \i\c{%ifnidn} and \i\c{%elifnidn}.
3057 Similarly, \c{%ifidni} has counterparts \i\c{%elifidni},
3058 \i\c{%ifnidni} and \i\c{%elifnidni}.
3059
3060 \S{iftyp} \i\c{%ifid}, \i\c{%ifnum}, \i\c{%ifstr}: Testing Token
3061 Types\I{testing, token types}
3062
3063 Some macros will want to perform different tasks depending on
3064 whether they are passed a number, a string, or an identifier. For
3065 example, a string output macro might want to be able to cope with
3066 being passed either a string constant or a pointer to an existing
3067 string.
3068
3069 The conditional assembly construct \c{%ifid}, taking one parameter
3070 (which may be blank), assembles the subsequent code if and only if
3071 the first token in the parameter exists and is an identifier.
3072 \c{%ifnum} works similarly, but tests for the token being a numeric
3073 constant; \c{%ifstr} tests for it being a string.
3074
3075 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
3076 extended to take advantage of \c{%ifstr} in the following fashion:
3077
3078 \c %macro writefile 2-3+
3079 \c
3080 \c   %ifstr %2
3081 \c         jmp     %%endstr
3082 \c     %if %0 = 3
3083 \c       %%str:    db      %2,%3
3084 \c     %else
3085 \c       %%str:    db      %2
3086 \c     %endif
3087 \c       %%endstr: mov     dx,%%str
3088 \c                 mov     cx,%%endstr-%%str
3089 \c   %else
3090 \c                 mov     dx,%2
3091 \c                 mov     cx,%3
3092 \c   %endif
3093 \c                 mov     bx,%1
3094 \c                 mov     ah,0x40
3095 \c                 int     0x21
3096 \c
3097 \c %endmacro
3098
3099 Then the \c{writefile} macro can cope with being called in either of
3100 the following two ways:
3101
3102 \c         writefile [file], strpointer, length
3103 \c         writefile [file], "hello", 13, 10
3104
3105 In the first, \c{strpointer} is used as the address of an
3106 already-declared string, and \c{length} is used as its length; in
3107 the second, a string is given to the macro, which therefore declares
3108 it itself and works out the address and length for itself.
3109
3110 Note the use of \c{%if} inside the \c{%ifstr}: this is to detect
3111 whether the macro was passed two arguments (so the string would be a
3112 single string constant, and \c{db %2} would be adequate) or more (in
3113 which case, all but the first two would be lumped together into
3114 \c{%3}, and \c{db %2,%3} would be required).
3115
3116 The usual \I\c{%elifid}\I\c{%elifnum}\I\c{%elifstr}\c{%elif}...,
3117 \I\c{%ifnid}\I\c{%ifnnum}\I\c{%ifnstr}\c{%ifn}..., and
3118 \I\c{%elifnid}\I\c{%elifnnum}\I\c{%elifnstr}\c{%elifn}... versions
3119 exist for each of \c{%ifid}, \c{%ifnum} and \c{%ifstr}.
3120
3121 \S{iftoken} \i\c{%iftoken}: Test for a Single Token
3122
3123 Some macros will want to do different things depending on if it is
3124 passed a single token (e.g. paste it to something else using \c{%+})
3125 versus a multi-token sequence.
3126
3127 The conditional assembly construct \c{%iftoken} assembles the
3128 subsequent code if and only if the expanded parameters consist of
3129 exactly one token, possibly surrounded by whitespace.
3130
3131 For example:
3132
3133 \c %iftoken 1
3134
3135 will assemble the subsequent code, but
3136
3137 \c %iftoken -1
3138
3139 will not, since \c{-1} contains two tokens: the unary minus operator
3140 \c{-}, and the number \c{1}.
3141
3142 The usual \i\c{%eliftoken}, \i\c\{%ifntoken}, and \i\c{%elifntoken}
3143 variants are also provided.
3144
3145 \S{ifempty} \i\c{%ifempty}: Test for Empty Expansion
3146
3147 The conditional assembly construct \c{%ifempty} assembles the
3148 subsequent code if and only if the expanded parameters do not contain
3149 any tokens at all, whitespace excepted.
3150
3151 The usual \i\c{%elifempty}, \i\c\{%ifnempty}, and \i\c{%elifnempty}
3152 variants are also provided.
3153
3154 \S{ifenv} \i\c{%ifenv}: Test If Environment Variable Exists
3155
3156 The conditional assembly construct \c{%ifenv} assembles the
3157 subsequent code if and only if the environment variable referenced by
3158 the \c{%!<env>} directive exists.
3159
3160 The usual \i\c{%elifenv}, \i\c\{%ifnenv}, and \i\c{%elifnenv}
3161 variants are also provided.
3162
3163 Just as for \c{%!<env>} the argument should be written as a string if
3164 it contains characters that would not be legal in an identifier.  See
3165 \k{getenv}.
3166
3167 \H{rep} \i{Preprocessor Loops}\I{repeating code}: \i\c{%rep}
3168
3169 NASM's \c{TIMES} prefix, though useful, cannot be used to invoke a
3170 multi-line macro multiple times, because it is processed by NASM
3171 after macros have already been expanded. Therefore NASM provides
3172 another form of loop, this time at the preprocessor level: \c{%rep}.
3173
3174 The directives \c{%rep} and \i\c{%endrep} (\c{%rep} takes a numeric
3175 argument, which can be an expression; \c{%endrep} takes no
3176 arguments) can be used to enclose a chunk of code, which is then
3177 replicated as many times as specified by the preprocessor:
3178
3179 \c %assign i 0
3180 \c %rep    64
3181 \c         inc     word [table+2*i]
3182 \c %assign i i+1
3183 \c %endrep
3184
3185 This will generate a sequence of 64 \c{INC} instructions,
3186 incrementing every word of memory from \c{[table]} to
3187 \c{[table+126]}.
3188
3189 For more complex termination conditions, or to break out of a repeat
3190 loop part way along, you can use the \i\c{%exitrep} directive to
3191 terminate the loop, like this:
3192
3193 \c fibonacci:
3194 \c %assign i 0
3195 \c %assign j 1
3196 \c %rep 100
3197 \c %if j > 65535
3198 \c     %exitrep
3199 \c %endif
3200 \c         dw j
3201 \c %assign k j+i
3202 \c %assign i j
3203 \c %assign j k
3204 \c %endrep
3205 \c
3206 \c fib_number equ ($-fibonacci)/2
3207
3208 This produces a list of all the Fibonacci numbers that will fit in
3209 16 bits. Note that a maximum repeat count must still be given to
3210 \c{%rep}. This is to prevent the possibility of NASM getting into an
3211 infinite loop in the preprocessor, which (on multitasking or
3212 multi-user systems) would typically cause all the system memory to
3213 be gradually used up and other applications to start crashing.
3214
3215
3216 \H{files} Source Files and Dependencies
3217
3218 These commands allow you to split your sources into multiple files.
3219
3220 \S{include} \i\c{%include}: \i{Including Other Files}
3221
3222 Using, once again, a very similar syntax to the C preprocessor,
3223 NASM's preprocessor lets you include other source files into your
3224 code. This is done by the use of the \i\c{%include} directive:
3225
3226 \c %include "macros.mac"
3227
3228 will include the contents of the file \c{macros.mac} into the source
3229 file containing the \c{%include} directive.
3230
3231 Include files are \I{searching for include files}searched for in the
3232 current directory (the directory you're in when you run NASM, as
3233 opposed to the location of the NASM executable or the location of
3234 the source file), plus any directories specified on the NASM command
3235 line using the \c{-i} option.
3236
3237 The standard C idiom for preventing a file being included more than
3238 once is just as applicable in NASM: if the file \c{macros.mac} has
3239 the form
3240
3241 \c %ifndef MACROS_MAC
3242 \c     %define MACROS_MAC
3243 \c     ; now define some macros
3244 \c %endif
3245
3246 then including the file more than once will not cause errors,
3247 because the second time the file is included nothing will happen
3248 because the macro \c{MACROS_MAC} will already be defined.
3249
3250 You can force a file to be included even if there is no \c{%include}
3251 directive that explicitly includes it, by using the \i\c{-p} option
3252 on the NASM command line (see \k{opt-p}).
3253
3254
3255 \S{pathsearch} \i\c{%pathsearch}: Search the Include Path
3256
3257 The \c{%pathsearch} directive takes a single-line macro name and a
3258 filename, and declare or redefines the specified single-line macro to
3259 be the include-path-resolved version of the filename, if the file
3260 exists (otherwise, it is passed unchanged.)
3261
3262 For example,
3263
3264 \c %pathsearch MyFoo "foo.bin"
3265
3266 ... with \c{-Ibins/} in the include path may end up defining the macro
3267 \c{MyFoo} to be \c{"bins/foo.bin"}.
3268
3269
3270 \S{depend} \i\c{%depend}: Add Dependent Files
3271
3272 The \c{%depend} directive takes a filename and adds it to the list of
3273 files to be emitted as dependency generation when the \c{-M} options
3274 and its relatives (see \k{opt-M}) are used.  It produces no output.
3275
3276 This is generally used in conjunction with \c{%pathsearch}.  For
3277 example, a simplified version of the standard macro wrapper for the
3278 \c{INCBIN} directive looks like:
3279
3280 \c %imacro incbin 1-2+ 0
3281 \c %pathsearch dep %1
3282 \c %depend dep
3283 \c         incbin dep,%2
3284 \c %endmacro
3285
3286 This first resolves the location of the file into the macro \c{dep},
3287 then adds it to the dependency lists, and finally issues the
3288 assembler-level \c{INCBIN} directive.
3289
3290
3291 \S{use} \i\c{%use}: Include Standard Macro Package
3292
3293 The \c{%use} directive is similar to \c{%include}, but rather than
3294 including the contents of a file, it includes a named standard macro
3295 package.  The standard macro packages are part of NASM, and are
3296 described in \k{macropkg}.
3297
3298 Unlike the \c{%include} directive, package names for the \c{%use}
3299 directive do not require quotes, but quotes are permitted.  In NASM
3300 2.04 and 2.05 the unquoted form would be macro-expanded; this is no
3301 longer true.  Thus, the following lines are equivalent:
3302
3303 \c %use altreg
3304 \c %use 'altreg'
3305
3306 Standard macro packages are protected from multiple inclusion.  When a
3307 standard macro package is used, a testable single-line macro of the
3308 form \c{__USE_}\e{package}\c{__} is also defined, see \k{use_def}.
3309
3310 \H{ctxstack} The \i{Context Stack}
3311
3312 Having labels that are local to a macro definition is sometimes not
3313 quite powerful enough: sometimes you want to be able to share labels
3314 between several macro calls. An example might be a \c{REPEAT} ...
3315 \c{UNTIL} loop, in which the expansion of the \c{REPEAT} macro
3316 would need to be able to refer to a label which the \c{UNTIL} macro
3317 had defined. However, for such a macro you would also want to be
3318 able to nest these loops.
3319
3320 NASM provides this level of power by means of a \e{context stack}.
3321 The preprocessor maintains a stack of \e{contexts}, each of which is
3322 characterized by a name. You add a new context to the stack using
3323 the \i\c{%push} directive, and remove one using \i\c{%pop}. You can
3324 define labels that are local to a particular context on the stack.
3325
3326
3327 \S{pushpop} \i\c{%push} and \i\c{%pop}: \I{creating
3328 contexts}\I{removing contexts}Creating and Removing Contexts
3329
3330 The \c{%push} directive is used to create a new context and place it
3331 on the top of the context stack. \c{%push} takes an optional argument,
3332 which is the name of the context. For example:
3333
3334 \c %push    foobar
3335
3336 This pushes a new context called \c{foobar} on the stack. You can have
3337 several contexts on the stack with the same name: they can still be
3338 distinguished.  If no name is given, the context is unnamed (this is
3339 normally used when both the \c{%push} and the \c{%pop} are inside a
3340 single macro definition.)
3341
3342 The directive \c{%pop}, taking one optional argument, removes the top
3343 context from the context stack and destroys it, along with any
3344 labels associated with it.  If an argument is given, it must match the
3345 name of the current context, otherwise it will issue an error.
3346
3347
3348 \S{ctxlocal} \i{Context-Local Labels}
3349
3350 Just as the usage \c{%%foo} defines a label which is local to the
3351 particular macro call in which it is used, the usage \I{%$}\c{%$foo}
3352 is used to define a label which is local to the context on the top
3353 of the context stack. So the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} example given
3354 above could be implemented by means of:
3355
3356 \c %macro repeat 0
3357 \c
3358 \c     %push   repeat
3359 \c     %$begin:
3360 \c
3361 \c %endmacro
3362 \c
3363 \c %macro until 1
3364 \c
3365 \c         j%-1    %$begin
3366 \c     %pop
3367 \c
3368 \c %endmacro
3369
3370 and invoked by means of, for example,
3371
3372 \c         mov     cx,string
3373 \c         repeat
3374 \c         add     cx,3
3375 \c         scasb
3376 \c         until   e
3377
3378 which would scan every fourth byte of a string in search of the byte
3379 in \c{AL}.
3380
3381 If you need to define, or access, labels local to the context
3382 \e{below} the top one on the stack, you can use \I{%$$}\c{%$$foo}, or
3383 \c{%$$$foo} for the context below that, and so on.
3384
3385
3386 \S{ctxdefine} \i{Context-Local Single-Line Macros}
3387
3388 NASM also allows you to define single-line macros which are local to
3389 a particular context, in just the same way:
3390
3391 \c %define %$localmac 3
3392
3393 will define the single-line macro \c{%$localmac} to be local to the
3394 top context on the stack. Of course, after a subsequent \c{%push},
3395 it can then still be accessed by the name \c{%$$localmac}.
3396
3397
3398 \S{ctxrepl} \i\c{%repl}: \I{renaming contexts}Renaming a Context
3399
3400 If you need to change the name of the top context on the stack (in
3401 order, for example, to have it respond differently to \c{%ifctx}),
3402 you can execute a \c{%pop} followed by a \c{%push}; but this will
3403 have the side effect of destroying all context-local labels and
3404 macros associated with the context that was just popped.
3405
3406 NASM provides the directive \c{%repl}, which \e{replaces} a context
3407 with a different name, without touching the associated macros and
3408 labels. So you could replace the destructive code
3409
3410 \c %pop
3411 \c %push   newname
3412
3413 with the non-destructive version \c{%repl newname}.
3414
3415
3416 \S{blockif} Example Use of the \i{Context Stack}: \i{Block IFs}
3417
3418 This example makes use of almost all the context-stack features,
3419 including the conditional-assembly construct \i\c{%ifctx}, to
3420 implement a block IF statement as a set of macros.
3421
3422 \c %macro if 1
3423 \c
3424 \c     %push if
3425 \c     j%-1  %$ifnot
3426 \c
3427 \c %endmacro
3428 \c
3429 \c %macro else 0
3430 \c
3431 \c   %ifctx if
3432 \c         %repl   else
3433 \c         jmp     %$ifend
3434 \c         %$ifnot:
3435 \c   %else
3436 \c         %error  "expected `if' before `else'"
3437 \c   %endif
3438 \c
3439 \c %endmacro
3440 \c
3441 \c %macro endif 0
3442 \c
3443 \c   %ifctx if
3444 \c         %$ifnot:
3445 \c         %pop
3446 \c   %elifctx      else
3447 \c         %$ifend:
3448 \c         %pop
3449 \c   %else
3450 \c         %error  "expected `if' or `else' before `endif'"
3451 \c   %endif
3452 \c
3453 \c %endmacro
3454
3455 This code is more robust than the \c{REPEAT} and \c{UNTIL} macros
3456 given in \k{ctxlocal}, because it uses conditional assembly to check
3457 that the macros are issued in the right order (for example, not
3458 calling \c{endif} before \c{if}) and issues a \c{%error} if they're
3459 not.
3460
3461 In addition, the \c{endif} macro has to be able to cope with the two
3462 distinct cases of either directly following an \c{if}, or following
3463 an \c{else}. It achieves this, again, by using conditional assembly
3464 to do different things depending on whether the context on top of
3465 the stack is \c{if} or \c{else}.
3466
3467 The \c{else} macro has to preserve the context on the stack, in
3468 order to have the \c{%$ifnot} referred to by the \c{if} macro be the
3469 same as the one defined by the \c{endif} macro, but has to change
3470 the context's name so that \c{endif} will know there was an
3471 intervening \c{else}. It does this by the use of \c{%repl}.
3472
3473 A sample usage of these macros might look like:
3474
3475 \c         cmp     ax,bx
3476 \c
3477 \c         if ae
3478 \c                cmp     bx,cx
3479 \c
3480 \c                if ae
3481 \c                        mov     ax,cx
3482 \c                else
3483 \c                        mov     ax,bx
3484 \c                endif
3485 \c
3486 \c         else
3487 \c                cmp     ax,cx
3488 \c
3489 \c                if ae
3490 \c                        mov     ax,cx
3491 \c                endif
3492 \c
3493 \c         endif
3494
3495 The block-\c{IF} macros handle nesting quite happily, by means of
3496 pushing another context, describing the inner \c{if}, on top of the
3497 one describing the outer \c{if}; thus \c{else} and \c{endif} always
3498 refer to the last unmatched \c{if} or \c{else}.
3499
3500
3501 \H{stackrel} \i{Stack Relative Preprocessor Directives}
3502
3503 The following preprocessor directives provide a way to use
3504 labels to refer to local variables allocated on the stack.
3505
3506 \b\c{%arg}  (see \k{arg})
3507
3508 \b\c{%stacksize}  (see \k{stacksize})
3509
3510 \b\c{%local}  (see \k{local})
3511
3512
3513 \S{arg} \i\c{%arg} Directive
3514
3515 The \c{%arg} directive is used to simplify the handling of
3516 parameters passed on the stack. Stack based parameter passing
3517 is used by many high level languages, including C, C++ and Pascal.
3518
3519 While NASM has macros which attempt to duplicate this
3520 functionality (see \k{16cmacro}), the syntax is not particularly
3521 convenient to use and is not TASM compatible. Here is an example
3522 which shows the use of \c{%arg} without any external macros:
3523
3524 \c some_function:
3525 \c
3526 \c     %push     mycontext        ; save the current context
3527 \c     %stacksize large           ; tell NASM to use bp
3528 \c     %arg      i:word, j_ptr:word
3529 \c
3530 \c         mov     ax,[i]
3531 \c         mov     bx,[j_ptr]
3532 \c         add     ax,[bx]
3533 \c         ret
3534 \c
3535 \c     %pop                       ; restore original context
3536
3537 This is similar to the procedure defined in \k{16cmacro} and adds
3538 the value in i to the value pointed to by j_ptr and returns the
3539 sum in the ax register. See \k{pushpop} for an explanation of
3540 \c{push} and \c{pop} and the use of context stacks.
3541
3542
3543 \S{stacksize} \i\c{%stacksize} Directive
3544
3545 The \c{%stacksize} directive is used in conjunction with the
3546 \c{%arg} (see \k{arg}) and the \c{%local} (see \k{local}) directives.
3547 It tells NASM the default size to use for subsequent \c{%arg} and
3548 \c{%local} directives. The \c{%stacksize} directive takes one
3549 required argument which is one of \c{flat}, \c{flat64}, \c{large} or \c{small}.
3550
3551 \c %stacksize flat
3552
3553 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3554 relative to \c{ebp} and it assumes that a near form of call was used
3555 to get to this label (i.e. that \c{eip} is on the stack).
3556
3557 \c %stacksize flat64
3558
3559 This form causes NASM to use stack-based parameter addressing
3560 relative to \c{rbp} and it assumes that a near form of call was used
3561 to get to this label (i.e. that \c{rip} is on the stack).
3562
3563 \c %stacksize large
3564
3565 This form uses \c{bp} to do stack-based parameter addressing and
3566 assumes that a far form of call was used to get to this address
3567 (i.e. that \c{ip} and \c{cs} are on the stack).
3568
3569 \c %stacksize small
3570
3571 This form also uses \c{bp} to address stack parameters, but it is
3572 different from \c{large} because it also assumes that the old value
3573 of bp is pushed onto the stack (i.e. it expects an \c{ENTER}
3574 instruction). In other words, it expects that \c{bp}, \c{ip} and
3575 \c{cs} are on the top of the stack, underneath any local space which
3576 may have been allocated by \c{ENTER}. This form is probably most
3577 useful when used in combination with the \c{%local} directive
3578 (see \k{local}).
3579
3580
3581 \S{local} \i\c{%local} Directive
3582
3583 The \c{%local} directive is used to simplify the use of local
3584 temporary stack variables allocated in a stack frame. Automatic
3585 local variables in C are an example of this kind of variable. The
3586 \c{%local} directive is most useful when used with the \c{%stacksize}
3587 (see \k{stacksize} and is also compatible with the \c{%arg} directive
3588 (see \k{arg}). It allows simplified reference to variables on the
3589 stack which have been allocated typically by using the \c{ENTER}
3590 instruction.
3591 \# (see \k{insENTER} for a description of that instruction).
3592 An example of its use is the following:
3593
3594 \c silly_swap:
3595 \c
3596 \c     %push mycontext             ; save the current context
3597 \c     %stacksize small            ; tell NASM to use bp
3598 \c     %assign %$localsize 0       ; see text for explanation
3599 \c     %local old_ax:word, old_dx:word
3600 \c
3601 \c         enter   %$localsize,0   ; see text for explanation
3602 \c         mov     [old_ax],ax     ; swap ax & bx
3603 \c         mov     [old_dx],dx     ; and swap dx & cx
3604 \c         mov     ax,bx
3605 \c         mov     dx,cx
3606 \c         mov     bx,[old_ax]
3607 \c         mov     cx,[old_dx]
3608 \c         leave                   ; restore old bp
3609 \c         ret                     ;
3610 \c
3611 \c     %pop                        ; restore original context
3612
3613 The \c{%$localsize} variable is used internally by the
3614 \c{%local} directive and \e{must} be defined within the
3615 current context before the \c{%local} directive may be used.
3616 Failure to do so will result in one expression syntax error for
3617 each \c{%local} variable declared. It then may be used in
3618 the construction of an appropriately sized ENTER instruction
3619 as shown in the example.
3620
3621
3622 \H{pperror} Reporting \i{User-Defined Errors}: \i\c{%error}, \i\c{%warning}, \i\c{%fatal}
3623
3624 The preprocessor directive \c{%error} will cause NASM to report an
3625 error if it occurs in assembled code. So if other users are going to
3626 try to assemble your source files, you can ensure that they define the
3627 right macros by means of code like this:
3628
3629 \c %ifdef F1
3630 \c     ; do some setup
3631 \c %elifdef F2
3632 \c     ; do some different setup
3633 \c %else
3634 \c     %error "Neither F1 nor F2 was defined."
3635 \c %endif
3636
3637 Then any user who fails to understand the way your code is supposed
3638 to be assembled will be quickly warned of their mistake, rather than
3639 having to wait until the program crashes on being run and then not
3640 knowing what went wrong.
3641
3642 Similarly, \c{%warning} issues a warning, but allows assembly to continue:
3643
3644 \c %ifdef F1
3645 \c     ; do some setup
3646 \c %elifdef F2
3647 \c     ; do some different setup
3648 \c %else
3649 \c     %warning "Neither F1 nor F2 was defined, assuming F1."
3650 \c     %define F1
3651 \c %endif
3652
3653 \c{%error} and \c{%warning} are issued only on the final assembly
3654 pass.  This makes them safe to use in conjunction with tests that
3655 depend on symbol values.
3656
3657 \c{%fatal} terminates assembly immediately, regardless of pass.  This
3658 is useful when there is no point in continuing the assembly further,
3659 and doing so is likely just going to cause a spew of confusing error
3660 messages.
3661
3662 It is optional for the message string after \c{%error}, \c{%warning}
3663 or \c{%fatal} to be quoted.  If it is \e{not}, then single-line macros
3664 are expanded in it, which can be used to display more information to
3665 the user.  For example:
3666
3667 \c %if foo > 64
3668 \c     %assign foo_over foo-64
3669 \c     %error foo is foo_over bytes too large
3670 \c %endif
3671
3672
3673 \H{otherpreproc} \i{Other Preprocessor Directives}
3674
3675 NASM also has preprocessor directives which allow access to
3676 information from external sources. Currently they include:
3677
3678 \b\c{%line} enables NASM to correctly handle the output of another
3679 preprocessor (see \k{line}).
3680
3681 \b\c{%!} enables NASM to read in the value of an environment variable,
3682 which can then be used in your program (see \k{getenv}).
3683
3684 \S{line} \i\c{%line} Directive
3685
3686 The \c{%line} directive is used to notify NASM that the input line
3687 corresponds to a specific line number in another file.  Typically
3688 this other file would be an original source file, with the current
3689 NASM input being the output of a pre-processor.  The \c{%line}
3690 directive allows NASM to output messages which indicate the line
3691 number of the original source file, instead of the file that is being
3692 read by NASM.
3693
3694 This preprocessor directive is not generally of use to programmers,
3695 by may be of interest to preprocessor authors.  The usage of the
3696 \c{%line} preprocessor directive is as follows:
3697
3698 \c %line nnn[+mmm] [filename]
3699
3700 In this directive, \c{nnn} identifies the line of the original source
3701 file which this line corresponds to.  \c{mmm} is an optional parameter
3702 which specifies a line increment value; each line of the input file
3703 read in is considered to correspond to \c{mmm} lines of the original
3704 source file.  Finally, \c{filename} is an optional parameter which
3705 specifies the file name of the original source file.
3706
3707 After reading a \c{%line} preprocessor directive, NASM will report
3708 all file name and line numbers relative to the values specified
3709 therein.
3710
3711
3712 \S{getenv} \i\c{%!}\c{<env>}: Read an environment variable.
3713
3714 The \c{%!<env>} directive makes it possible to read the value of an
3715 environment variable at assembly time. This could, for example, be used
3716 to store the contents of an environment variable into a string, which
3717 could be used at some other point in your code.
3718
3719 For example, suppose that you have an environment variable \c{FOO}, and
3720 you want the contents of \c{FOO} to be embedded in your program. You
3721 could do that as follows:
3722
3723 \c %defstr FOO          %!FOO
3724
3725 See \k{defstr} for notes on the \c{%defstr} directive.
3726
3727 If the name of the environment variable contains non-identifier
3728 characters, you can use string quotes to surround the name of the
3729 variable, for example:
3730
3731 \c %defstr C_colon      %!'C:'
3732
3733
3734 \H{stdmac} \i{Standard Macros}
3735
3736 NASM defines a set of standard macros, which are already defined
3737 when it starts to process any source file. If you really need a
3738 program to be assembled with no pre-defined macros, you can use the
3739 \i\c{%clear} directive to empty the preprocessor of everything but
3740 context-local preprocessor variables and single-line macros.
3741
3742 Most \i{user-level assembler directives} (see \k{directive}) are
3743 implemented as macros which invoke primitive directives; these are
3744 described in \k{directive}. The rest of the standard macro set is
3745 described here.
3746
3747
3748 \S{stdmacver} \i{NASM Version} Macros
3749
3750 The single-line macros \i\c{__NASM_MAJOR__}, \i\c{__NASM_MINOR__},
3751 \i\c{__NASM_SUBMINOR__} and \i\c{___NASM_PATCHLEVEL__} expand to the
3752 major, minor, subminor and patch level parts of the \i{version
3753 number of NASM} being used. So, under NASM 0.98.32p1 for
3754 example, \c{__NASM_MAJOR__} would be defined to be 0, \c{__NASM_MINOR__}
3755 would be defined as 98, \c{__NASM_SUBMINOR__} would be defined to 32,
3756 and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} would be defined as 1.
3757
3758 Additionally, the macro \i\c{__NASM_SNAPSHOT__} is defined for
3759 automatically generated snapshot releases \e{only}.
3760
3761
3762 \S{stdmacverid} \i\c{__NASM_VERSION_ID__}: \i{NASM Version ID}
3763
3764 The single-line macro \c{__NASM_VERSION_ID__} expands to a dword integer
3765 representing the full version number of the version of nasm being used.
3766 The value is the equivalent to \c{__NASM_MAJOR__}, \c{__NASM_MINOR__},
3767 \c{__NASM_SUBMINOR__} and \c{___NASM_PATCHLEVEL__} concatenated to
3768 produce a single doubleword. Hence, for 0.98.32p1, the returned number
3769 would be equivalent to:
3770
3771 \c         dd      0x00622001
3772
3773 or
3774
3775 \c         db      1,32,98,0
3776
3777 Note that the above lines are generate exactly the same code, the second
3778 line is used just to give an indication of the order that the separate
3779 values will be present in memory.
3780
3781
3782 \S{stdmacverstr} \i\c{__NASM_VER__}: \i{NASM Version string}
3783
3784 The single-line macro \c{__NASM_VER__} expands to a string which defines
3785 the version number of nasm being used. So, under NASM 0.98.32 for example,
3786
3787 \c         db      __NASM_VER__
3788
3789 would expand to
3790
3791 \c         db      "0.98.32"
3792
3793
3794 \S{fileline} \i\c{__FILE__} and \i\c{__LINE__}: File Name and Line Number
3795
3796 Like the C preprocessor, NASM allows the user to find out the file
3797 name and line number containing the current instruction. The macro
3798 \c{__FILE__} expands to a string constant giving the name of the
3799 current input file (which may change through the course of assembly
3800 if \c{%include} directives are used), and \c{__LINE__} expands to a
3801 numeric constant giving the current line number in the input file.
3802
3803 These macros could be used, for example, to communicate debugging
3804 information to a macro, since invoking \c{__LINE__} inside a macro
3805 definition (either single-line or multi-line) will return the line
3806 number of the macro \e{call}, rather than \e{definition}. So to
3807 determine where in a piece of code a crash is occurring, for
3808 example, one could write a routine \c{stillhere}, which is passed a
3809 line number in \c{EAX} and outputs something like `line 155: still
3810 here'. You could then write a macro
3811
3812 \c %macro  notdeadyet 0
3813 \c
3814 \c         push    eax
3815 \c         mov     eax,__LINE__
3816 \c         call    stillhere
3817 \c         pop     eax
3818 \c
3819 \c %endmacro
3820
3821 and then pepper your code with calls to \c{notdeadyet} until you
3822 find the crash point.
3823
3824
3825 \S{bitsm} \i\c{__BITS__}: Current BITS Mode
3826
3827 The \c{__BITS__} standard macro is updated every time that the BITS mode is
3828 set using the \c{BITS XX} or \c{[BITS XX]} directive, where XX is a valid mode
3829 number of 16, 32 or 64. \c{__BITS__} receives the specified mode number and
3830 makes it globally available. This can be very useful for those who utilize
3831 mode-dependent macros.
3832
3833 \S{ofmtm} \i\c{__OUTPUT_FORMAT__}: Current Output Format
3834
3835 The \c{__OUTPUT_FORMAT__} standard macro holds the current Output Format,
3836 as given by the \c{-f} option or NASM's default. Type \c{nasm -hf} for a
3837 list.
3838
3839 \c %ifidn __OUTPUT_FORMAT__, win32
3840 \c  %define NEWLINE 13, 10
3841 \c %elifidn __OUTPUT_FORMAT__, elf32
3842 \c  %define NEWLINE 10
3843 \c %endif
3844
3845
3846 \S{datetime} Assembly Date and Time Macros
3847
3848 NASM provides a variety of macros that represent the timestamp of the
3849 assembly session.
3850
3851 \b The \i\c{__DATE__} and \i\c{__TIME__} macros give the assembly date and
3852 time as strings, in ISO 8601 format (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"},
3853 respectively.)
3854
3855 \b The \i\c{__DATE_NUM__} and \i\c{__TIME_NUM__} macros give the assembly
3856 date and time in numeric form; in the format \c{YYYYMMDD} and
3857 \c{HHMMSS} respectively.
3858
3859 \b The \i\c{__UTC_DATE__} and \i\c{__UTC_TIME__} macros give the assembly
3860 date and time in universal time (UTC) as strings, in ISO 8601 format
3861 (\c{"YYYY-MM-DD"} and \c{"HH:MM:SS"}, respectively.)  If the host
3862 platform doesn't provide UTC time, these macros are undefined.
3863
3864 \b The \i\c{__UTC_DATE_NUM__} and \i\c{__UTC_TIME_NUM__} macros give the
3865 assembly date and time universal time (UTC) in numeric form; in the
3866 format \c{YYYYMMDD} and \c{HHMMSS} respectively.  If the
3867 host platform doesn't provide UTC time, these macros are
3868 undefined.
3869
3870 \b The \c{__POSIX_TIME__} macro is defined as a number containing the
3871 number of seconds since the POSIX epoch, 1 January 1970 00:00:00 UTC;
3872 excluding any leap seconds.  This is computed using UTC time if
3873 available on the host platform, otherwise it is computed using the
3874 local time as if it was UTC.
3875
3876 All instances of time and date macros in the same assembly session
3877 produce consistent output.  For example, in an assembly session
3878 started at 42 seconds after midnight on January 1, 2010 in Moscow
3879 (timezone UTC+3) these macros would have the following values,
3880 assuming, of course, a properly configured environment with a correct
3881 clock:
3882
3883 \c       __DATE__             "2010-01-01"
3884 \c       __TIME__             "00:00:42"
3885 \c       __DATE_NUM__         20100101
3886 \c       __TIME_NUM__         000042
3887 \c       __UTC_DATE__         "2009-12-31"
3888 \c       __UTC_TIME__         "21:00:42"
3889 \c       __UTC_DATE_NUM__     20091231
3890 \c       __UTC_TIME_NUM__     210042
3891 \c       __POSIX_TIME__       1262293242
3892
3893
3894 \S{use_def} \I\c{__USE_*__}\c{__USE_}\e{package}\c{__}: Package
3895 Include Test
3896
3897 When a standard macro package (see \k{macropkg}) is included with the
3898 \c{%use} directive (see \k{use}), a single-line macro of the form
3899 \c{__USE_}\e{package}\c{__} is automatically defined.  This allows
3900 testing if a particular package is invoked or not.
3901
3902 For example, if the \c{altreg} package is included (see
3903 \k{pkg_altreg}), then the macro \c{__USE_ALTREG__} is defined.
3904
3905
3906 \S{pass_macro} \i\c{__PASS__}: Assembly Pass
3907
3908 The macro \c{__PASS__} is defined to be \c{1} on preparatory passes,
3909 and \c{2} on the final pass.  In preprocess-only mode, it is set to
3910 \c{3}, and when running only to generate dependencies (due to the
3911 \c{-M} or \c{-MG} option, see \k{opt-M}) it is set to \c{0}.
3912
3913 \e{Avoid using this macro if at all possible.  It is tremendously easy
3914 to generate very strange errors by misusing it, and the semantics may
3915 change in future versions of NASM.}
3916
3917
3918 \S{struc} \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC}: \i{Declaring Structure} Data Types
3919
3920 The core of NASM contains no intrinsic means of defining data
3921 structures; instead, the preprocessor is sufficiently powerful that
3922 data structures can be implemented as a set of macros. The macros
3923 \c{STRUC} and \c{ENDSTRUC} are used to define a structure data type.
3924
3925 \c{STRUC} takes one or two parameters. The first parameter is the name
3926 of the data type. The second, optional parameter is the base offset of
3927 the structure. The name of the data type is defined as a symbol with
3928 the value of the base offset, and the name of the data type with the
3929 suffix \c{_size} appended to it is defined as an \c{EQU} giving the
3930 size of the structure. Once \c{STRUC} has been issued, you are
3931 defining the structure, and should define fields using the \c{RESB}
3932 family of pseudo-instructions, and then invoke \c{ENDSTRUC} to finish
3933 the definition.
3934
3935 For example, to define a structure called \c{mytype} containing a
3936 longword, a word, a byte and a string of bytes, you might code
3937
3938 \c struc   mytype
3939 \c
3940 \c   mt_long:      resd    1
3941 \c   mt_word:      resw    1
3942 \c   mt_byte:      resb    1
3943 \c   mt_str:       resb    32
3944 \c
3945 \c endstruc
3946
3947 The above code defines six symbols: \c{mt_long} as 0 (the offset
3948 from the beginning of a \c{mytype} structure to the longword field),
3949 \c{mt_word} as 4, \c{mt_byte} as 6, \c{mt_str} as 7, \c{mytype_size}
3950 as 39, and \c{mytype} itself as zero.
3951
3952 The reason why the structure type name is defined at zero by default
3953 is a side effect of allowing structures to work with the local label
3954 mechanism: if your structure members tend to have the same names in
3955 more than one structure, you can define the above structure like this:
3956
3957 \c struc mytype
3958 \c
3959 \c   .long:        resd    1
3960 \c   .word:        resw    1
3961 \c   .byte:        resb    1
3962 \c   .str:         resb    32
3963 \c
3964 \c endstruc
3965
3966 This defines the offsets to the structure fields as \c{mytype.long},
3967 \c{mytype.word}, \c{mytype.byte} and \c{mytype.str}.
3968
3969 NASM, since it has no \e{intrinsic} structure support, does not
3970 support any form of period notation to refer to the elements of a
3971 structure once you have one (except the above local-label notation),
3972 so code such as \c{mov ax,[mystruc.mt_word]} is not valid.
3973 \c{mt_word} is a constant just like any other constant, so the
3974 correct syntax is \c{mov ax,[mystruc+mt_word]} or \c{mov
3975 ax,[mystruc+mytype.word]}.
3976
3977 Sometimes you only have the address of the structure displaced by an
3978 offset. For example, consider this standard stack frame setup:
3979
3980 \c push ebp
3981 \c mov ebp, esp
3982 \c sub esp, 40
3983
3984 In this case, you could access an element by subtracting the offset:
3985
3986 \c mov [ebp - 40 + mytype.word], ax
3987
3988 However, if you do not want to repeat this offset, you can use -40 as
3989 a base offset:
3990
3991 \c struc mytype, -40
3992
3993 And access an element this way:
3994
3995 \c mov [ebp + mytype.word], ax
3996
3997
3998 \S{istruc} \i\c{ISTRUC}, \i\c{AT} and \i\c{IEND}: Declaring
3999 \i{Instances of Structures}
4000
4001 Having defined a structure type, the next thing you typically want
4002 to do is to declare instances of that structure in your data
4003 segment. NASM provides an easy way to do this in the \c{ISTRUC}
4004 mechanism. To declare a structure of type \c{mytype} in a program,
4005 you code something like this:
4006
4007 \c mystruc:
4008 \c     istruc mytype
4009 \c
4010 \c         at mt_long, dd      123456
4011 \c         at mt_word, dw      1024
4012 \c         at mt_byte, db      'x'
4013 \c         at mt_str,  db      'hello, world', 13, 10, 0
4014 \c
4015 \c     iend
4016
4017 The function of the \c{AT} macro is to make use of the \c{TIMES}
4018 prefix to advance the assembly position to the correct point for the
4019 specified structure field, and then to declare the specified data.
4020 Therefore the structure fields must be declared in the same order as
4021 they were specified in the structure definition.
4022
4023 If the data to go in a structure field requires more than one source
4024 line to specify, the remaining source lines can easily come after
4025 the \c{AT} line. For example:
4026
4027 \c         at mt_str,  db      123,134,145,156,167,178,189
4028 \c                     db      190,100,0
4029
4030 Depending on personal taste, you can also omit the code part of the
4031 \c{AT} line completely, and start the structure field on the next
4032 line:
4033
4034 \c         at mt_str
4035 \c                 db      'hello, world'
4036 \c                 db      13,10,0
4037
4038
4039 \S{align} \i\c{ALIGN} and \i\c{ALIGNB}: Data Alignment
4040
4041 The \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros provides a convenient way to
4042 align code or data on a word, longword, paragraph or other boundary.
4043 (Some assemblers call this directive \i\c{EVEN}.) The syntax of the
4044 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} macros is
4045
4046 \c         align   4               ; align on 4-byte boundary
4047 \c         align   16              ; align on 16-byte boundary
4048 \c         align   8,db 0          ; pad with 0s rather than NOPs
4049 \c         align   4,resb 1        ; align to 4 in the BSS
4050 \c         alignb  4               ; equivalent to previous line
4051
4052 Both macros require their first argument to be a power of two; they
4053 both compute the number of additional bytes required to bring the
4054 length of the current section up to a multiple of that power of two,
4055 and then apply the \c{TIMES} prefix to their second argument to
4056 perform the alignment.
4057
4058 If the second argument is not specified, the default for \c{ALIGN}
4059 is \c{NOP}, and the default for \c{ALIGNB} is \c{RESB 1}. So if the
4060 second argument is specified, the two macros are equivalent.
4061 Normally, you can just use \c{ALIGN} in code and data sections and
4062 \c{ALIGNB} in BSS sections, and never need the second argument
4063 except for special purposes.
4064
4065 \c{ALIGN} and \c{ALIGNB}, being simple macros, perform no error
4066 checking: they cannot warn you if their first argument fails to be a
4067 power of two, or if their second argument generates more than one
4068 byte of code. In each of these cases they will silently do the wrong
4069 thing.
4070
4071 \c{ALIGNB} (or \c{ALIGN} with a second argument of \c{RESB 1}) can
4072 be used within structure definitions:
4073
4074 \c struc mytype2
4075 \c
4076 \c   mt_byte:
4077 \c         resb 1
4078 \c         alignb 2
4079 \c   mt_word:
4080 \c         resw 1
4081 \c         alignb 4
4082 \c   mt_long:
4083 \c         resd 1
4084 \c   mt_str:
4085 \c         resb 32
4086 \c
4087 \c endstruc
4088
4089 This will ensure that the structure members are sensibly aligned
4090 relative to the base of the structure.
4091
4092 A final caveat: \c{ALIGN} and \c{ALIGNB} work relative to the
4093 beginning of the \e{section}, not the beginning of the address space
4094 in the final executable. Aligning to a 16-byte boundary when the
4095 section you're in is only guaranteed to be aligned to a 4-byte
4096 boundary, for example, is a waste of effort. Again, NASM does not
4097 check that the section's alignment characteristics are sensible for
4098 the use of \c{ALIGN} or \c{ALIGNB}.
4099
4100 See also the \c{smartalign} standard macro package, \k{pkg_smartalign}.
4101
4102
4103 \C{macropkg} \i{Standard Macro Packages}
4104
4105 The \i\c{%use} directive (see \k{use}) includes one of the standard
4106 macro packages included with the NASM distribution and compiled into
4107 the NASM binary.  It operates like the \c{%include} directive (see
4108 \k{include}), but the included contents is provided by NASM itself.
4109
4110 The names of standard macro packages are case insensitive, and can be
4111 quoted or not.
4112
4113
4114 \H{pkg_altreg} \i\c{altreg}: \i{Alternate Register Names}
4115
4116 The \c{altreg} standard macro package provides alternate register
4117 names.  It provides numeric register names for all registers (not just
4118 \c{R8}-\c{R15}), the Intel-defined aliases \c{R8L}-\c{R15L} for the
4119 low bytes of register (as opposed to the NASM/AMD standard names
4120 \c{R8B}-\c{R15B}), and the names \c{R0H}-\c{R3H} (by analogy with
4121 \c{R0L}-\c{R3L}) for \c{AH}, \c{CH}, \c{DH}, and \c{BH}.
4122
4123 Example use:
4124
4125 \c %use altreg
4126 \c
4127 \c proc:
4128 \c       mov r0l,r3h                    ; mov al,bh
4129 \c       ret
4130
4131 See also \k{reg64}.
4132
4133
4134 \H{pkg_smartalign} \i\c{smartalign}\I{align, smart}: Smart \c{ALIGN} Macro
4135
4136 The \c{smartalign} standard macro package provides for an \i\c{ALIGN}
4137 macro which is more powerful than the default (and
4138 backwards-compatible) one (see \k{align}).  When the \c{smartalign}
4139 package is enabled, when \c{ALIGN} is used without a second argument,
4140 NASM will generate a sequence of instructions more efficient than a
4141 series of \c{NOP}.  Furthermore, if the padding exceeds a specific
4142 threshold, then NASM will generate a jump over the entire padding
4143 sequence.
4144
4145 The specific instructions generated can be controlled with the
4146 new \i\c{ALIGNMODE} macro.  This macro takes two parameters: one mode,
4147 and an optional jump threshold override. If (for any reason) you need
4148 to turn off the jump completely just set jump threshold value to -1
4149 (or set it to \c{nojmp}). The following modes are possible:
4150
4151 \b \c{generic}: Works on all x86 CPUs and should have reasonable
4152 performance.  The default jump threshold is 8.  This is the
4153 default.
4154
4155 \b \c{nop}: Pad out with \c{NOP} instructions.  The only difference
4156 compared to the standard \c{ALIGN} macro is that NASM can still jump
4157 over a large padding area.  The default jump threshold is 16.
4158
4159 \b \c{k7}: Optimize for the AMD K7 (Athlon/Althon XP).  These
4160 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4161 threshold is 16.
4162
4163 \b \c{k8}: Optimize for the AMD K8 (Opteron/Althon 64).  These
4164 instructions should still work on all x86 CPUs.  The default jump
4165 threshold is 16.
4166
4167 \b \c{p6}: Optimize for Intel CPUs.  This uses the long \c{NOP}
4168 instructions first introduced in Pentium Pro.  This is incompatible
4169 with all CPUs of family 5 or lower, as well as some VIA CPUs and
4170 several virtualization solutions.  The default jump threshold is 16.
4171
4172 The macro \i\c{__ALIGNMODE__} is defined to contain the current
4173 alignment mode.  A number of other macros beginning with \c{__ALIGN_}
4174 are used internally by this macro package.
4175
4176
4177 \C{directive} \i{Assembler Directives}
4178
4179 NASM, though it attempts to avoid the bureaucracy of assemblers like
4180 MASM and TASM, is nevertheless forced to support a \e{few}
4181 directives. These are described in this chapter.
4182
4183 NASM's directives come in two types: \I{user-level
4184 directives}\e{user-level} directives and \I{primitive
4185 directives}\e{primitive} directives. Typically, each directive has a
4186 user-level form and a primitive form. In almost all cases, we
4187 recommend that users use the user-level forms of the directives,
4188 which are implemented as macros which call the primitive forms.
4189
4190 Primitive directives are enclosed in square brackets; user-level
4191 directives are not.
4192
4193 In addition to the universal directives described in this chapter,
4194 each object file format can optionally supply extra directives in
4195 order to control particular features of that file format. These
4196 \I{format-specific directives}\e{format-specific} directives are
4197 documented along with the formats that implement them, in \k{outfmt}.
4198
4199
4200 \H{bits} \i\c{BITS}: Specifying Target \i{Processor Mode}
4201
4202 The \c{BITS} directive specifies whether NASM should generate code
4203 \I{16-bit mode, versus 32-bit mode}designed to run on a processor
4204 operating in 16-bit mode, 32-bit mode or 64-bit mode. The syntax is
4205 \c{BITS XX}, where XX is 16, 32 or 64.
4206
4207 In most cases, you should not need to use \c{BITS} explicitly. The
4208 \c{aout}, \c{coff}, \c{elf}, \c{macho}, \c{win32} and \c{win64}
4209 object formats, which are designed for use in 32-bit or 64-bit
4210 operating systems, all cause NASM to select 32-bit or 64-bit mode,
4211 respectively, by default. The \c{obj} object format allows you
4212 to specify each segment you define as either \c{USE16} or \c{USE32},
4213 and NASM will set its operating mode accordingly, so the use of the
4214 \c{BITS} directive is once again unnecessary.
4215
4216 The most likely reason for using the \c{BITS} directive is to write
4217 32-bit or 64-bit code in a flat binary file; this is because the \c{bin}
4218 output format defaults to 16-bit mode in anticipation of it being
4219 used most frequently to write DOS \c{.COM} programs, DOS \c{.SYS}
4220 device drivers and boot loader software.
4221
4222 You do \e{not} need to specify \c{BITS 32} merely in order to use
4223 32-bit instructions in a 16-bit DOS program; if you do, the
4224 assembler will generate incorrect code because it will be writing
4225 code targeted at a 32-bit platform, to be run on a 16-bit one.
4226
4227 When NASM is in \c{BITS 16} mode, instructions which use 32-bit
4228 data are prefixed with an 0x66 byte, and those referring to 32-bit
4229 addresses have an 0x67 prefix. In \c{BITS 32} mode, the reverse is
4230 true: 32-bit instructions require no prefixes, whereas instructions
4231 using 16-bit data need an 0x66 and those working on 16-bit addresses
4232 need an 0x67.
4233
4234 When NASM is in \c{BITS 64} mode, most instructions operate the same
4235 as they do for \c{BITS 32} mode. However, there are 8 more general and
4236 SSE registers, and 16-bit addressing is no longer supported.
4237
4238 The default address size is 64 bits; 32-bit addressing can be selected
4239 with the 0x67 prefix.  The default operand size is still 32 bits,
4240 however, and the 0x66 prefix selects 16-bit operand size.  The \c{REX}
4241 prefix is used both to select 64-bit operand size, and to access the
4242 new registers. NASM automatically inserts REX prefixes when
4243 necessary.
4244
4245 When the \c{REX} prefix is used, the processor does not know how to
4246 address the AH, BH, CH or DH (high 8-bit legacy) registers. Instead,
4247 it is possible to access the the low 8-bits of the SP, BP SI and DI
4248 registers as SPL, BPL, SIL and DIL, respectively; but only when the
4249 REX prefix is used.
4250
4251 The \c{BITS} directive has an exactly equivalent primitive form,
4252 \c{[BITS 16]}, \c{[BITS 32]} and \c{[BITS 64]}. The user-level form is
4253 a macro which has no function other than to call the primitive form.
4254
4255 Note that the space is neccessary, e.g. \c{BITS32} will \e{not} work!
4256
4257 \S{USE16 & USE32} \i\c{USE16} & \i\c{USE32}: Aliases for BITS
4258
4259 The `\c{USE16}' and `\c{USE32}' directives can be used in place of
4260 `\c{BITS 16}' and `\c{BITS 32}', for compatibility with other assemblers.
4261
4262
4263 \H{default} \i\c{DEFAULT}: Change the assembler defaults
4264
4265 The \c{DEFAULT} directive changes the assembler defaults.  Normally,
4266 NASM defaults to a mode where the programmer is expected to explicitly
4267 specify most features directly.  However, this is occationally
4268 obnoxious, as the explicit form is pretty much the only one one wishes
4269 to use.
4270
4271 Currently, the only \c{DEFAULT} that is settable is whether or not
4272 registerless instructions in 64-bit mode are \c{RIP}-relative or not.
4273 By default, they are absolute unless overridden with the \i\c{REL}
4274 specifier (see \k{effaddr}).  However, if \c{DEFAULT REL} is
4275 specified, \c{REL} is default, unless overridden with the \c{ABS}
4276 specifier, \e{except when used with an FS or GS segment override}.
4277
4278 The special handling of \c{FS} and \c{GS} overrides are due to the
4279 fact that these registers are generally used as thread pointers or
4280 other special functions in 64-bit mode, and generating
4281 \c{RIP}-relative addresses would be extremely confusing.
4282
4283 \c{DEFAULT REL} is disabled with \c{DEFAULT ABS}.
4284
4285 \H{section} \i\c{SECTION} or \i\c{SEGMENT}: Changing and \i{Defining
4286 Sections}
4287
4288 \I{changing sections}\I{switching between sections}The \c{SECTION}
4289 directive (\c{SEGMENT} is an exactly equivalent synonym) changes
4290 which section of the output file the code you write will be
4291 assembled into. In some object file formats, the number and names of
4292 sections are fixed; in others, the user may make up as many as they
4293 wish. Hence \c{SECTION} may sometimes give an error message, or may
4294 define a new section, if you try to switch to a section that does
4295 not (yet) exist.
4296
4297 The Unix object formats, and the \c{bin} object format (but see
4298 \k{multisec}, all support
4299 the \i{standardized section names} \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}
4300 for the code, data and uninitialized-data sections. The \c{obj}
4301 format, by contrast, does not recognize these section names as being
4302 special, and indeed will strip off the leading period of any section
4303 name that has one.
4304
4305
4306 \S{sectmac} The \i\c{__SECT__} Macro
4307
4308 The \c{SECTION} directive is unusual in that its user-level form
4309 functions differently from its primitive form. The primitive form,
4310 \c{[SECTION xyz]}, simply switches the current target section to the
4311 one given. The user-level form, \c{SECTION xyz}, however, first
4312 defines the single-line macro \c{__SECT__} to be the primitive
4313 \c{[SECTION]} directive which it is about to issue, and then issues
4314 it. So the user-level directive
4315
4316 \c         SECTION .text
4317
4318 expands to the two lines
4319
4320 \c %define __SECT__        [SECTION .text]
4321 \c         [SECTION .text]
4322
4323 Users may find it useful to make use of this in their own macros.
4324 For example, the \c{writefile} macro defined in \k{mlmacgre} can be
4325 usefully rewritten in the following more sophisticated form:
4326
4327 \c %macro  writefile 2+
4328 \c
4329 \c         [section .data]
4330 \c
4331 \c   %%str:        db      %2
4332 \c   %%endstr:
4333 \c
4334 \c         __SECT__
4335 \c
4336 \c         mov     dx,%%str
4337 \c         mov     cx,%%endstr-%%str
4338 \c         mov     bx,%1
4339 \c         mov     ah,0x40
4340 \c         int     0x21
4341 \c
4342 \c %endmacro
4343
4344 This form of the macro, once passed a string to output, first
4345 switches temporarily to the data section of the file, using the
4346 primitive form of the \c{SECTION} directive so as not to modify
4347 \c{__SECT__}. It then declares its string in the data section, and
4348 then invokes \c{__SECT__} to switch back to \e{whichever} section
4349 the user was previously working in. It thus avoids the need, in the
4350 previous version of the macro, to include a \c{JMP} instruction to
4351 jump over the data, and also does not fail if, in a complicated
4352 \c{OBJ} format module, the user could potentially be assembling the
4353 code in any of several separate code sections.
4354
4355
4356 \H{absolute} \i\c{ABSOLUTE}: Defining Absolute Labels
4357
4358 The \c{ABSOLUTE} directive can be thought of as an alternative form
4359 of \c{SECTION}: it causes the subsequent code to be directed at no
4360 physical section, but at the hypothetical section starting at the
4361 given absolute address. The only instructions you can use in this
4362 mode are the \c{RESB} family.
4363
4364 \c{ABSOLUTE} is used as follows:
4365
4366 \c absolute 0x1A
4367 \c
4368 \c     kbuf_chr    resw    1
4369 \c     kbuf_free   resw    1
4370 \c     kbuf        resw    16
4371
4372 This example describes a section of the PC BIOS data area, at
4373 segment address 0x40: the above code defines \c{kbuf_chr} to be
4374 0x1A, \c{kbuf_free} to be 0x1C, and \c{kbuf} to be 0x1E.
4375
4376 The user-level form of \c{ABSOLUTE}, like that of \c{SECTION},
4377 redefines the \i\c{__SECT__} macro when it is invoked.
4378
4379 \i\c{STRUC} and \i\c{ENDSTRUC} are defined as macros which use
4380 \c{ABSOLUTE} (and also \c{__SECT__}).
4381
4382 \c{ABSOLUTE} doesn't have to take an absolute constant as an
4383 argument: it can take an expression (actually, a \i{critical
4384 expression}: see \k{crit}) and it can be a value in a segment. For
4385 example, a TSR can re-use its setup code as run-time BSS like this:
4386
4387 \c         org     100h               ; it's a .COM program
4388 \c
4389 \c         jmp     setup              ; setup code comes last
4390 \c
4391 \c         ; the resident part of the TSR goes here
4392 \c setup:
4393 \c         ; now write the code that installs the TSR here
4394 \c
4395 \c absolute setup
4396 \c
4397 \c runtimevar1     resw    1
4398 \c runtimevar2     resd    20
4399 \c
4400 \c tsr_end:
4401
4402 This defines some variables `on top of' the setup code, so that
4403 after the setup has finished running, the space it took up can be
4404 re-used as data storage for the running TSR. The symbol `tsr_end'
4405 can be used to calculate the total size of the part of the TSR that
4406 needs to be made resident.
4407
4408
4409 \H{extern} \i\c{EXTERN}: \i{Importing Symbols} from Other Modules
4410
4411 \c{EXTERN} is similar to the MASM directive \c{EXTRN} and the C
4412 keyword \c{extern}: it is used to declare a symbol which is not
4413 defined anywhere in the module being assembled, but is assumed to be
4414 defined in some other module and needs to be referred to by this
4415 one. Not every object-file format can support external variables:
4416 the \c{bin} format cannot.
4417
4418 The \c{EXTERN} directive takes as many arguments as you like. Each
4419 argument is the name of a symbol:
4420
4421 \c extern  _printf
4422 \c extern  _sscanf,_fscanf
4423
4424 Some object-file formats provide extra features to the \c{EXTERN}
4425 directive. In all cases, the extra features are used by suffixing a
4426 colon to the symbol name followed by object-format specific text.
4427 For example, the \c{obj} format allows you to declare that the
4428 default segment base of an external should be the group \c{dgroup}
4429 by means of the directive
4430
4431 \c extern  _variable:wrt dgroup
4432
4433 The primitive form of \c{EXTERN} differs from the user-level form
4434 only in that it can take only one argument at a time: the support
4435 for multiple arguments is implemented at the preprocessor level.
4436
4437 You can declare the same variable as \c{EXTERN} more than once: NASM
4438 will quietly ignore the second and later redeclarations. You can't
4439 declare a variable as \c{EXTERN} as well as something else, though.
4440
4441
4442 \H{global} \i\c{GLOBAL}: \i{Exporting Symbols} to Other Modules
4443
4444 \c{GLOBAL} is the other end of \c{EXTERN}: if one module declares a
4445 symbol as \c{EXTERN} and refers to it, then in order to prevent
4446 linker errors, some other module must actually \e{define} the
4447 symbol and declare it as \c{GLOBAL}. Some assemblers use the name
4448 \i\c{PUBLIC} for this purpose.
4449
4450 The \c{GLOBAL} directive applying to a symbol must appear \e{before}
4451 the definition of the symbol.
4452
4453 \c{GLOBAL} uses the same syntax as \c{EXTERN}, except that it must
4454 refer to symbols which \e{are} defined in the same module as the
4455 \c{GLOBAL} directive. For example:
4456
4457 \c global _main
4458 \c _main:
4459 \c         ; some code
4460
4461 \c{GLOBAL}, like \c{EXTERN}, allows object formats to define private
4462 extensions by means of a colon. The \c{elf} object format, for
4463 example, lets you specify whether global data items are functions or
4464 data:
4465
4466 \c global  hashlookup:function, hashtable:data
4467
4468 Like \c{EXTERN}, the primitive form of \c{GLOBAL} differs from the
4469 user-level form only in that it can take only one argument at a
4470 time.
4471
4472
4473 \H{common} \i\c{COMMON}: Defining Common Data Areas
4474
4475 The \c{COMMON} directive is used to declare \i\e{common variables}.
4476 A common variable is much like a global variable declared in the
4477 uninitialized data section, so that
4478
4479 \c common  intvar  4
4480
4481 is similar in function to
4482
4483 \c global  intvar
4484 \c section .bss
4485 \c
4486 \c intvar  resd    1
4487
4488 The difference is that if more than one module defines the same
4489 common variable, then at link time those variables will be
4490 \e{merged}, and references to \c{intvar} in all modules will point
4491 at the same piece of memory.
4492
4493 Like \c{GLOBAL} and \c{EXTERN}, \c{COMMON} supports object-format
4494 specific extensions. For example, the \c{obj} format allows common
4495 variables to be NEAR or FAR, and the \c{elf} format allows you to
4496 specify the alignment requirements of a common variable:
4497
4498 \c common  commvar  4:near  ; works in OBJ
4499 \c common  intarray 100:4   ; works in ELF: 4 byte aligned
4500
4501 Once again, like \c{EXTERN} and \c{GLOBAL}, the primitive form of
4502 \c{COMMON} differs from the user-level form only in that it can take
4503 only one argument at a time.
4504
4505
4506 \H{CPU} \i\c{CPU}: Defining CPU Dependencies
4507
4508 The \i\c{CPU} directive restricts assembly to those instructions which
4509 are available on the specified CPU.
4510
4511 Options are:
4512
4513 \b\c{CPU 8086}          Assemble only 8086 instruction set
4514
4515 \b\c{CPU 186}           Assemble instructions up to the 80186 instruction set
4516
4517 \b\c{CPU 286}           Assemble instructions up to the 286 instruction set
4518
4519 \b\c{CPU 386}           Assemble instructions up to the 386 instruction set
4520
4521 \b\c{CPU 486}           486 instruction set
4522
4523 \b\c{CPU 586}           Pentium instruction set
4524
4525 \b\c{CPU PENTIUM}       Same as 586
4526
4527 \b\c{CPU 686}           P6 instruction set
4528
4529 \b\c{CPU PPRO}          Same as 686
4530
4531 \b\c{CPU P2}            Same as 686
4532
4533 \b\c{CPU P3}            Pentium III (Katmai) instruction sets
4534
4535 \b\c{CPU KATMAI}        Same as P3
4536
4537 \b\c{CPU P4}            Pentium 4 (Willamette) instruction set
4538
4539 \b\c{CPU WILLAMETTE}    Same as P4
4540
4541 \b\c{CPU PRESCOTT}      Prescott instruction set
4542
4543 \b\c{CPU X64}           x86-64 (x64/AMD64/Intel 64) instruction set
4544
4545 \b\c{CPU IA64}          IA64 CPU (in x86 mode) instruction set
4546
4547 All options are case insensitive.  All instructions will be selected
4548 only if they apply to the selected CPU or lower.  By default, all
4549 instructions are available.
4550
4551
4552 \H{FLOAT} \i\c{FLOAT}: Handling of \I{floating-point, constants}floating-point constants
4553
4554 By default, floating-point constants are rounded to nearest, and IEEE
4555 denormals are supported.  The following options can be set to alter
4556 this behaviour:
4557
4558 \b\c{FLOAT DAZ}         Flush denormals to zero
4559
4560 \b\c{FLOAT NODAZ}       Do not flush denormals to zero (default)
4561
4562 \b\c{FLOAT NEAR}        Round to nearest (default)
4563
4564 \b\c{FLOAT UP}          Round up (toward +Infinity)
4565
4566 \b\c{FLOAT DOWN}        Round down (toward -Infinity)
4567
4568 \b\c{FLOAT ZERO}        Round toward zero
4569
4570 \b\c{FLOAT DEFAULT}     Restore default settings
4571
4572 The standard macros \i\c{__FLOAT_DAZ__}, \i\c{__FLOAT_ROUND__}, and
4573 \i\c{__FLOAT__} contain the current state, as long as the programmer
4574 has avoided the use of the brackeded primitive form, (\c{[FLOAT]}).
4575
4576 \c{__FLOAT__} contains the full set of floating-point settings; this
4577 value can be saved away and invoked later to restore the setting.
4578
4579
4580 \C{outfmt} \i{Output Formats}
4581
4582 NASM is a portable assembler, designed to be able to compile on any
4583 ANSI C-supporting platform and produce output to run on a variety of
4584 Intel x86 operating systems. For this reason, it has a large number
4585 of available output formats, selected using the \i\c{-f} option on
4586 the NASM \i{command line}. Each of these formats, along with its
4587 extensions to the base NASM syntax, is detailed in this chapter.
4588
4589 As stated in \k{opt-o}, NASM chooses a \i{default name} for your
4590 output file based on the input file name and the chosen output
4591 format. This will be generated by removing the \i{extension}
4592 (\c{.asm}, \c{.s}, or whatever you like to use) from the input file
4593 name, and substituting an extension defined by the output format.
4594 The extensions are given with each format below.
4595
4596
4597 \H{binfmt} \i\c{bin}: \i{Flat-Form Binary}\I{pure binary} Output
4598
4599 The \c{bin} format does not produce object files: it generates
4600 nothing in the output file except the code you wrote. Such `pure
4601 binary' files are used by \i{MS-DOS}: \i\c{.COM} executables and
4602 \i\c{.SYS} device drivers are pure binary files. Pure binary output
4603 is also useful for \i{operating system} and \i{boot loader}
4604 development.
4605
4606 The \c{bin} format supports \i{multiple section names}. For details of
4607 how NASM handles sections in the \c{bin} format, see \k{multisec}.
4608
4609 Using the \c{bin} format puts NASM by default into 16-bit mode (see
4610 \k{bits}). In order to use \c{bin} to write 32-bit or 64-bit code,
4611 such as an OS kernel, you need to explicitly issue the \I\c{BITS}\c{BITS 32}
4612 or \I\c{BITS}\c{BITS 64} directive.
4613
4614 \c{bin} has no default output file name extension: instead, it
4615 leaves your file name as it is once the original extension has been
4616 removed. Thus, the default is for NASM to assemble \c{binprog.asm}
4617 into a binary file called \c{binprog}.
4618
4619
4620 \S{org} \i\c{ORG}: Binary File \i{Program Origin}
4621
4622 The \c{bin} format provides an additional directive to the list
4623 given in \k{directive}: \c{ORG}. The function of the \c{ORG}
4624 directive is to specify the origin address which NASM will assume
4625 the program begins at when it is loaded into memory.
4626
4627 For example, the following code will generate the longword
4628 \c{0x00000104}:
4629
4630 \c         org     0x100
4631 \c         dd      label
4632 \c label:
4633
4634 Unlike the \c{ORG} directive provided by MASM-compatible assemblers,
4635 which allows you to jump around in the object file and overwrite
4636 code you have already generated, NASM's \c{ORG} does exactly what
4637 the directive says: \e{origin}. Its sole function is to specify one
4638 offset which is added to all internal address references within the
4639 section; it does not permit any of the trickery that MASM's version
4640 does. See \k{proborg} for further comments.
4641
4642
4643 \S{binseg} \c{bin} Extensions to the \c{SECTION}
4644 Directive\I{SECTION, bin extensions to}
4645
4646 The \c{bin} output format extends the \c{SECTION} (or \c{SEGMENT})
4647 directive to allow you to specify the alignment requirements of
4648 segments. This is done by appending the \i\c{ALIGN} qualifier to the
4649 end of the section-definition line. For example,
4650
4651 \c section .data   align=16
4652
4653 switches to the section \c{.data} and also specifies that it must be
4654 aligned on a 16-byte boundary.
4655
4656 The parameter to \c{ALIGN} specifies how many low bits of the
4657 section start address must be forced to zero. The alignment value
4658 given may be any power of two.\I{section alignment, in
4659 bin}\I{segment alignment, in bin}\I{alignment, in bin sections}
4660
4661
4662 \S{multisec} \i{Multisection}\I{bin, multisection} Support for the \c{bin} Format
4663
4664 The \c{bin} format allows the use of multiple sections, of arbitrary names,
4665 besides the "known" \c{.text}, \c{.data}, and \c{.bss} names.
4666
4667 \b Sections may be designated \i\c{progbits} or \i\c{nobits}. Default
4668 is \c{progbits} (except \c{.bss}, which defaults to \c{nobits},
4669 of course).
4670
4671 \b Sections can be aligned at a specified boundary following the previous
4672 section with \c{align=}, or at an arbitrary byte-granular position with
4673 \i\c{start=}.
4674
4675 \b Sections can be given a virtual start address, which will be used
4676 for the calculation of all memory references within that section
4677 with \i\c{vstart=}.
4678
4679 \b Sections can be ordered using \i\c{follows=}\c{<section>} or
4680 \i\c{vfollows=}\c{<section>} as an alternative to specifying an explicit
4681 start address.
4682
4683 \b Arguments to \c{org}, \c{start}, \c{vstart}, and \c{align=} are
4684 critical expressions. See \k{crit}. E.g. \c{align=(1 << ALIGN_SHIFT)}
4685 - \c{ALIGN_SHIFT} must be defined before it is used here.
4686
4687 \b Any code which comes before an explicit \c{SECTION} directive
4688 is directed by default into the \c{.text} section.
4689
4690 \b If an \c{ORG} statement is not given, \c{ORG 0} is used
4691 by default.
4692
4693 \b The \c{.bss} section will be placed after the last \c{progbits}
4694 section, unless \c{start=}, \c{vstart=}, \c{follows=}, or \c{vfollows=}
4695 has been specified.
4696
4697 \b All sections are aligned on dword boundaries, unless a different
4698 alignment has been specified.
4699
4700 \b Sections may not overlap.
4701
4702 \b NASM creates the \c{section.<secname>.start} for each section,
4703 which may be used in your code.
4704
4705 \S{map}\i{Map Files}
4706
4707 Map files can be generated in \c{-f bin} format by means of the \c{[map]}
4708 option. Map types of \c{all} (default), \c{brief}, \c{sections}, \c{segments},
4709 or \c{symbols} may be specified. Output may be directed to \c{stdout}
4710 (default), \c{stderr}, or a specified file. E.g.
4711 \c{[map symbols myfile.map]}. No "user form" exists, the square
4712 brackets must be used.
4713
4714
4715 \H{ithfmt} \i\c{ith}: \i{Intel Hex} Output
4716
4717 The \c{ith} file format produces Intel hex-format files.  Just as the
4718 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4719 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4720 similar utilities.
4721
4722 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4723 the \c{ith} file format.
4724
4725 \c{ith} provides a default output file-name extension of \c{.ith}.
4726
4727
4728 \H{srecfmt} \i\c{srec}: \i{Motorola S-Records} Output
4729
4730 The \c{srec} file format produces Motorola S-records files.  Just as the
4731 \c{bin} format, this is a flat memory image format with no support for
4732 relocation or linking.  It is usually used with ROM programmers and
4733 similar utilities.
4734
4735 All extensions supported by the \c{bin} file format is also supported by
4736 the \c{srec} file format.
4737
4738 \c{srec} provides a default output file-name extension of \c{.srec}.
4739
4740
4741 \H{objfmt} \i\c{obj}: \i{Microsoft OMF}\I{OMF} Object Files
4742
4743 The \c{obj} file format (NASM calls it \c{obj} rather than \c{omf}
4744 for historical reasons) is the one produced by \i{MASM} and
4745 \i{TASM}, which is typically fed to 16-bit DOS linkers to produce
4746 \i\c{.EXE} files. It is also the format used by \i{OS/2}.
4747
4748 \c{obj} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
4749
4750 \c{obj} is not exclusively a 16-bit format, though: NASM has full
4751 support for the 32-bit extensions to the format. In particular,
4752 32-bit \c{obj} format files are used by \i{Borland's Win32
4753 compilers}, instead of using Microsoft's newer \i\c{win32} object
4754 file format.
4755
4756 The \c{obj} format does not define any special segment names: you
4757 can call your segments anything you like. Typical names for segments
4758 in \c{obj} format files are \c{CODE}, \c{DATA} and \c{BSS}.
4759
4760 If your source file contains code before specifying an explicit
4761 \c{SEGMENT} directive, then NASM will invent its own segment called
4762 \i\c{__NASMDEFSEG} for you.
4763
4764 When you define a segment in an \c{obj} file, NASM defines the
4765 segment name as a symbol as well, so that you can access the segment
4766 address of the segment. So, for example:
4767
4768 \c segment data
4769 \c
4770 \c dvar:   dw      1234
4771 \c
4772 \c segment code
4773 \c
4774 \c function:
4775 \c         mov     ax,data         ; get segment address of data
4776 \c         mov     ds,ax           ; and move it into DS
4777 \c         inc     word [dvar]     ; now this reference will work
4778 \c         ret
4779
4780 The \c{obj} format also enables the use of the \i\c{SEG} and
4781 \i\c{WRT} operators, so that you can write code which does things
4782 like
4783
4784 \c extern  foo
4785 \c
4786 \c       mov   ax,seg foo            ; get preferred segment of foo
4787 \c       mov   ds,ax
4788 \c       mov   ax,data               ; a different segment
4789 \c       mov   es,ax
4790 \c       mov   ax,[ds:foo]           ; this accesses `foo'
4791 \c       mov   [es:foo wrt data],bx  ; so does this
4792
4793
4794 \S{objseg} \c{obj} Extensions to the \c{SEGMENT}
4795 Directive\I{SEGMENT, obj extensions to}
4796
4797 The \c{obj} output format extends the \c{SEGMENT} (or \c{SECTION})
4798 directive to allow you to specify various properties of the segment
4799 you are defining. This is done by appending extra qualifiers to the
4800 end of the segment-definition line. For example,
4801
4802 \c segment code private align=16
4803
4804 defines the segment \c{code}, but also declares it to be a private
4805 segment, and requires that the portion of it described in this code
4806 module must be aligned on a 16-byte boundary.
4807
4808 The available qualifiers are:
4809
4810 \b \i\c{PRIVATE}, \i\c{PUBLIC}, \i\c{COMMON} and \i\c{STACK} specify
4811 the combination characteristics of the segment. \c{PRIVATE} segments
4812 do not get combined with any others by the linker; \c{PUBLIC} and
4813 \c{STACK} segments get concatenated together at link time; and
4814 \c{COMMON} segments all get overlaid on top of each other rather
4815 than stuck end-to-end.
4816
4817 \b \i\c{ALIGN} is used, as shown above, to specify how many low bits
4818 of the segment start address must be forced to zero. The alignment
4819 value given may be any power of two from 1 to 4096; in reality, the
4820 only values supported are 1, 2, 4, 16, 256 and 4096, so if 8 is
4821 specified it will be rounded up to 16, and 32, 64 and 128 will all
4822 be rounded up to 256, and so on. Note that alignment to 4096-byte
4823 boundaries is a \i{PharLap} extension to the format and may not be
4824 supported by all linkers.\I{section alignment, in OBJ}\I{segment
4825 alignment, in OBJ}\I{alignment, in OBJ sections}
4826
4827 \b \i\c{CLASS} can be used to specify the segment class; this feature
4828 indicates to the linker that segments of the same class should be
4829 placed near each other in the output file. The class name can be any
4830 word, e.g. \c{CLASS=CODE}.
4831
4832 \b \i\c{OVERLAY}, like \c{CLASS}, is specified with an arbitrary word
4833 as an argument, and provides overlay information to an
4834 overlay-capable linker.
4835
4836 \b Segments can be declared as \i\c{USE16} or \i\c{USE32}, which has
4837 the effect of recording the choice in the object file and also
4838 ensuring that NASM's default assembly mode when assembling in that
4839 segment is 16-bit or 32-bit respectively.
4840
4841 \b When writing \i{OS/2} object files, you should declare 32-bit
4842 segments as \i\c{FLAT}, which causes the default segment base for
4843 anything in the segment to be the special group \c{FLAT}, and also
4844 defines the group if it is not already defined.
4845
4846 \b The \c{obj} file format also allows segments to be declared as
4847 having a pre-defined absolute segment address, although no linkers
4848 are currently known to make sensible use of this feature;
4849 nevertheless, NASM allows you to declare a segment such as
4850 \c{SEGMENT SCREEN ABSOLUTE=0xB800} if you need to. The \i\c{ABSOLUTE}
4851 and \c{ALIGN} keywords are mutually exclusive.
4852
4853 NASM's default segment attributes are \c{PUBLIC}, \c{ALIGN=1}, no
4854 class, no overlay, and \c{USE16}.
4855
4856
4857 \S{group} \i\c{GROUP}: Defining Groups of Segments\I{segments, groups of}
4858
4859 The \c{obj} format also allows segments to be grouped, so that a
4860 single segment register can be used to refer to all the segments in
4861 a group. NASM therefore supplies the \c{GROUP} directive, whereby
4862 you can code
4863
4864 \c segment data
4865 \c
4866 \c         ; some data
4867 \c
4868 \c segment bss
4869 \c
4870 \c         ; some uninitialized data
4871 \c
4872 \c group dgroup data bss
4873
4874 which will define a group called \c{dgroup} to contain the segments
4875 \c{data} and \c{bss}. Like \c{SEGMENT}, \c{GROUP} causes the group
4876 name to be defined as a symbol, so that you can refer to a variable
4877 \c{var} in the \c{data} segment as \c{var wrt data} or as \c{var wrt
4878 dgroup}, depending on which segment value is currently in your
4879 segment register.
4880
4881 If you just refer to \c{var}, however, and \c{var} is declared in a
4882 segment which is part of a group, then NASM will default to giving
4883 you the offset of \c{var} from the beginning of the \e{group}, not
4884 the \e{segment}. Therefore \c{SEG var}, also, will return the group
4885 base rather than the segment base.
4886
4887 NASM will allow a segment to be part of more than one group, but
4888 will generate a warning if you do this. Variables declared in a
4889 segment which is part of more than one group will default to being
4890 relative to the first group that was defined to contain the segment.
4891
4892 A group does not have to contain any segments; you can still make
4893 \c{WRT} references to a group which does not contain the variable
4894 you are referring to. OS/2, for example, defines the special group
4895 \c{FLAT} with no segments in it.
4896
4897
4898 \S{uppercase} \i\c{UPPERCASE}: Disabling Case Sensitivity in Output
4899
4900 Although NASM itself is \i{case sensitive}, some OMF linkers are
4901 not; therefore it can be useful for NASM to output single-case
4902 object files. The \c{UPPERCASE} format-specific directive causes all
4903 segment, group and symbol names that are written to the object file
4904 to be forced to upper case just before being written. Within a
4905 source file, NASM is still case-sensitive; but the object file can
4906 be written entirely in upper case if desired.
4907
4908 \c{UPPERCASE} is used alone on a line; it requires no parameters.
4909
4910
4911 \S{import} \i\c{IMPORT}: Importing DLL Symbols\I{DLL symbols,
4912 importing}\I{symbols, importing from DLLs}
4913
4914 The \c{IMPORT} format-specific directive defines a symbol to be
4915 imported from a DLL, for use if you are writing a DLL's \i{import
4916 library} in NASM. You still need to declare the symbol as \c{EXTERN}
4917 as well as using the \c{IMPORT} directive.
4918
4919 The \c{IMPORT} directive takes two required parameters, separated by
4920 white space, which are (respectively) the name of the symbol you
4921 wish to import and the name of the library you wish to import it
4922 from. For example:
4923
4924 \c     import  WSAStartup wsock32.dll
4925
4926 A third optional parameter gives the name by which the symbol is
4927 known in the library you are importing it from, in case this is not
4928 the same as the name you wish the symbol to be known by to your code
4929 once you have imported it. For example:
4930
4931 \c     import  asyncsel wsock32.dll WSAAsyncSelect
4932
4933
4934 \S{export} \i\c{EXPORT}: Exporting DLL Symbols\I{DLL symbols,
4935 exporting}\I{symbols, exporting from DLLs}
4936
4937 The \c{EXPORT} format-specific directive defines a global symbol to
4938 be exported as a DLL symbol, for use if you are writing a DLL in
4939 NASM. You still need to declare the symbol as \c{GLOBAL} as well as
4940 using the \c{EXPORT} directive.
4941
4942 \c{EXPORT} takes one required parameter, which is the name of the
4943 symbol you wish to export, as it was defined in your source file. An
4944 optional second parameter (separated by white space from the first)
4945 gives the \e{external} name of the symbol: the name by which you
4946 wish the symbol to be known to programs using the DLL. If this name
4947 is the same as the internal name, you may leave the second parameter
4948 off.
4949
4950 Further parameters can be given to define attributes of the exported
4951 symbol. These parameters, like the second, are separated by white
4952 space. If further parameters are given, the external name must also
4953 be specified, even if it is the same as the internal name. The
4954 available attributes are:
4955
4956 \b \c{resident} indicates that the exported name is to be kept
4957 resident by the system loader. This is an optimization for
4958 frequently used symbols imported by name.
4959
4960 \b \c{nodata} indicates that the exported symbol is a function which
4961 does not make use of any initialized data.
4962
4963 \b \c{parm=NNN}, where \c{NNN} is an integer, sets the number of
4964 parameter words for the case in which the symbol is a call gate
4965 between 32-bit and 16-bit segments.
4966
4967 \b An attribute which is just a number indicates that the symbol
4968 should be exported with an identifying number (ordinal), and gives
4969 the desired number.
4970
4971 For example:
4972
4973 \c     export  myfunc
4974 \c     export  myfunc TheRealMoreFormalLookingFunctionName
4975 \c     export  myfunc myfunc 1234  ; export by ordinal
4976 \c     export  myfunc myfunc resident parm=23 nodata
4977
4978
4979 \S{dotdotstart} \i\c{..start}: Defining the \i{Program Entry
4980 Point}
4981
4982 \c{OMF} linkers require exactly one of the object files being linked to
4983 define the program entry point, where execution will begin when the
4984 program is run. If the object file that defines the entry point is
4985 assembled using NASM, you specify the entry point by declaring the
4986 special symbol \c{..start} at the point where you wish execution to
4987 begin.
4988
4989
4990 \S{objextern} \c{obj} Extensions to the \c{EXTERN}
4991 Directive\I{EXTERN, obj extensions to}
4992
4993 If you declare an external symbol with the directive
4994
4995 \c     extern  foo
4996
4997 then references such as \c{mov ax,foo} will give you the offset of
4998 \c{foo} from its preferred segment base (as specified in whichever
4999 module \c{foo} is actually defined in). So to access the contents of
5000 \c{foo} you will usually need to do something like
5001
5002 \c         mov     ax,seg foo      ; get preferred segment base
5003 \c         mov     es,ax           ; move it into ES
5004 \c         mov     ax,[es:foo]     ; and use offset `foo' from it
5005
5006 This is a little unwieldy, particularly if you know that an external
5007 is going to be accessible from a given segment or group, say
5008 \c{dgroup}. So if \c{DS} already contained \c{dgroup}, you could
5009 simply code
5010
5011 \c         mov     ax,[foo wrt dgroup]
5012
5013 However, having to type this every time you want to access \c{foo}
5014 can be a pain; so NASM allows you to declare \c{foo} in the
5015 alternative form
5016
5017 \c     extern  foo:wrt dgroup
5018
5019 This form causes NASM to pretend that the preferred segment base of
5020 \c{foo} is in fact \c{dgroup}; so the expression \c{seg foo} will
5021 now return \c{dgroup}, and the expression \c{foo} is equivalent to
5022 \c{foo wrt dgroup}.
5023
5024 This \I{default-WRT mechanism}default-\c{WRT} mechanism can be used
5025 to make externals appear to be relative to any group or segment in
5026 your program. It can also be applied to common variables: see
5027 \k{objcommon}.
5028
5029
5030 \S{objcommon} \c{obj} Extensions to the \c{COMMON}
5031 Directive\I{COMMON, obj extensions to}
5032
5033 The \c{obj} format allows common variables to be either near\I{near
5034 common variables} or far\I{far common variables}; NASM allows you to
5035 specify which your variables should be by the use of the syntax
5036
5037 \c common  nearvar 2:near   ; `nearvar' is a near common
5038 \c common  farvar  10:far   ; and `farvar' is far
5039
5040 Far common variables may be greater in size than 64Kb, and so the
5041 OMF specification says that they are declared as a number of
5042 \e{elements} of a given size. So a 10-byte far common variable could
5043 be declared as ten one-byte elements, five two-byte elements, two
5044 five-byte elements or one ten-byte element.
5045
5046 Some \c{OMF} linkers require the \I{element size, in common
5047 variables}\I{common variables, element size}element size, as well as
5048 the variable size, to match when resolving common variables declared
5049 in more than one module. Therefore NASM must allow you to specify
5050 the element size on your far common variables. This is done by the
5051 following syntax:
5052
5053 \c common  c_5by2  10:far 5        ; two five-byte elements
5054 \c common  c_2by5  10:far 2        ; five two-byte elements
5055
5056 If no element size is specified, the default is 1. Also, the \c{FAR}
5057 keyword is not required when an element size is specified, since
5058 only far commons may have element sizes at all. So the above
5059 declarations could equivalently be
5060
5061 \c common  c_5by2  10:5            ; two five-byte elements
5062 \c common  c_2by5  10:2            ; five two-byte elements
5063
5064 In addition to these extensions, the \c{COMMON} directive in \c{obj}
5065 also supports default-\c{WRT} specification like \c{EXTERN} does
5066 (explained in \k{objextern}). So you can also declare things like
5067
5068 \c common  foo     10:wrt dgroup
5069 \c common  bar     16:far 2:wrt data
5070 \c common  baz     24:wrt data:6
5071
5072
5073 \H{win32fmt} \i\c{win32}: Microsoft Win32 Object Files
5074
5075 The \c{win32} output format generates Microsoft Win32 object files,
5076 suitable for passing to Microsoft linkers such as \i{Visual C++}.
5077 Note that Borland Win32 compilers do not use this format, but use
5078 \c{obj} instead (see \k{objfmt}).
5079
5080 \c{win32} provides a default output file-name extension of \c{.obj}.
5081
5082 Note that although Microsoft say that Win32 object files follow the
5083 \c{COFF} (Common Object File Format) standard, the object files produced
5084 by Microsoft Win32 compilers are not compatible with COFF linkers
5085 such as DJGPP's, and vice versa. This is due to a difference of
5086 opinion over the precise semantics of PC-relative relocations. To
5087 produce COFF files suitable for DJGPP, use NASM's \c{coff} output
5088 format; conversely, the \c{coff} format does not produce object
5089 files that Win32 linkers can generate correct output from.
5090
5091
5092 \S{win32sect} \c{win32} Extensions to the \c{SECTION}
5093 Directive\I{SECTION, win32 extensions to}
5094
5095 Like the \c{obj} format, \c{win32} allows you to specify additional
5096 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5097 and properties of sections you declare. Section types and properties
5098 are generated automatically by NASM for the \i{standard section names}
5099 \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}, but may still be overridden by
5100 these qualifiers.
5101
5102 The available qualifiers are:
5103
5104 \b \c{code}, or equivalently \c{text}, defines the section to be a
5105 code section. This marks the section as readable and executable, but
5106 not writable, and also indicates to the linker that the type of the
5107 section is code.
5108
5109 \b \c{data} and \c{bss} define the section to be a data section,
5110 analogously to \c{code}. Data sections are marked as readable and
5111 writable, but not executable. \c{data} declares an initialized data
5112 section, whereas \c{bss} declares an uninitialized data section.
5113
5114 \b \c{rdata} declares an initialized data section that is readable
5115 but not writable. Microsoft compilers use this section to place
5116 constants in it.
5117
5118 \b \c{info} defines the section to be an \i{informational section},
5119 which is not included in the executable file by the linker, but may
5120 (for example) pass information \e{to} the linker. For example,
5121 declaring an \c{info}-type section called \i\c{.drectve} causes the
5122 linker to interpret the contents of the section as command-line
5123 options.
5124
5125 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5126 \I{section alignment, in win32}\I{alignment, in win32
5127 sections}alignment requirements of the section. The maximum you may
5128 specify is 64: the Win32 object file format contains no means to
5129 request a greater section alignment than this. If alignment is not
5130 explicitly specified, the defaults are 16-byte alignment for code
5131 sections, 8-byte alignment for rdata sections and 4-byte alignment
5132 for data (and BSS) sections.
5133 Informational sections get a default alignment of 1 byte (no
5134 alignment), though the value does not matter.
5135
5136 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5137 qualifiers are:
5138
5139 \c section .text    code  align=16
5140 \c section .data    data  align=4
5141 \c section .rdata   rdata align=8
5142 \c section .bss     bss   align=4
5143
5144 Any other section name is treated by default like \c{.text}.
5145
5146 \S{win32safeseh} \c{win32}: Safe Structured Exception Handling
5147
5148 Among other improvements in Windows XP SP2 and Windows Server 2003
5149 Microsoft has introduced concept of "safe structured exception
5150 handling." General idea is to collect handlers' entry points in
5151 designated read-only table and have alleged entry point verified
5152 against this table prior exception control is passed to the handler. In
5153 order for an executable module to be equipped with such "safe exception
5154 handler table," all object modules on linker command line has to comply
5155 with certain criteria. If one single module among them does not, then
5156 the table in question is omitted and above mentioned run-time checks
5157 will not be performed for application in question. Table omission is by
5158 default silent and therefore can be easily overlooked. One can instruct
5159 linker to refuse to produce binary without such table by passing
5160 \c{/safeseh} command line option.
5161
5162 Without regard to this run-time check merits it's natural to expect
5163 NASM to be capable of generating modules suitable for \c{/safeseh}
5164 linking. From developer's viewpoint the problem is two-fold:
5165
5166 \b how to adapt modules not deploying exception handlers of their own;
5167
5168 \b how to adapt/develop modules utilizing custom exception handling;
5169
5170 Former can be easily achieved with any NASM version by adding following
5171 line to source code:
5172
5173 \c $@feat.00 equ 1
5174
5175 As of version 2.03 NASM adds this absolute symbol automatically. If
5176 it's not already present to be precise. I.e. if for whatever reason
5177 developer would choose to assign another value in source file, it would
5178 still be perfectly possible.
5179
5180 Registering custom exception handler on the other hand requires certain
5181 "magic." As of version 2.03 additional directive is implemented,
5182 \c{safeseh}, which instructs the assembler to produce appropriately
5183 formatted input data for above mentioned "safe exception handler
5184 table." Its typical use would be:
5185
5186 \c section .text
5187 \c extern  _MessageBoxA@16
5188 \c %if     __NASM_VERSION_ID__ >= 0x02030000
5189 \c safeseh handler         ; register handler as "safe handler"
5190 \c %endif
5191 \c handler:
5192 \c         push    DWORD 1 ; MB_OKCANCEL
5193 \c         push    DWORD caption
5194 \c         push    DWORD text
5195 \c         push    DWORD 0
5196 \c         call    _MessageBoxA@16
5197 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5198 \c                         ; for exception handler
5199 \c         ret
5200 \c global  _main
5201 \c _main:
5202 \c         push    DWORD handler
5203 \c         push    DWORD [fs:0]
5204 \c         mov     DWORD [fs:0],esp ; engage exception handler
5205 \c         xor     eax,eax
5206 \c         mov     eax,DWORD[eax]   ; cause exception
5207 \c         pop     DWORD [fs:0]     ; disengage exception handler
5208 \c         add     esp,4
5209 \c         ret
5210 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5211 \c caption:db      'SEGV',0
5212 \c
5213 \c section .drectve info
5214 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5215
5216 As you might imagine, it's perfectly possible to produce .exe binary
5217 with "safe exception handler table" and yet engage unregistered
5218 exception handler. Indeed, handler is engaged by simply manipulating
5219 \c{[fs:0]} location at run-time, something linker has no power over,
5220 run-time that is. It should be explicitly mentioned that such failure
5221 to register handler's entry point with \c{safeseh} directive has
5222 undesired side effect at run-time. If exception is raised and
5223 unregistered handler is to be executed, the application is abruptly
5224 terminated without any notification whatsoever. One can argue that
5225 system could  at least have logged some kind "non-safe exception
5226 handler in x.exe at address n" message in event log, but no, literally
5227 no notification is provided and user is left with no clue on what
5228 caused application failure.
5229
5230 Finally, all mentions of linker in this paragraph refer to Microsoft
5231 linker version 7.x and later. Presence of \c{@feat.00} symbol and input
5232 data for "safe exception handler table" causes no backward
5233 incompatibilities and "safeseh" modules generated by NASM 2.03 and
5234 later can still be linked by earlier versions or non-Microsoft linkers.
5235
5236
5237 \H{win64fmt} \i\c{win64}: Microsoft Win64 Object Files
5238
5239 The \c{win64} output format generates Microsoft Win64 object files,
5240 which is nearly 100% identical to the \c{win32} object format (\k{win32fmt})
5241 with the exception that it is meant to target 64-bit code and the x86-64
5242 platform altogether. This object file is used exactly the same as the \c{win32}
5243 object format (\k{win32fmt}), in NASM, with regard to this exception.
5244
5245 \S{win64pic} \c{win64}: Writing Position-Independent Code
5246
5247 While \c{REL} takes good care of RIP-relative addressing, there is one
5248 aspect that is easy to overlook for a Win64 programmer: indirect
5249 references. Consider a switch dispatch table:
5250
5251 \c         jmp     QWORD[dsptch+rax*8]
5252 \c         ...
5253 \c dsptch: dq      case0
5254 \c         dq      case1
5255 \c         ...
5256
5257 Even novice Win64 assembler programmer will soon realize that the code
5258 is not 64-bit savvy. Most notably linker will refuse to link it with
5259 "\c{'ADDR32' relocation to '.text' invalid without
5260 /LARGEADDRESSAWARE:NO}". So [s]he will have to split jmp instruction as
5261 following:
5262
5263 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5264 \c         jmp     QWORD[rbx+rax*8]
5265
5266 What happens behind the scene is that effective address in \c{lea} is
5267 encoded relative to instruction pointer, or in perfectly
5268 position-independent manner. But this is only part of the problem!
5269 Trouble is that in .dll context \c{caseN} relocations will make their
5270 way to the final module and might have to be adjusted at .dll load
5271 time. To be specific when it can't be loaded at preferred address. And
5272 when this occurs, pages with such relocations will be rendered private
5273 to current process, which kind of undermines the idea of sharing .dll.
5274 But no worry, it's trivial to fix:
5275
5276 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5277 \c         add     rbx,QWORD[rbx+rax*8]
5278 \c         jmp     rbx
5279 \c         ...
5280 \c dsptch: dq      case0-dsptch
5281 \c         dq      case1-dsptch
5282 \c         ...
5283
5284 NASM version 2.03 and later provides another alternative, \c{wrt
5285 ..imagebase} operator, which returns offset from base address of the
5286 current image, be it .exe or .dll module, therefore the name. For those
5287 acquainted with PE-COFF format base address denotes start of
5288 \c{IMAGE_DOS_HEADER} structure. Here is how to implement switch with
5289 these image-relative references:
5290
5291 \c         lea     rbx,[rel dsptch]
5292 \c         mov     eax,DWORD[rbx+rax*4]
5293 \c         sub     rbx,dsptch wrt ..imagebase
5294 \c         add     rbx,rax
5295 \c         jmp     rbx
5296 \c         ...
5297 \c dsptch: dd      case0 wrt ..imagebase
5298 \c         dd      case1 wrt ..imagebase
5299
5300 One can argue that the operator is redundant. Indeed,  snippet before
5301 last works just fine with any NASM version and is not even Windows
5302 specific... The real reason for implementing \c{wrt ..imagebase} will
5303 become apparent in next paragraph.
5304
5305 It should be noted that \c{wrt ..imagebase} is defined as 32-bit
5306 operand only:
5307
5308 \c         dd      label wrt ..imagebase           ; ok
5309 \c         dq      label wrt ..imagebase           ; bad
5310 \c         mov     eax,label wrt ..imagebase       ; ok
5311 \c         mov     rax,label wrt ..imagebase       ; bad
5312
5313 \S{win64seh} \c{win64}: Structured Exception Handling
5314
5315 Structured exception handing in Win64 is completely different matter
5316 from Win32. Upon exception program counter value is noted, and
5317 linker-generated table comprising start and end addresses of all the
5318 functions [in given executable module] is traversed and compared to the
5319 saved program counter. Thus so called \c{UNWIND_INFO} structure is
5320 identified. If it's not found, then offending subroutine is assumed to
5321 be "leaf" and just mentioned lookup procedure is attempted for its
5322 caller. In Win64 leaf function is such function that does not call any
5323 other function \e{nor} modifies any Win64 non-volatile registers,
5324 including stack pointer. The latter ensures that it's possible to
5325 identify leaf function's caller by simply pulling the value from the
5326 top of the stack.
5327
5328 While majority of subroutines written in assembler are not calling any
5329 other function, requirement for non-volatile registers' immutability
5330 leaves developer with not more than 7 registers and no stack frame,
5331 which is not necessarily what [s]he counted with. Customarily one would
5332 meet the requirement by saving non-volatile registers on stack and
5333 restoring them upon return, so what can go wrong? If [and only if] an
5334 exception is raised at run-time and no \c{UNWIND_INFO} structure is
5335 associated with such "leaf" function, the stack unwind procedure will
5336 expect to find caller's return address on the top of stack immediately
5337 followed by its frame. Given that developer pushed caller's
5338 non-volatile registers on stack, would the value on top point at some
5339 code segment or even addressable space? Well, developer can attempt
5340 copying caller's return address to the top of stack and this would
5341 actually work in some very specific circumstances. But unless developer
5342 can guarantee that these circumstances are always met, it's more
5343 appropriate to assume worst case scenario, i.e. stack unwind procedure
5344 going berserk. Relevant question is what happens then? Application is
5345 abruptly terminated without any notification whatsoever. Just like in
5346 Win32 case, one can argue that system could at least have logged
5347 "unwind procedure went berserk in x.exe at address n" in event log, but
5348 no, no trace of failure is left.
5349
5350 Now, when we understand significance of the \c{UNWIND_INFO} structure,
5351 let's discuss what's in it and/or how it's processed. First of all it
5352 is checked for presence of reference to custom language-specific
5353 exception handler. If there is one, then it's invoked. Depending on the
5354 return value, execution flow is resumed (exception is said to be
5355 "handled"), \e{or} rest of \c{UNWIND_INFO} structure is processed as
5356 following. Beside optional reference to custom handler, it carries
5357 information about current callee's stack frame and where non-volatile
5358 registers are saved. Information is detailed enough to be able to
5359 reconstruct contents of caller's non-volatile registers upon call to
5360 current callee. And so caller's context is reconstructed, and then
5361 unwind procedure is repeated, i.e. another \c{UNWIND_INFO} structure is
5362 associated, this time, with caller's instruction pointer, which is then
5363 checked for presence of reference to language-specific handler, etc.
5364 The procedure is recursively repeated till exception is handled. As
5365 last resort system "handles" it by generating memory core dump and
5366 terminating the application.
5367
5368 As for the moment of this writing NASM unfortunately does not
5369 facilitate generation of above mentioned detailed information about
5370 stack frame layout. But as of version 2.03 it implements building
5371 blocks for generating structures involved in stack unwinding. As
5372 simplest example, here is how to deploy custom exception handler for
5373 leaf function:
5374
5375 \c default rel
5376 \c section .text
5377 \c extern  MessageBoxA
5378 \c handler:
5379 \c         sub     rsp,40
5380 \c         mov     rcx,0
5381 \c         lea     rdx,[text]
5382 \c         lea     r8,[caption]
5383 \c         mov     r9,1    ; MB_OKCANCEL
5384 \c         call    MessageBoxA
5385 \c         sub     eax,1   ; incidentally suits as return value
5386 \c                         ; for exception handler
5387 \c         add     rsp,40
5388 \c         ret
5389 \c global  main
5390 \c main:
5391 \c         xor     rax,rax
5392 \c         mov     rax,QWORD[rax]  ; cause exception
5393 \c         ret
5394 \c main_end:
5395 \c text:   db      'OK to rethrow, CANCEL to generate core dump',0
5396 \c caption:db      'SEGV',0
5397 \c
5398 \c section .pdata  rdata align=4
5399 \c         dd      main wrt ..imagebase
5400 \c         dd      main_end wrt ..imagebase
5401 \c         dd      xmain wrt ..imagebase
5402 \c section .xdata  rdata align=8
5403 \c xmain:  db      9,0,0,0
5404 \c         dd      handler wrt ..imagebase
5405 \c section .drectve info
5406 \c         db      '/defaultlib:user32.lib /defaultlib:msvcrt.lib '
5407
5408 What you see in \c{.pdata} section is element of the "table comprising
5409 start and end addresses of function" along with reference to associated
5410 \c{UNWIND_INFO} structure. And what you see in \c{.xdata} section is
5411 \c{UNWIND_INFO} structure describing function with no frame, but with
5412 designated exception handler. References are \e{required} to be
5413 image-relative (which is the real reason for implementing \c{wrt
5414 ..imagebase} operator). It should be noted that \c{rdata align=n}, as
5415 well as \c{wrt ..imagebase}, are optional in these two segments'
5416 contexts, i.e. can be omitted. Latter means that \e{all} 32-bit
5417 references, not only above listed required ones, placed into these two
5418 segments turn out image-relative. Why is it important to understand?
5419 Developer is allowed to append handler-specific data to \c{UNWIND_INFO}
5420 structure, and if [s]he adds a 32-bit reference, then [s]he will have
5421 to remember to adjust its value to obtain the real pointer.
5422
5423 As already mentioned, in Win64 terms leaf function is one that does not
5424 call any other function \e{nor} modifies any non-volatile register,
5425 including stack pointer. But it's not uncommon that assembler
5426 programmer plans to utilize every single register and sometimes even
5427 have variable stack frame. Is there anything one can do with bare
5428 building blocks? I.e. besides manually composing fully-fledged
5429 \c{UNWIND_INFO} structure, which would surely be considered
5430 error-prone? Yes, there is. Recall that exception handler is called
5431 first, before stack layout is analyzed. As it turned out, it's
5432 perfectly possible to manipulate current callee's context in custom
5433 handler in manner that permits further stack unwinding. General idea is
5434 that handler would not actually "handle" the exception, but instead
5435 restore callee's context, as it was at its entry point and thus mimic
5436 leaf function. In other words, handler would simply undertake part of
5437 unwinding procedure. Consider following example:
5438
5439 \c function:
5440 \c         mov     rax,rsp         ; copy rsp to volatile register
5441 \c         push    r15             ; save non-volatile registers
5442 \c         push    rbx
5443 \c         push    rbp
5444 \c         mov     r11,rsp         ; prepare variable stack frame
5445 \c         sub     r11,rcx
5446 \c         and     r11,-64
5447 \c         mov     QWORD[r11],rax  ; check for exceptions
5448 \c         mov     rsp,r11         ; allocate stack frame
5449 \c         mov     QWORD[rsp],rax  ; save original rsp value
5450 \c magic_point:
5451 \c         ...
5452 \c         mov     r11,QWORD[rsp]  ; pull original rsp value
5453 \c         mov     rbp,QWORD[r11-24]
5454 \c         mov     rbx,QWORD[r11-16]
5455 \c         mov     r15,QWORD[r11-8]
5456 \c         mov     rsp,r11         ; destroy frame
5457 \c         ret
5458
5459 The keyword is that up to \c{magic_point} original \c{rsp} value
5460 remains in chosen volatile register and no non-volatile register,
5461 except for \c{rsp}, is modified. While past \c{magic_point} \c{rsp}
5462 remains constant till the very end of the \c{function}. In this case
5463 custom language-specific exception handler would look like this:
5464
5465 \c EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
5466 \c         CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
5467 \c {   ULONG64 *rsp;
5468 \c     if (context->Rip<(ULONG64)magic_point)
5469 \c         rsp = (ULONG64 *)context->Rax;
5470 \c     else
5471 \c     {   rsp = ((ULONG64 **)context->Rsp)[0];
5472 \c         context->Rbp = rsp[-3];
5473 \c         context->Rbx = rsp[-2];
5474 \c         context->R15 = rsp[-1];
5475 \c     }
5476 \c     context->Rsp = (ULONG64)rsp;
5477 \c
5478 \c     memcpy (disp->ContextRecord,context,sizeof(CONTEXT));
5479 \c     RtlVirtualUnwind(UNW_FLAG_NHANDLER,disp->ImageBase,
5480 \c         dips->ControlPc,disp->FunctionEntry,disp->ContextRecord,
5481 \c         &disp->HandlerData,&disp->EstablisherFrame,NULL);
5482 \c     return ExceptionContinueSearch;
5483 \c }
5484
5485 As custom handler mimics leaf function, corresponding \c{UNWIND_INFO}
5486 structure does not have to contain any information about stack frame
5487 and its layout.
5488
5489 \H{cofffmt} \i\c{coff}: \i{Common Object File Format}
5490
5491 The \c{coff} output type produces \c{COFF} object files suitable for
5492 linking with the \i{DJGPP} linker.
5493
5494 \c{coff} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5495
5496 The \c{coff} format supports the same extensions to the \c{SECTION}
5497 directive as \c{win32} does, except that the \c{align} qualifier and
5498 the \c{info} section type are not supported.
5499
5500 \H{machofmt} \I{Mach-O}\i\c{macho32} and \i\c{macho64}: \i{Mach Object File Format}
5501
5502 The \c{macho32} and \c{macho64} output formts produces \c{Mach-O}
5503 object files suitable for linking with the \i{MacOS X} linker.
5504 \i\c{macho} is a synonym for \c{macho32}.
5505
5506 \c{macho} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5507
5508 \H{elffmt} \i\c{elf32} and \i\c{elf64}: \I{ELF}\I{linux, elf}\i{Executable and Linkable
5509 Format} Object Files
5510
5511 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},
5512 including \i{Solaris x86}, \i{UnixWare} and \i{SCO Unix}. \c{elf}
5513 provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5514 \c{elf} is a synonym for \c{elf32}.
5515
5516 \S{abisect} ELF specific directive \i\c{osabi}
5517
5518 The ELF header specifies the application binary interface for the target operating system (OSABI).
5519 This field can be set by using the \c{osabi} directive with the numeric value (0-255) of the target
5520  system. If this directive is not used, the default value will be "UNIX System V ABI" (0) which will work on
5521  most systems which support ELF.
5522
5523 \S{elfsect} \c{elf} Extensions to the \c{SECTION}
5524 Directive\I{SECTION, elf extensions to}
5525
5526 Like the \c{obj} format, \c{elf} allows you to specify additional
5527 information on the \c{SECTION} directive line, to control the type
5528 and properties of sections you declare. Section types and properties
5529 are generated automatically by NASM for the \i{standard section
5530 names}, but may still be
5531 overridden by these qualifiers.
5532
5533 The available qualifiers are:
5534
5535 \b \i\c{alloc} defines the section to be one which is loaded into
5536 memory when the program is run. \i\c{noalloc} defines it to be one
5537 which is not, such as an informational or comment section.
5538
5539 \b \i\c{exec} defines the section to be one which should have execute
5540 permission when the program is run. \i\c{noexec} defines it as one
5541 which should not.
5542
5543 \b \i\c{write} defines the section to be one which should be writable
5544 when the program is run. \i\c{nowrite} defines it as one which should
5545 not.
5546
5547 \b \i\c{progbits} defines the section to be one with explicit contents
5548 stored in the object file: an ordinary code or data section, for
5549 example, \i\c{nobits} defines the section to be one with no explicit
5550 contents given, such as a BSS section.
5551
5552 \b \c{align=}, used with a trailing number as in \c{obj}, gives the
5553 \I{section alignment, in elf}\I{alignment, in elf sections}alignment
5554 requirements of the section.
5555
5556 \b \i\c{tls} defines the section to be one which contains
5557 thread local variables.
5558
5559 The defaults assumed by NASM if you do not specify the above
5560 qualifiers are:
5561
5562 \I\c{.text} \I\c{.rodata} \I\c{.lrodata} \I\c{.data} \I\c{.ldata}
5563 \I\c{.bss} \I\c{.lbss} \I\c{.tdata} \I\c{.tbss} \I\c\{.comment}
5564
5565 \c section .text    progbits  alloc   exec    nowrite  align=16
5566 \c section .rodata  progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5567 \c section .lrodata progbits  alloc   noexec  nowrite  align=4
5568 \c section .data    progbits  alloc   noexec  write    align=4
5569 \c section .ldata   progbits  alloc   noexec  write    align=4
5570 \c section .bss     nobits    alloc   noexec  write    align=4
5571 \c section .lbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4
5572 \c section .tdata   progbits  alloc   noexec  write    align=4    tls
5573 \c section .tbss    nobits    alloc   noexec  write    align=4    tls
5574 \c section .comment progbits  noalloc noexec  nowrite  align=1
5575 \c section other    progbits  alloc   noexec  nowrite  align=1
5576
5577 (Any section name other than those in the above table
5578  is treated by default like \c{other} in the above table.
5579  Please note that section names are case sensitive.)
5580
5581
5582 \S{elfwrt} \i{Position-Independent Code}\I{PIC}: \c{elf} Special
5583 Symbols and \i\c{WRT}
5584
5585 The \c{ELF} specification contains enough features to allow
5586 position-independent code (PIC) to be written, which makes \i{ELF
5587 shared libraries} very flexible. However, it also means NASM has to
5588 be able to generate a variety of ELF specific relocation types in ELF
5589 object files, if it is to be an assembler which can write PIC.
5590
5591 Since \c{ELF} does not support segment-base references, the \c{WRT}
5592 operator is not used for its normal purpose; therefore NASM's
5593 \c{elf} output format makes use of \c{WRT} for a different purpose,
5594 namely the PIC-specific \I{relocations, PIC-specific}relocation
5595 types.
5596
5597 \c{elf} defines five special symbols which you can use as the
5598 right-hand side of the \c{WRT} operator to obtain PIC relocation
5599 types. They are \i\c{..gotpc}, \i\c{..gotoff}, \i\c{..got},
5600 \i\c{..plt} and \i\c{..sym}. Their functions are summarized here:
5601
5602 \b Referring to the symbol marking the global offset table base
5603 using \c{wrt ..gotpc} will end up giving the distance from the
5604 beginning of the current section to the global offset table.
5605 (\i\c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_} is the standard symbol name used to
5606 refer to the \i{GOT}.) So you would then need to add \i\c{$$} to the
5607 result to get the real address of the GOT.
5608
5609 \b Referring to a location in one of your own sections using \c{wrt
5610 ..gotoff} will give the distance from the beginning of the GOT to
5611 the specified location, so that adding on the address of the GOT
5612 would give the real address of the location you wanted.
5613
5614 \b Referring to an external or global symbol using \c{wrt ..got}
5615 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5616 address of the symbol, and the reference gives the distance from the
5617 beginning of the GOT to the entry; so you can add on the address of
5618 the GOT, load from the resulting address, and end up with the
5619 address of the symbol.
5620
5621 \b Referring to a procedure name using \c{wrt ..plt} causes the
5622 linker to build a \i{procedure linkage table} entry for the symbol,
5623 and the reference gives the address of the \i{PLT} entry. You can
5624 only use this in contexts which would generate a PC-relative
5625 relocation normally (i.e. as the destination for \c{CALL} or
5626 \c{JMP}), since ELF contains no relocation type to refer to PLT
5627 entries absolutely.
5628
5629 \b Referring to a symbol name using \c{wrt ..sym} causes NASM to
5630 write an ordinary relocation, but instead of making the relocation
5631 relative to the start of the section and then adding on the offset
5632 to the symbol, it will write a relocation record aimed directly at
5633 the symbol in question. The distinction is a necessary one due to a
5634 peculiarity of the dynamic linker.
5635
5636 A fuller explanation of how to use these relocation types to write
5637 shared libraries entirely in NASM is given in \k{picdll}.
5638
5639 \S{elftls} \i{Thread Local Storage}\I{TLS}: \c{elf} Special
5640 Symbols and \i\c{WRT}
5641
5642 \b In ELF32 mode, referring to an external or global symbol using
5643 \c{wrt ..tlsie} \I\c{..tlsie}
5644 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5645 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5646 of the symbol with code such as:
5647
5648 \c        mov  eax,[tid wrt ..tlsie]
5649 \c        mov  [gs:eax],ebx
5650
5651
5652 \b In ELF64 mode, referring to an external or global symbol using
5653 \c{wrt ..gottpoff} \I\c{..gottpoff}
5654 causes the linker to build an entry \e{in} the GOT containing the
5655 offset of the symbol within the TLS block, so you can access the value
5656 of the symbol with code such as:
5657
5658 \c        mov   rax,[rel tid wrt ..gottpoff]
5659 \c        mov   rcx,[fs:rax]
5660
5661
5662 \S{elfglob} \c{elf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5663 elf extensions to}\I{GLOBAL, aoutb extensions to}
5664
5665 \c{ELF} object files can contain more information about a global symbol
5666 than just its address: they can contain the \I{symbol sizes,
5667 specifying}\I{size, of symbols}size of the symbol and its \I{symbol
5668 types, specifying}\I{type, of symbols}type as well. These are not
5669 merely debugger conveniences, but are actually necessary when the
5670 program being written is a \i{shared library}. NASM therefore
5671 supports some extensions to the \c{GLOBAL} directive, allowing you
5672 to specify these features.
5673
5674 You can specify whether a global variable is a function or a data
5675 object by suffixing the name with a colon and the word
5676 \i\c{function} or \i\c{data}. (\i\c{object} is a synonym for
5677 \c{data}.) For example:
5678
5679 \c global   hashlookup:function, hashtable:data
5680
5681 exports the global symbol \c{hashlookup} as a function and
5682 \c{hashtable} as a data object.
5683
5684 Optionally, you can control the ELF visibility of the symbol.  Just
5685 add one of the visibility keywords: \i\c{default}, \i\c{internal},
5686 \i\c{hidden}, or \i\c{protected}.  The default is \i\c{default} of
5687 course.  For example, to make \c{hashlookup} hidden:
5688
5689 \c global   hashlookup:function hidden
5690
5691 You can also specify the size of the data associated with the
5692 symbol, as a numeric expression (which may involve labels, and even
5693 forward references) after the type specifier. Like this:
5694
5695 \c global  hashtable:data (hashtable.end - hashtable)
5696 \c
5697 \c hashtable:
5698 \c         db this,that,theother  ; some data here
5699 \c .end:
5700
5701 This makes NASM automatically calculate the length of the table and
5702 place that information into the \c{ELF} symbol table.
5703
5704 Declaring the type and size of global symbols is necessary when
5705 writing shared library code. For more information, see
5706 \k{picglobal}.
5707
5708
5709 \S{elfcomm} \c{elf} Extensions to the \c{COMMON} Directive
5710 \I{COMMON, elf extensions to}
5711
5712 \c{ELF} also allows you to specify alignment requirements \I{common
5713 variables, alignment in elf}\I{alignment, of elf common variables}on
5714 common variables. This is done by putting a number (which must be a
5715 power of two) after the name and size of the common variable,
5716 separated (as usual) by a colon. For example, an array of
5717 doublewords would benefit from 4-byte alignment:
5718
5719 \c common  dwordarray 128:4
5720
5721 This declares the total size of the array to be 128 bytes, and
5722 requires that it be aligned on a 4-byte boundary.
5723
5724
5725 \S{elf16} 16-bit code and ELF
5726 \I{ELF, 16-bit code and}
5727
5728 The \c{ELF32} specification doesn't provide relocations for 8- and
5729 16-bit values, but the GNU \c{ld} linker adds these as an extension.
5730 NASM can generate GNU-compatible relocations, to allow 16-bit code to
5731 be linked as ELF using GNU \c{ld}. If NASM is used with the
5732 \c{-w+gnu-elf-extensions} option, a warning is issued when one of
5733 these relocations is generated.
5734
5735 \S{elfdbg} Debug formats and ELF
5736 \I{ELF, Debug formats and}
5737
5738 \c{ELF32} and \c{ELF64} provide debug information in \c{STABS} and \c{DWARF} formats.
5739 Line number information is generated for all executable sections, but please
5740 note that only the ".text" section is executable by default.
5741
5742 \H{aoutfmt} \i\c{aout}: Linux \I{a.out, Linux version}\I{linux, a.out}\c{a.out} Object Files
5743
5744 The \c{aout} format generates \c{a.out} object files, in the form used
5745 by early Linux systems (current Linux systems use ELF, see
5746 \k{elffmt}.) These differ from other \c{a.out} object files in that
5747 the magic number in the first four bytes of the file is
5748 different; also, some implementations of \c{a.out}, for example
5749 NetBSD's, support position-independent code, which Linux's
5750 implementation does not.
5751
5752 \c{a.out} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5753
5754 \c{a.out} is a very simple object format. It supports no special
5755 directives, no special symbols, no use of \c{SEG} or \c{WRT}, and no
5756 extensions to any standard directives. It supports only the three
5757 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5758
5759
5760 \H{aoutfmt} \i\c{aoutb}: \i{NetBSD}/\i{FreeBSD}/\i{OpenBSD}
5761 \I{a.out, BSD version}\c{a.out} Object Files
5762
5763 The \c{aoutb} format generates \c{a.out} object files, in the form
5764 used by the various free \c{BSD Unix} clones, \c{NetBSD}, \c{FreeBSD}
5765 and \c{OpenBSD}. For simple object files, this object format is exactly
5766 the same as \c{aout} except for the magic number in the first four bytes
5767 of the file. However, the \c{aoutb} format supports
5768 \I{PIC}\i{position-independent code} in the same way as the \c{elf}
5769 format, so you can use it to write \c{BSD} \i{shared libraries}.
5770
5771 \c{aoutb} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5772
5773 \c{aoutb} supports no special directives, no special symbols, and
5774 only the three \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data}
5775 and \i\c{.bss}. However, it also supports the same use of \i\c{WRT} as
5776 \c{elf} does, to provide position-independent code relocation types.
5777 See \k{elfwrt} for full documentation of this feature.
5778
5779 \c{aoutb} also supports the same extensions to the \c{GLOBAL}
5780 directive as \c{elf} does: see \k{elfglob} for documentation of
5781 this.
5782
5783
5784 \H{as86fmt} \c{as86}: \i{Minix}/Linux\I{linux, as86} \i\c{as86} Object Files
5785
5786 The Minix/Linux 16-bit assembler \c{as86} has its own non-standard
5787 object file format. Although its companion linker \i\c{ld86} produces
5788 something close to ordinary \c{a.out} binaries as output, the object
5789 file format used to communicate between \c{as86} and \c{ld86} is not
5790 itself \c{a.out}.
5791
5792 NASM supports this format, just in case it is useful, as \c{as86}.
5793 \c{as86} provides a default output file-name extension of \c{.o}.
5794
5795 \c{as86} is a very simple object format (from the NASM user's point
5796 of view). It supports no special directives, no use of \c{SEG} or \c{WRT},
5797 and no extensions to any standard directives. It supports only the three
5798 \i{standard section names} \i\c{.text}, \i\c{.data} and \i\c{.bss}.  The
5799 only special symbol supported is \c{..start}.
5800
5801
5802 \H{rdffmt} \I{RDOFF}\i\c{rdf}: \i{Relocatable Dynamic Object File
5803 Format}
5804
5805 The \c{rdf} output format produces \c{RDOFF} object files. \c{RDOFF}
5806 (Relocatable Dynamic Object File Format) is a home-grown object-file
5807 format, designed alongside NASM itself and reflecting in its file
5808 format the internal structure of the assembler.
5809
5810 \c{RDOFF} is not used by any well-known operating systems. Those
5811 writing their own systems, however, may well wish to use \c{RDOFF}
5812 as their object format, on the grounds that it is designed primarily
5813 for simplicity and contains very little file-header bureaucracy.
5814
5815 The Unix NASM archive, and the DOS archive which includes sources,
5816 both contain an \I{rdoff subdirectory}\c{rdoff} subdirectory holding
5817 a set of RDOFF utilities: an RDF linker, an \c{RDF} static-library
5818 manager, an RDF file dump utility, and a program which will load and
5819 execute an RDF executable under Linux.
5820
5821 \c{rdf} supports only the \i{standard section names} \i\c{.text},
5822 \i\c{.data} and \i\c{.bss}.
5823
5824
5825 \S{rdflib} Requiring a Library: The \i\c{LIBRARY} Directive
5826
5827 \c{RDOFF} contains a mechanism for an object file to demand a given
5828 library to be linked to the module, either at load time or run time.
5829 This is done by the \c{LIBRARY} directive, which takes one argument
5830 which is the name of the module:
5831
5832 \c     library  mylib.rdl
5833
5834
5835 \S{rdfmod} Specifying a Module Name: The \i\c{MODULE} Directive
5836
5837 Special \c{RDOFF} header record is used to store the name of the module.
5838 It can be used, for example, by run-time loader to perform dynamic
5839 linking. \c{MODULE} directive takes one argument which is the name
5840 of current module:
5841
5842 \c     module  mymodname
5843
5844 Note that when you statically link modules and tell linker to strip
5845 the symbols from output file, all module names will be stripped too.
5846 To avoid it, you should start module names with \I{$, prefix}\c{$}, like:
5847
5848 \c     module  $kernel.core
5849
5850
5851 \S{rdfglob} \c{rdf} Extensions to the \c{GLOBAL} Directive\I{GLOBAL,
5852 rdf extensions to}
5853
5854 \c{RDOFF} global symbols can contain additional information needed by
5855 the static linker. You can mark a global symbol as exported, thus
5856 telling the linker do not strip it from target executable or library
5857 file. Like in \c{ELF}, you can also specify whether an exported symbol
5858 is a procedure (function) or data object.
5859
5860 Suffixing the name with a colon and the word \i\c{export} you make the
5861 symbol exported:
5862
5863 \c     global  sys_open:export
5864
5865 To specify that exported symbol is a procedure (function), you add the
5866 word \i\c{proc} or \i\c{function} after declaration:
5867
5868 \c     global  sys_open:export proc
5869
5870 Similarly, to specify exported data object, add the word \i\c{data}
5871 or \i\c{object} to the directive:
5872
5873 \c     global  kernel_ticks:export data
5874
5875
5876 \S{rdfimpt} \c{rdf} Extensions to the \c{EXTERN} Directive\I{EXTERN,
5877 rdf extensions to}
5878
5879 By default the \c{EXTERN} directive in \c{RDOFF} declares a "pure external"
5880 symbol (i.e. the static linker will complain if such a symbol is not resolved).
5881 To declare an "imported" symbol, which must be resolved later during a dynamic
5882 linking phase, \c{RDOFF} offers an additional \c{import} modifier. As in
5883 \c{GLOBAL}, you can also specify whether an imported symbol is a procedure
5884 (function) or data object. For example:
5885
5886 \c     library $libc
5887 \c     extern  _open:import
5888 \c     extern  _printf:import proc
5889 \c     extern  _errno:import data
5890
5891 Here the directive \c{LIBRARY} is also included, which gives the dynamic linker
5892 a hint as to where to find requested symbols.
5893
5894
5895 \H{dbgfmt} \i\c{dbg}: Debugging Format
5896
5897 The \c{dbg} output format is not built into NASM in the default
5898 configuration. If you are building your own NASM executable from the
5899 sources, you can define \i\c{OF_DBG} in \c{output/outform.h} or on the
5900 compiler command line, and obtain the \c{dbg} output format.
5901
5902 The \c{dbg} format does not output an object file as such; instead,
5903 it outputs a text file which contains a complete list of all the
5904 transactions between the main body of NASM and the output-format
5905 back end module. It is primarily intended to aid people who want to
5906 write their own output drivers, so that they can get a clearer idea
5907 of the various requests the main program makes of the output driver,
5908 and in what order they happen.
5909
5910 For simple files, one can easily use the \c{dbg} format like this:
5911
5912 \c nasm -f dbg filename.asm
5913
5914 which will generate a diagnostic file called \c{filename.dbg}.
5915 However, this will not work well on files which were designed for a
5916 different object format, because each object format defines its own
5917 macros (usually user-level forms of directives), and those macros
5918 will not be defined in the \c{dbg} format. Therefore it can be
5919 useful to run NASM twice, in order to do the preprocessing with the
5920 native object format selected:
5921
5922 \c nasm -e -f rdf -o rdfprog.i rdfprog.asm
5923 \c nasm -a -f dbg rdfprog.i
5924
5925 This preprocesses \c{rdfprog.asm} into \c{rdfprog.i}, keeping the
5926 \c{rdf} object format selected in order to make sure RDF special
5927 directives are converted into primitive form correctly. Then the
5928 preprocessed source is fed through the \c{dbg} format to generate
5929 the final diagnostic output.
5930
5931 This workaround will still typically not work for programs intended
5932 for \c{obj} format, because the \c{obj} \c{SEGMENT} and \c{GROUP}
5933 directives have side effects of defining the segment and group names
5934 as symbols; \c{dbg} will not do this, so the program will not
5935 assemble. You will have to work around that by defining the symbols
5936 yourself (using \c{EXTERN}, for example) if you really need to get a
5937 \c{dbg} trace of an \c{obj}-specific source file.
5938
5939 \c{dbg} accepts any section name and any directives at all, and logs
5940 them all to its output file.
5941
5942
5943 \C{16bit} Writing 16-bit Code (DOS, Windows 3/3.1)
5944
5945 This chapter attempts to cover some of the common issues encountered
5946 when writing 16-bit code to run under \c{MS-DOS} or \c{Windows 3.x}. It
5947 covers how to link programs to produce \c{.EXE} or \c{.COM} files,
5948 how to write \c{.SYS} device drivers, and how to interface assembly
5949 language code with 16-bit C compilers and with Borland Pascal.
5950
5951
5952 \H{exefiles} Producing \i\c{.EXE} Files
5953
5954 Any large program written under DOS needs to be built as a \c{.EXE}
5955 file: only \c{.EXE} files have the necessary internal structure
5956 required to span more than one 64K segment. \i{Windows} programs,
5957 also, have to be built as \c{.EXE} files, since Windows does not
5958 support the \c{.COM} format.
5959
5960 In general, you generate \c{.EXE} files by using the \c{obj} output
5961 format to produce one or more \i\c{.OBJ} files, and then linking
5962 them together using a linker. However, NASM also supports the direct
5963 generation of simple DOS \c{.EXE} files using the \c{bin} output
5964 format (by using \c{DB} and \c{DW} to construct the \c{.EXE} file
5965 header), and a macro package is supplied to do this. Thanks to
5966 Yann Guidon for contributing the code for this.
5967
5968 NASM may also support \c{.EXE} natively as another output format in
5969 future releases.
5970
5971
5972 \S{objexe} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.EXE} Files
5973
5974 This section describes the usual method of generating \c{.EXE} files
5975 by linking \c{.OBJ} files together.
5976
5977 Most 16-bit programming language packages come with a suitable
5978 linker; if you have none of these, there is a free linker called
5979 \i{VAL}\I{linker, free}, available in \c{LZH} archive format from
5980 \W{ftp://x2ftp.oulu.fi/pub/msdos/programming/lang/}\i\c{x2ftp.oulu.fi}.
5981 An LZH archiver can be found at
5982 \W{ftp://ftp.simtel.net/pub/simtelnet/msdos/arcers}\i\c{ftp.simtel.net}.
5983 There is another `free' linker (though this one doesn't come with
5984 sources) called \i{FREELINK}, available from
5985 \W{http://www.pcorner.com/tpc/old/3-101.html}\i\c{www.pcorner.com}.
5986 A third, \i\c{djlink}, written by DJ Delorie, is available at
5987 \W{http://www.delorie.com/djgpp/16bit/djlink/}\i\c{www.delorie.com}.
5988 A fourth linker, \i\c{ALINK}, written by Anthony A.J. Williams, is
5989 available at \W{http://alink.sourceforge.net}\i\c{alink.sourceforge.net}.
5990
5991 When linking several \c{.OBJ} files into a \c{.EXE} file, you should
5992 ensure that exactly one of them has a start point defined (using the
5993 \I{program entry point}\i\c{..start} special symbol defined by the
5994 \c{obj} format: see \k{dotdotstart}). If no module defines a start
5995 point, the linker will not know what value to give the entry-point
5996 field in the output file header; if more than one defines a start
5997 point, the linker will not know \e{which} value to use.
5998
5999 An example of a NASM source file which can be assembled to a
6000 \c{.OBJ} file and linked on its own to a \c{.EXE} is given here. It
6001 demonstrates the basic principles of defining a stack, initialising
6002 the segment registers, and declaring a start point. This file is
6003 also provided in the \I{test subdirectory}\c{test} subdirectory of
6004 the NASM archives, under the name \c{objexe.asm}.
6005
6006 \c segment code
6007 \c
6008 \c ..start:
6009 \c         mov     ax,data
6010 \c         mov     ds,ax
6011 \c         mov     ax,stack
6012 \c         mov     ss,ax
6013 \c         mov     sp,stacktop
6014
6015 This initial piece of code sets up \c{DS} to point to the data
6016 segment, and initializes \c{SS} and \c{SP} to point to the top of
6017 the provided stack. Notice that interrupts are implicitly disabled
6018 for one instruction after a move into \c{SS}, precisely for this
6019 situation, so that there's no chance of an interrupt occurring
6020 between the loads of \c{SS} and \c{SP} and not having a stack to
6021 execute on.
6022
6023 Note also that the special symbol \c{..start} is defined at the
6024 beginning of this code, which means that will be the entry point
6025 into the resulting executable file.
6026
6027 \c         mov     dx,hello
6028 \c         mov     ah,9
6029 \c         int     0x21
6030
6031 The above is the main program: load \c{DS:DX} with a pointer to the
6032 greeting message (\c{hello} is implicitly relative to the segment
6033 \c{data}, which was loaded into \c{DS} in the setup code, so the
6034 full pointer is valid), and call the DOS print-string function.
6035
6036 \c         mov     ax,0x4c00
6037 \c         int     0x21
6038
6039 This terminates the program using another DOS system call.
6040
6041 \c segment data
6042 \c
6043 \c hello:  db      'hello, world', 13, 10, '$'
6044
6045 The data segment contains the string we want to display.
6046
6047 \c segment stack stack
6048 \c         resb 64
6049 \c stacktop:
6050
6051 The above code declares a stack segment containing 64 bytes of
6052 uninitialized stack space, and points \c{stacktop} at the top of it.
6053 The directive \c{segment stack stack} defines a segment \e{called}
6054 \c{stack}, and also of \e{type} \c{STACK}. The latter is not
6055 necessary to the correct running of the program, but linkers are
6056 likely to issue warnings or errors if your program has no segment of
6057 type \c{STACK}.
6058
6059 The above file, when assembled into a \c{.OBJ} file, will link on
6060 its own to a valid \c{.EXE} file, which when run will print `hello,
6061 world' and then exit.
6062
6063
6064 \S{binexe} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.EXE} Files
6065
6066 The \c{.EXE} file format is simple enough that it's possible to
6067 build a \c{.EXE} file by writing a pure-binary program and sticking
6068 a 32-byte header on the front. This header is simple enough that it
6069 can be generated using \c{DB} and \c{DW} commands by NASM itself, so
6070 that you can use the \c{bin} output format to directly generate
6071 \c{.EXE} files.
6072
6073 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6074 subdirectory, is a file \i\c{exebin.mac} of macros. It defines three
6075 macros: \i\c{EXE_begin}, \i\c{EXE_stack} and \i\c{EXE_end}.
6076
6077 To produce a \c{.EXE} file using this method, you should start by
6078 using \c{%include} to load the \c{exebin.mac} macro package into
6079 your source file. You should then issue the \c{EXE_begin} macro call
6080 (which takes no arguments) to generate the file header data. Then
6081 write code as normal for the \c{bin} format - you can use all three
6082 standard sections \c{.text}, \c{.data} and \c{.bss}. At the end of
6083 the file you should call the \c{EXE_end} macro (again, no arguments),
6084 which defines some symbols to mark section sizes, and these symbols
6085 are referred to in the header code generated by \c{EXE_begin}.
6086
6087 In this model, the code you end up writing starts at \c{0x100}, just
6088 like a \c{.COM} file - in fact, if you strip off the 32-byte header
6089 from the resulting \c{.EXE} file, you will have a valid \c{.COM}
6090 program. All the segment bases are the same, so you are limited to a
6091 64K program, again just like a \c{.COM} file. Note that an \c{ORG}
6092 directive is issued by the \c{EXE_begin} macro, so you should not
6093 explicitly issue one of your own.
6094
6095 You can't directly refer to your segment base value, unfortunately,
6096 since this would require a relocation in the header, and things
6097 would get a lot more complicated. So you should get your segment
6098 base by copying it out of \c{CS} instead.
6099
6100 On entry to your \c{.EXE} file, \c{SS:SP} are already set up to
6101 point to the top of a 2Kb stack. You can adjust the default stack
6102 size of 2Kb by calling the \c{EXE_stack} macro. For example, to
6103 change the stack size of your program to 64 bytes, you would call
6104 \c{EXE_stack 64}.
6105
6106 A sample program which generates a \c{.EXE} file in this way is
6107 given in the \c{test} subdirectory of the NASM archive, as
6108 \c{binexe.asm}.
6109
6110
6111 \H{comfiles} Producing \i\c{.COM} Files
6112
6113 While large DOS programs must be written as \c{.EXE} files, small
6114 ones are often better written as \c{.COM} files. \c{.COM} files are
6115 pure binary, and therefore most easily produced using the \c{bin}
6116 output format.
6117
6118
6119 \S{combinfmt} Using the \c{bin} Format To Generate \c{.COM} Files
6120
6121 \c{.COM} files expect to be loaded at offset \c{100h} into their
6122 segment (though the segment may change). Execution then begins at
6123 \I\c{ORG}\c{100h}, i.e. right at the start of the program. So to
6124 write a \c{.COM} program, you would create a source file looking
6125 like
6126
6127 \c         org 100h
6128 \c
6129 \c section .text
6130 \c
6131 \c start:
6132 \c         ; put your code here
6133 \c
6134 \c section .data
6135 \c
6136 \c         ; put data items here
6137 \c
6138 \c section .bss
6139 \c
6140 \c         ; put uninitialized data here
6141
6142 The \c{bin} format puts the \c{.text} section first in the file, so
6143 you can declare data or BSS items before beginning to write code if
6144 you want to and the code will still end up at the front of the file
6145 where it belongs.
6146
6147 The BSS (uninitialized data) section does not take up space in the
6148 \c{.COM} file itself: instead, addresses of BSS items are resolved
6149 to point at space beyond the end of the file, on the grounds that
6150 this will be free memory when the program is run. Therefore you
6151 should not rely on your BSS being initialized to all zeros when you
6152 run.
6153
6154 To assemble the above program, you should use a command line like
6155
6156 \c nasm myprog.asm -fbin -o myprog.com
6157
6158 The \c{bin} format would produce a file called \c{myprog} if no
6159 explicit output file name were specified, so you have to override it
6160 and give the desired file name.
6161
6162
6163 \S{comobjfmt} Using the \c{obj} Format To Generate \c{.COM} Files
6164
6165 If you are writing a \c{.COM} program as more than one module, you
6166 may wish to assemble several \c{.OBJ} files and link them together
6167 into a \c{.COM} program. You can do this, provided you have a linker
6168 capable of outputting \c{.COM} files directly (\i{TLINK} does this),
6169 or alternatively a converter program such as \i\c{EXE2BIN} to
6170 transform the \c{.EXE} file output from the linker into a \c{.COM}
6171 file.
6172
6173 If you do this, you need to take care of several things:
6174
6175 \b The first object file containing code should start its code
6176 segment with a line like \c{RESB 100h}. This is to ensure that the
6177 code begins at offset \c{100h} relative to the beginning of the code
6178 segment, so that the linker or converter program does not have to
6179 adjust address references within the file when generating the
6180 \c{.COM} file. Other assemblers use an \i\c{ORG} directive for this
6181 purpose, but \c{ORG} in NASM is a format-specific directive to the
6182 \c{bin} output format, and does not mean the same thing as it does
6183 in MASM-compatible assemblers.
6184
6185 \b You don't need to define a stack segment.
6186
6187 \b All your segments should be in the same group, so that every time
6188 your code or data references a symbol offset, all offsets are
6189 relative to the same segment base. This is because, when a \c{.COM}
6190 file is loaded, all the segment registers contain the same value.
6191
6192
6193 \H{sysfiles} Producing \i\c{.SYS} Files
6194
6195 \i{MS-DOS device drivers} - \c{.SYS} files - are pure binary files,
6196 similar to \c{.COM} files, except that they start at origin zero
6197 rather than \c{100h}. Therefore, if you are writing a device driver
6198 using the \c{bin} format, you do not need the \c{ORG} directive,
6199 since the default origin for \c{bin} is zero. Similarly, if you are
6200 using \c{obj}, you do not need the \c{RESB 100h} at the start of
6201 your code segment.
6202
6203 \c{.SYS} files start with a header structure, containing pointers to
6204 the various routines inside the driver which do the work. This
6205 structure should be defined at the start of the code segment, even
6206 though it is not actually code.
6207
6208 For more information on the format of \c{.SYS} files, and the data
6209 which has to go in the header structure, a list of books is given in
6210 the Frequently Asked Questions list for the newsgroup
6211 \W{news:comp.os.msdos.programmer}\i\c{comp.os.msdos.programmer}.
6212
6213
6214 \H{16c} Interfacing to 16-bit C Programs
6215
6216 This section covers the basics of writing assembly routines that
6217 call, or are called from, C programs. To do this, you would
6218 typically write an assembly module as a \c{.OBJ} file, and link it
6219 with your C modules to produce a \i{mixed-language program}.
6220
6221
6222 \S{16cunder} External Symbol Names
6223
6224 \I{C symbol names}\I{underscore, in C symbols}C compilers have the
6225 convention that the names of all global symbols (functions or data)
6226 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6227 appears in the C program. So, for example, the function a C
6228 programmer thinks of as \c{printf} appears to an assembly language
6229 programmer as \c{_printf}. This means that in your assembly
6230 programs, you can define symbols without a leading underscore, and
6231 not have to worry about name clashes with C symbols.
6232
6233 If you find the underscores inconvenient, you can define macros to
6234 replace the \c{GLOBAL} and \c{EXTERN} directives as follows:
6235
6236 \c %macro  cglobal 1
6237 \c
6238 \c   global  _%1
6239 \c   %define %1 _%1
6240 \c
6241 \c %endmacro
6242 \c
6243 \c %macro  cextern 1
6244 \c
6245 \c   extern  _%1
6246 \c   %define %1 _%1
6247 \c
6248 \c %endmacro
6249
6250 (These forms of the macros only take one argument at a time; a
6251 \c{%rep} construct could solve this.)
6252
6253 If you then declare an external like this:
6254
6255 \c cextern printf
6256
6257 then the macro will expand it as
6258
6259 \c extern  _printf
6260 \c %define printf _printf
6261
6262 Thereafter, you can reference \c{printf} as if it was a symbol, and
6263 the preprocessor will put the leading underscore on where necessary.
6264
6265 The \c{cglobal} macro works similarly. You must use \c{cglobal}
6266 before defining the symbol in question, but you would have had to do
6267 that anyway if you used \c{GLOBAL}.
6268
6269 Also see \k{opt-pfix}.
6270
6271 \S{16cmodels} \i{Memory Models}
6272
6273 NASM contains no mechanism to support the various C memory models
6274 directly; you have to keep track yourself of which one you are
6275 writing for. This means you have to keep track of the following
6276 things:
6277
6278 \b In models using a single code segment (tiny, small and compact),
6279 functions are near. This means that function pointers, when stored
6280 in data segments or pushed on the stack as function arguments, are
6281 16 bits long and contain only an offset field (the \c{CS} register
6282 never changes its value, and always gives the segment part of the
6283 full function address), and that functions are called using ordinary
6284 near \c{CALL} instructions and return using \c{RETN} (which, in
6285 NASM, is synonymous with \c{RET} anyway). This means both that you
6286 should write your own routines to return with \c{RETN}, and that you
6287 should call external C routines with near \c{CALL} instructions.
6288
6289 \b In models using more than one code segment (medium, large and
6290 huge), functions are far. This means that function pointers are 32
6291 bits long (consisting of a 16-bit offset followed by a 16-bit
6292 segment), and that functions are called using \c{CALL FAR} (or
6293 \c{CALL seg:offset}) and return using \c{RETF}. Again, you should
6294 therefore write your own routines to return with \c{RETF} and use
6295 \c{CALL FAR} to call external routines.
6296
6297 \b In models using a single data segment (tiny, small and medium),
6298 data pointers are 16 bits long, containing only an offset field (the
6299 \c{DS} register doesn't change its value, and always gives the
6300 segment part of the full data item address).
6301
6302 \b In models using more than one data segment (compact, large and
6303 huge), data pointers are 32 bits long, consisting of a 16-bit offset
6304 followed by a 16-bit segment. You should still be careful not to
6305 modify \c{DS} in your routines without restoring it afterwards, but
6306 \c{ES} is free for you to use to access the contents of 32-bit data
6307 pointers you are passed.
6308
6309 \b The huge memory model allows single data items to exceed 64K in
6310 size. In all other memory models, you can access the whole of a data
6311 item just by doing arithmetic on the offset field of the pointer you
6312 are given, whether a segment field is present or not; in huge model,
6313 you have to be more careful of your pointer arithmetic.
6314
6315 \b In most memory models, there is a \e{default} data segment, whose
6316 segment address is kept in \c{DS} throughout the program. This data
6317 segment is typically the same segment as the stack, kept in \c{SS},
6318 so that functions' local variables (which are stored on the stack)
6319 and global data items can both be accessed easily without changing
6320 \c{DS}. Particularly large data items are typically stored in other
6321 segments. However, some memory models (though not the standard
6322 ones, usually) allow the assumption that \c{SS} and \c{DS} hold the
6323 same value to be removed. Be careful about functions' local
6324 variables in this latter case.
6325
6326 In models with a single code segment, the segment is called
6327 \i\c{_TEXT}, so your code segment must also go by this name in order
6328 to be linked into the same place as the main code segment. In models
6329 with a single data segment, or with a default data segment, it is
6330 called \i\c{_DATA}.
6331
6332
6333 \S{16cfunc} Function Definitions and Function Calls
6334
6335 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention} in
6336 16-bit programs is as follows. In the following description, the
6337 words \e{caller} and \e{callee} are used to denote the function
6338 doing the calling and the function which gets called.
6339
6340 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6341 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6342 argument specified to the function is pushed last).
6343
6344 \b The caller then executes a \c{CALL} instruction to pass control
6345 to the callee. This \c{CALL} is either near or far depending on the
6346 memory model.
6347
6348 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6349 actually necessary, in functions which do not need to access their
6350 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6351 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6352 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6353 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6354 any C function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as
6355 a \i\e{frame pointer}, must push the previous value first.
6356
6357 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6358 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6359 pushed; the next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6360 return address, pushed implicitly by \c{CALL}. In a small-model
6361 (near) function, the parameters start after that, at \c{[BP+4]}; in
6362 a large-model (far) function, the segment part of the return address
6363 lives at \c{[BP+4]}, and the parameters begin at \c{[BP+6]}. The
6364 leftmost parameter of the function, since it was pushed last, is
6365 accessible at this offset from \c{BP}; the others follow, at
6366 successively greater offsets. Thus, in a function such as \c{printf}
6367 which takes a variable number of parameters, the pushing of the
6368 parameters in reverse order means that the function knows where to
6369 find its first parameter, which tells it the number and type of the
6370 remaining ones.
6371
6372 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6373 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6374 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6375
6376 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6377 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6378 of the value. Floating-point results are sometimes (depending on the
6379 compiler) returned in \c{ST0}.
6380
6381 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6382 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6383 value of \c{BP}, and returns via \c{RETN} or \c{RETF} depending on
6384 memory model.
6385
6386 \b When the caller regains control from the callee, the function
6387 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6388 constant to \c{SP} to remove them (instead of executing a number of
6389 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6390 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6391 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6392 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6393 removing.
6394
6395 It is instructive to compare this calling convention with that for
6396 Pascal programs (described in \k{16bpfunc}). Pascal has a simpler
6397 convention, since no functions have variable numbers of parameters.
6398 Therefore the callee knows how many parameters it should have been
6399 passed, and is able to deallocate them from the stack itself by
6400 passing an immediate argument to the \c{RET} or \c{RETF}
6401 instruction, so the caller does not have to do it. Also, the
6402 parameters are pushed in left-to-right order, not right-to-left,
6403 which means that a compiler can give better guarantees about
6404 sequence points without performance suffering.
6405
6406 Thus, you would define a function in C style in the following way.
6407 The following example is for small model:
6408
6409 \c global  _myfunc
6410 \c
6411 \c _myfunc:
6412 \c         push    bp
6413 \c         mov     bp,sp
6414 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6415 \c         mov     bx,[bp+4]       ; first parameter to function
6416 \c
6417 \c         ; some more code
6418 \c
6419 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6420 \c         pop     bp
6421 \c         ret
6422
6423 For a large-model function, you would replace \c{RET} by \c{RETF},
6424 and look for the first parameter at \c{[BP+6]} instead of
6425 \c{[BP+4]}. Of course, if one of the parameters is a pointer, then
6426 the offsets of \e{subsequent} parameters will change depending on
6427 the memory model as well: far pointers take up four bytes on the
6428 stack when passed as a parameter, whereas near pointers take up two.
6429
6430 At the other end of the process, to call a C function from your
6431 assembly code, you would do something like this:
6432
6433 \c extern  _printf
6434 \c
6435 \c       ; and then, further down...
6436 \c
6437 \c       push    word [myint]        ; one of my integer variables
6438 \c       push    word mystring       ; pointer into my data segment
6439 \c       call    _printf
6440 \c       add     sp,byte 4           ; `byte' saves space
6441 \c
6442 \c       ; then those data items...
6443 \c
6444 \c segment _DATA
6445 \c
6446 \c myint         dw    1234
6447 \c mystring      db    'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6448
6449 This piece of code is the small-model assembly equivalent of the C
6450 code
6451
6452 \c     int myint = 1234;
6453 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6454
6455 In large model, the function-call code might look more like this. In
6456 this example, it is assumed that \c{DS} already holds the segment
6457 base of the segment \c{_DATA}. If not, you would have to initialize
6458 it first.
6459
6460 \c       push    word [myint]
6461 \c       push    word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6462 \c       push    word mystring       ; ... offset of "mystring"
6463 \c       call    far _printf
6464 \c       add    sp,byte 6
6465
6466 The integer value still takes up one word on the stack, since large
6467 model does not affect the size of the \c{int} data type. The first
6468 argument (pushed last) to \c{printf}, however, is a data pointer,
6469 and therefore has to contain a segment and offset part. The segment
6470 should be stored second in memory, and therefore must be pushed
6471 first. (Of course, \c{PUSH DS} would have been a shorter instruction
6472 than \c{PUSH WORD SEG mystring}, if \c{DS} was set up as the above
6473 example assumed.) Then the actual call becomes a far call, since
6474 functions expect far calls in large model; and \c{SP} has to be
6475 increased by 6 rather than 4 afterwards to make up for the extra
6476 word of parameters.
6477
6478
6479 \S{16cdata} Accessing Data Items
6480
6481 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6482 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6483 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6484 in \k{16cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6485 accessed from assembler as
6486
6487 \c extern _i
6488 \c
6489 \c         mov ax,[_i]
6490
6491 And to declare your own integer variable which C programs can access
6492 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6493 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6494
6495 \c global  _j
6496 \c
6497 \c _j      dw      0
6498
6499 To access a C array, you need to know the size of the components of
6500 the array. For example, \c{int} variables are two bytes long, so if
6501 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6502 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+6]}. (The byte offset 6 is obtained
6503 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6504 element, 2.) The sizes of the C base types in 16-bit compilers are:
6505 1 for \c{char}, 2 for \c{short} and \c{int}, 4 for \c{long} and
6506 \c{float}, and 8 for \c{double}.
6507
6508 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6509 the base of the structure to the field you are interested in. You
6510 can either do this by converting the C structure definition into a
6511 NASM structure definition (using \i\c{STRUC}), or by calculating the
6512 one offset and using just that.
6513
6514 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6515 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6516 alignment to structure members in its own \c{STRUC} macro, so you
6517 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6518 Typically, you might find that a structure like
6519
6520 \c struct {
6521 \c     char c;
6522 \c     int i;
6523 \c } foo;
6524
6525 might be four bytes long rather than three, since the \c{int} field
6526 would be aligned to a two-byte boundary. However, this sort of
6527 feature tends to be a configurable option in the C compiler, either
6528 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6529 out how your own compiler does it.
6530
6531
6532 \S{16cmacro} \i\c{c16.mac}: Helper Macros for the 16-bit C Interface
6533
6534 Included in the NASM archives, in the \I{misc subdirectory}\c{misc}
6535 directory, is a file \c{c16.mac} of macros. It defines three macros:
6536 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6537 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6538 the work involved in keeping track of the calling convention.
6539
6540 (An alternative, TASM compatible form of \c{arg} is also now built
6541 into NASM's preprocessor. See \k{stackrel} for details.)
6542
6543 An example of an assembly function using the macro set is given
6544 here:
6545
6546 \c proc    _nearproc
6547 \c
6548 \c %$i     arg
6549 \c %$j     arg
6550 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6551 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6552 \c         add     ax,[bx]
6553 \c
6554 \c endproc
6555
6556 This defines \c{_nearproc} to be a procedure taking two arguments,
6557 the first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
6558 integer. It returns \c{i + *j}.
6559
6560 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
6561 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
6562 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
6563 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
6564 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
6565 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
6566 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
6567
6568 The macro set produces code for near functions (tiny, small and
6569 compact-model code) by default. You can have it generate far
6570 functions (medium, large and huge-model code) by means of coding
6571 \I\c{FARCODE}\c{%define FARCODE}. This changes the kind of return
6572 instruction generated by \c{endproc}, and also changes the starting
6573 point for the argument offsets. The macro set contains no intrinsic
6574 dependency on whether data pointers are far or not.
6575
6576 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
6577 argument. If no size is given, 2 is assumed, since it is likely that
6578 many function parameters will be of type \c{int}.
6579
6580 The large-model equivalent of the above function would look like this:
6581
6582 \c %define FARCODE
6583 \c
6584 \c proc    _farproc
6585 \c
6586 \c %$i     arg
6587 \c %$j     arg     4
6588 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6589 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6590 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6591 \c         add     ax,[bx]
6592 \c
6593 \c endproc
6594
6595 This makes use of the argument to the \c{arg} macro to define a
6596 parameter of size 4, because \c{j} is now a far pointer. When we
6597 load from \c{j}, we must load a segment and an offset.
6598
6599
6600 \H{16bp} Interfacing to \i{Borland Pascal} Programs
6601
6602 Interfacing to Borland Pascal programs is similar in concept to
6603 interfacing to 16-bit C programs. The differences are:
6604
6605 \b The leading underscore required for interfacing to C programs is
6606 not required for Pascal.
6607
6608 \b The memory model is always large: functions are far, data
6609 pointers are far, and no data item can be more than 64K long.
6610 (Actually, some functions are near, but only those functions that
6611 are local to a Pascal unit and never called from outside it. All
6612 assembly functions that Pascal calls, and all Pascal functions that
6613 assembly routines are able to call, are far.) However, all static
6614 data declared in a Pascal program goes into the default data
6615 segment, which is the one whose segment address will be in \c{DS}
6616 when control is passed to your assembly code. The only things that
6617 do not live in the default data segment are local variables (they
6618 live in the stack segment) and dynamically allocated variables. All
6619 data \e{pointers}, however, are far.
6620
6621 \b The function calling convention is different - described below.
6622
6623 \b Some data types, such as strings, are stored differently.
6624
6625 \b There are restrictions on the segment names you are allowed to
6626 use - Borland Pascal will ignore code or data declared in a segment
6627 it doesn't like the name of. The restrictions are described below.
6628
6629
6630 \S{16bpfunc} The Pascal Calling Convention
6631
6632 \I{functions, Pascal calling convention}\I{Pascal calling
6633 convention}The 16-bit Pascal calling convention is as follows. In
6634 the following description, the words \e{caller} and \e{callee} are
6635 used to denote the function doing the calling and the function which
6636 gets called.
6637
6638 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6639 after another, in normal order (left to right, so that the first
6640 argument specified to the function is pushed first).
6641
6642 \b The caller then executes a far \c{CALL} instruction to pass
6643 control to the callee.
6644
6645 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6646 actually necessary, in functions which do not need to access their
6647 parameters) starts by saving the value of \c{SP} in \c{BP} so as to
6648 be able to use \c{BP} as a base pointer to find its parameters on
6649 the stack. However, the caller was probably doing this too, so part
6650 of the calling convention states that \c{BP} must be preserved by
6651 any function. Hence the callee, if it is going to set up \c{BP} as a
6652 \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6653
6654 \b The callee may then access its parameters relative to \c{BP}.
6655 The word at \c{[BP]} holds the previous value of \c{BP} as it was
6656 pushed. The next word, at \c{[BP+2]}, holds the offset part of the
6657 return address, and the next one at \c{[BP+4]} the segment part. The
6658 parameters begin at \c{[BP+6]}. The rightmost parameter of the
6659 function, since it was pushed last, is accessible at this offset
6660 from \c{BP}; the others follow, at successively greater offsets.
6661
6662 \b The callee may also wish to decrease \c{SP} further, so as to
6663 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6664 accessible at negative offsets from \c{BP}.
6665
6666 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6667 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{DX:AX} depending on the size
6668 of the value. Floating-point results are returned in \c{ST0}.
6669 Results of type \c{Real} (Borland's own custom floating-point data
6670 type, not handled directly by the FPU) are returned in \c{DX:BX:AX}.
6671 To return a result of type \c{String}, the caller pushes a pointer
6672 to a temporary string before pushing the parameters, and the callee
6673 places the returned string value at that location. The pointer is
6674 not a parameter, and should not be removed from the stack by the
6675 \c{RETF} instruction.
6676
6677 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{SP} from
6678 \c{BP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6679 value of \c{BP}, and returns via \c{RETF}. It uses the form of
6680 \c{RETF} with an immediate parameter, giving the number of bytes
6681 taken up by the parameters on the stack. This causes the parameters
6682 to be removed from the stack as a side effect of the return
6683 instruction.
6684
6685 \b When the caller regains control from the callee, the function
6686 parameters have already been removed from the stack, so it needs to
6687 do nothing further.
6688
6689 Thus, you would define a function in Pascal style, taking two
6690 \c{Integer}-type parameters, in the following way:
6691
6692 \c global  myfunc
6693 \c
6694 \c myfunc: push    bp
6695 \c         mov     bp,sp
6696 \c         sub     sp,0x40         ; 64 bytes of local stack space
6697 \c         mov     bx,[bp+8]       ; first parameter to function
6698 \c         mov     bx,[bp+6]       ; second parameter to function
6699 \c
6700 \c         ; some more code
6701 \c
6702 \c         mov     sp,bp           ; undo "sub sp,0x40" above
6703 \c         pop     bp
6704 \c         retf    4               ; total size of params is 4
6705
6706 At the other end of the process, to call a Pascal function from your
6707 assembly code, you would do something like this:
6708
6709 \c extern  SomeFunc
6710 \c
6711 \c        ; and then, further down...
6712 \c
6713 \c        push   word seg mystring   ; Now push the segment, and...
6714 \c        push   word mystring       ; ... offset of "mystring"
6715 \c        push   word [myint]        ; one of my variables
6716 \c        call   far SomeFunc
6717
6718 This is equivalent to the Pascal code
6719
6720 \c procedure SomeFunc(String: PChar; Int: Integer);
6721 \c     SomeFunc(@mystring, myint);
6722
6723
6724 \S{16bpseg} Borland Pascal \I{segment names, Borland Pascal}Segment
6725 Name Restrictions
6726
6727 Since Borland Pascal's internal unit file format is completely
6728 different from \c{OBJ}, it only makes a very sketchy job of actually
6729 reading and understanding the various information contained in a
6730 real \c{OBJ} file when it links that in. Therefore an object file
6731 intended to be linked to a Pascal program must obey a number of
6732 restrictions:
6733
6734 \b Procedures and functions must be in a segment whose name is
6735 either \c{CODE}, \c{CSEG}, or something ending in \c{_TEXT}.
6736
6737 \b initialized data must be in a segment whose name is either
6738 \c{CONST} or something ending in \c{_DATA}.
6739
6740 \b Uninitialized data must be in a segment whose name is either
6741 \c{DATA}, \c{DSEG}, or something ending in \c{_BSS}.
6742
6743 \b Any other segments in the object file are completely ignored.
6744 \c{GROUP} directives and segment attributes are also ignored.
6745
6746
6747 \S{16bpmacro} Using \i\c{c16.mac} With Pascal Programs
6748
6749 The \c{c16.mac} macro package, described in \k{16cmacro}, can also
6750 be used to simplify writing functions to be called from Pascal
6751 programs, if you code \I\c{PASCAL}\c{%define PASCAL}. This
6752 definition ensures that functions are far (it implies
6753 \i\c{FARCODE}), and also causes procedure return instructions to be
6754 generated with an operand.
6755
6756 Defining \c{PASCAL} does not change the code which calculates the
6757 argument offsets; you must declare your function's arguments in
6758 reverse order. For example:
6759
6760 \c %define PASCAL
6761 \c
6762 \c proc    _pascalproc
6763 \c
6764 \c %$j     arg 4
6765 \c %$i     arg
6766 \c         mov     ax,[bp + %$i]
6767 \c         mov     bx,[bp + %$j]
6768 \c         mov     es,[bp + %$j + 2]
6769 \c         add     ax,[bx]
6770 \c
6771 \c endproc
6772
6773 This defines the same routine, conceptually, as the example in
6774 \k{16cmacro}: it defines a function taking two arguments, an integer
6775 and a pointer to an integer, which returns the sum of the integer
6776 and the contents of the pointer. The only difference between this
6777 code and the large-model C version is that \c{PASCAL} is defined
6778 instead of \c{FARCODE}, and that the arguments are declared in
6779 reverse order.
6780
6781
6782 \C{32bit} Writing 32-bit Code (Unix, Win32, DJGPP)
6783
6784 This chapter attempts to cover some of the common issues involved
6785 when writing 32-bit code, to run under \i{Win32} or Unix, or to be
6786 linked with C code generated by a Unix-style C compiler such as
6787 \i{DJGPP}. It covers how to write assembly code to interface with
6788 32-bit C routines, and how to write position-independent code for
6789 shared libraries.
6790
6791 Almost all 32-bit code, and in particular all code running under
6792 \c{Win32}, \c{DJGPP} or any of the PC Unix variants, runs in \I{flat
6793 memory model}\e{flat} memory model. This means that the segment registers
6794 and paging have already been set up to give you the same 32-bit 4Gb
6795 address space no matter what segment you work relative to, and that
6796 you should ignore all segment registers completely. When writing
6797 flat-model application code, you never need to use a segment
6798 override or modify any segment register, and the code-section
6799 addresses you pass to \c{CALL} and \c{JMP} live in the same address
6800 space as the data-section addresses you access your variables by and
6801 the stack-section addresses you access local variables and procedure
6802 parameters by. Every address is 32 bits long and contains only an
6803 offset part.
6804
6805
6806 \H{32c} Interfacing to 32-bit C Programs
6807
6808 A lot of the discussion in \k{16c}, about interfacing to 16-bit C
6809 programs, still applies when working in 32 bits. The absence of
6810 memory models or segmentation worries simplifies things a lot.
6811
6812
6813 \S{32cunder} External Symbol Names
6814
6815 Most 32-bit C compilers share the convention used by 16-bit
6816 compilers, that the names of all global symbols (functions or data)
6817 they define are formed by prefixing an underscore to the name as it
6818 appears in the C program. However, not all of them do: the \c{ELF}
6819 specification states that C symbols do \e{not} have a leading
6820 underscore on their assembly-language names.
6821
6822 The older Linux \c{a.out} C compiler, all \c{Win32} compilers,
6823 \c{DJGPP}, and \c{NetBSD} and \c{FreeBSD}, all use the leading
6824 underscore; for these compilers, the macros \c{cextern} and
6825 \c{cglobal}, as given in \k{16cunder}, will still work. For \c{ELF},
6826 though, the leading underscore should not be used.
6827
6828 See also \k{opt-pfix}.
6829
6830 \S{32cfunc} Function Definitions and Function Calls
6831
6832 \I{functions, C calling convention}The \i{C calling convention}
6833 in 32-bit programs is as follows. In the following description,
6834 the words \e{caller} and \e{callee} are used to denote
6835 the function doing the calling and the function which gets called.
6836
6837 \b The caller pushes the function's parameters on the stack, one
6838 after another, in reverse order (right to left, so that the first
6839 argument specified to the function is pushed last).
6840
6841 \b The caller then executes a near \c{CALL} instruction to pass
6842 control to the callee.
6843
6844 \b The callee receives control, and typically (although this is not
6845 actually necessary, in functions which do not need to access their
6846 parameters) starts by saving the value of \c{ESP} in \c{EBP} so as
6847 to be able to use \c{EBP} as a base pointer to find its parameters
6848 on the stack. However, the caller was probably doing this too, so
6849 part of the calling convention states that \c{EBP} must be preserved
6850 by any C function. Hence the callee, if it is going to set up
6851 \c{EBP} as a \i{frame pointer}, must push the previous value first.
6852
6853 \b The callee may then access its parameters relative to \c{EBP}.
6854 The doubleword at \c{[EBP]} holds the previous value of \c{EBP} as
6855 it was pushed; the next doubleword, at \c{[EBP+4]}, holds the return
6856 address, pushed implicitly by \c{CALL}. The parameters start after
6857 that, at \c{[EBP+8]}. The leftmost parameter of the function, since
6858 it was pushed last, is accessible at this offset from \c{EBP}; the
6859 others follow, at successively greater offsets. Thus, in a function
6860 such as \c{printf} which takes a variable number of parameters, the
6861 pushing of the parameters in reverse order means that the function
6862 knows where to find its first parameter, which tells it the number
6863 and type of the remaining ones.
6864
6865 \b The callee may also wish to decrease \c{ESP} further, so as to
6866 allocate space on the stack for local variables, which will then be
6867 accessible at negative offsets from \c{EBP}.
6868
6869 \b The callee, if it wishes to return a value to the caller, should
6870 leave the value in \c{AL}, \c{AX} or \c{EAX} depending on the size
6871 of the value. Floating-point results are typically returned in
6872 \c{ST0}.
6873
6874 \b Once the callee has finished processing, it restores \c{ESP} from
6875 \c{EBP} if it had allocated local stack space, then pops the previous
6876 value of \c{EBP}, and returns via \c{RET} (equivalently, \c{RETN}).
6877
6878 \b When the caller regains control from the callee, the function
6879 parameters are still on the stack, so it typically adds an immediate
6880 constant to \c{ESP} to remove them (instead of executing a number of
6881 slow \c{POP} instructions). Thus, if a function is accidentally
6882 called with the wrong number of parameters due to a prototype
6883 mismatch, the stack will still be returned to a sensible state since
6884 the caller, which \e{knows} how many parameters it pushed, does the
6885 removing.
6886
6887 There is an alternative calling convention used by Win32 programs
6888 for Windows API calls, and also for functions called \e{by} the
6889 Windows API such as window procedures: they follow what Microsoft
6890 calls the \c{__stdcall} convention. This is slightly closer to the
6891 Pascal convention, in that the callee clears the stack by passing a
6892 parameter to the \c{RET} instruction. However, the parameters are
6893 still pushed in right-to-left order.
6894
6895 Thus, you would define a function in C style in the following way:
6896
6897 \c global  _myfunc
6898 \c
6899 \c _myfunc:
6900 \c         push    ebp
6901 \c         mov     ebp,esp
6902 \c         sub     esp,0x40        ; 64 bytes of local stack space
6903 \c         mov     ebx,[ebp+8]     ; first parameter to function
6904 \c
6905 \c         ; some more code
6906 \c
6907 \c         leave                   ; mov esp,ebp / pop ebp
6908 \c         ret
6909
6910 At the other end of the process, to call a C function from your
6911 assembly code, you would do something like this:
6912
6913 \c extern  _printf
6914 \c
6915 \c         ; and then, further down...
6916 \c
6917 \c         push    dword [myint]   ; one of my integer variables
6918 \c         push    dword mystring  ; pointer into my data segment
6919 \c         call    _printf
6920 \c         add     esp,byte 8      ; `byte' saves space
6921 \c
6922 \c         ; then those data items...
6923 \c
6924 \c segment _DATA
6925 \c
6926 \c myint       dd   1234
6927 \c mystring    db   'This number -> %d <- should be 1234',10,0
6928
6929 This piece of code is the assembly equivalent of the C code
6930
6931 \c     int myint = 1234;
6932 \c     printf("This number -> %d <- should be 1234\n", myint);
6933
6934
6935 \S{32cdata} Accessing Data Items
6936
6937 To get at the contents of C variables, or to declare variables which
6938 C can access, you need only declare the names as \c{GLOBAL} or
6939 \c{EXTERN}. (Again, the names require leading underscores, as stated
6940 in \k{32cunder}.) Thus, a C variable declared as \c{int i} can be
6941 accessed from assembler as
6942
6943 \c           extern _i
6944 \c           mov eax,[_i]
6945
6946 And to declare your own integer variable which C programs can access
6947 as \c{extern int j}, you do this (making sure you are assembling in
6948 the \c{_DATA} segment, if necessary):
6949
6950 \c           global _j
6951 \c _j        dd 0
6952
6953 To access a C array, you need to know the size of the components of
6954 the array. For example, \c{int} variables are four bytes long, so if
6955 a C program declares an array as \c{int a[10]}, you can access
6956 \c{a[3]} by coding \c{mov ax,[_a+12]}. (The byte offset 12 is obtained
6957 by multiplying the desired array index, 3, by the size of the array
6958 element, 4.) The sizes of the C base types in 32-bit compilers are:
6959 1 for \c{char}, 2 for \c{short}, 4 for \c{int}, \c{long} and
6960 \c{float}, and 8 for \c{double}. Pointers, being 32-bit addresses,
6961 are also 4 bytes long.
6962
6963 To access a C \i{data structure}, you need to know the offset from
6964 the base of the structure to the field you are interested in. You
6965 can either do this by converting the C structure definition into a
6966 NASM structure definition (using \c{STRUC}), or by calculating the
6967 one offset and using just that.
6968
6969 To do either of these, you should read your C compiler's manual to
6970 find out how it organizes data structures. NASM gives no special
6971 alignment to structure members in its own \i\c{STRUC} macro, so you
6972 have to specify alignment yourself if the C compiler generates it.
6973 Typically, you might find that a structure like
6974
6975 \c struct {
6976 \c     char c;
6977 \c     int i;
6978 \c } foo;
6979
6980 might be eight bytes long rather than five, since the \c{int} field
6981 would be aligned to a four-byte boundary. However, this sort of
6982 feature is sometimes a configurable option in the C compiler, either
6983 using command-line options or \c{#pragma} lines, so you have to find
6984 out how your own compiler does it.
6985
6986
6987 \S{32cmacro} \i\c{c32.mac}: Helper Macros for the 32-bit C Interface
6988
6989 Included in the NASM archives, in the \I{misc directory}\c{misc}
6990 directory, is a file \c{c32.mac} of macros. It defines three macros:
6991 \i\c{proc}, \i\c{arg} and \i\c{endproc}. These are intended to be
6992 used for C-style procedure definitions, and they automate a lot of
6993 the work involved in keeping track of the calling convention.
6994
6995 An example of an assembly function using the macro set is given
6996 here:
6997
6998 \c proc    _proc32
6999 \c
7000 \c %$i     arg
7001 \c %$j     arg
7002 \c         mov     eax,[ebp + %$i]
7003 \c         mov     ebx,[ebp + %$j]
7004 \c         add     eax,[ebx]
7005 \c
7006 \c endproc
7007
7008 This defines \c{_proc32} to be a procedure taking two arguments, the
7009 first (\c{i}) an integer and the second (\c{j}) a pointer to an
7010 integer. It returns \c{i + *j}.
7011
7012 Note that the \c{arg} macro has an \c{EQU} as the first line of its
7013 expansion, and since the label before the macro call gets prepended
7014 to the first line of the expanded macro, the \c{EQU} works, defining
7015 \c{%$i} to be an offset from \c{BP}. A context-local variable is
7016 used, local to the context pushed by the \c{proc} macro and popped
7017 by the \c{endproc} macro, so that the same argument name can be used
7018 in later procedures. Of course, you don't \e{have} to do that.
7019
7020 \c{arg} can take an optional parameter, giving the size of the
7021 argument. If no size is given, 4 is assumed, since it is likely that
7022 many function parameters will be of type \c{int} or pointers.
7023
7024
7025 \H{picdll} Writing NetBSD/FreeBSD/OpenBSD and Linux/ELF \i{Shared
7026 Libraries}
7027
7028 \c{ELF} replaced the older \c{a.out} object file format under Linux
7029 because it contains support for \i{position-independent code}
7030 (\i{PIC}), which makes writing shared libraries much easier. NASM
7031 supports the \c{ELF} position-independent code features, so you can
7032 write Linux \c{ELF} shared libraries in NASM.
7033
7034 \i{NetBSD}, and its close cousins \i{FreeBSD} and \i{OpenBSD}, take
7035 a different approach by hacking PIC support into the \c{a.out}
7036 format. NASM supports this as the \i\c{aoutb} output format, so you
7037 can write \i{BSD} shared libraries in NASM too.
7038
7039 The operating system loads a PIC shared library by memory-mapping
7040 the library file at an arbitrarily chosen point in the address space
7041 of the running process. The contents of the library's code section
7042 must therefore not depend on where it is loaded in memory.
7043
7044 Therefore, you cannot get at your variables by writing code like
7045 this:
7046
7047 \c         mov     eax,[myvar]             ; WRONG
7048
7049 Instead, the linker provides an area of memory called the
7050 \i\e{global offset table}, or \i{GOT}; the GOT is situated at a
7051 constant distance from your library's code, so if you can find out
7052 where your library is loaded (which is typically done using a
7053 \c{CALL} and \c{POP} combination), you can obtain the address of the
7054 GOT, and you can then load the addresses of your variables out of
7055 linker-generated entries in the GOT.
7056
7057 The \e{data} section of a PIC shared library does not have these
7058 restrictions: since the data section is writable, it has to be
7059 copied into memory anyway rather than just paged in from the library
7060 file, so as long as it's being copied it can be relocated too. So
7061 you can put ordinary types of relocation in the data section without
7062 too much worry (but see \k{picglobal} for a caveat).
7063
7064
7065 \S{picgot} Obtaining the Address of the GOT
7066
7067 Each code module in your shared library should define the GOT as an
7068 external symbol:
7069
7070 \c extern  _GLOBAL_OFFSET_TABLE_   ; in ELF
7071 \c extern  __GLOBAL_OFFSET_TABLE_  ; in BSD a.out
7072
7073 At the beginning of any function in your shared library which plans
7074 to access your data or BSS sections, you must first calculate the
7075 address of the GOT. This is typically done by writing the function
7076 in this form:
7077
7078 \c func:   push    ebp
7079 \c         mov     ebp,esp
7080 \c         push    ebx
7081 \c         call    .get_GOT
7082 \c .get_GOT:
7083 \c         pop     ebx
7084 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-.get_GOT wrt ..gotpc
7085 \c
7086 \c         ; the function body comes here
7087 \c
7088 \c         mov     ebx,[ebp-4]
7089 \c         mov     esp,ebp
7090 \c         pop     ebp
7091 \c         ret
7092
7093 (For BSD, again, the symbol \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE} requires a
7094 second leading underscore.)
7095
7096 The first two lines of this function are simply the standard C
7097 prologue to set up a stack frame, and the last three lines are
7098 standard C function epilogue. The third line, and the fourth to last
7099 line, save and restore the \c{EBX} register, because PIC shared
7100 libraries use this register to store the address of the GOT.
7101
7102 The interesting bit is the \c{CALL} instruction and the following
7103 two lines. The \c{CALL} and \c{POP} combination obtains the address
7104 of the label \c{.get_GOT}, without having to know in advance where
7105 the program was loaded (since the \c{CALL} instruction is encoded
7106 relative to the current position). The \c{ADD} instruction makes use
7107 of one of the special PIC relocation types: \i{GOTPC relocation}.
7108 With the \i\c{WRT ..gotpc} qualifier specified, the symbol
7109 referenced (here \c{_GLOBAL_OFFSET_TABLE_}, the special symbol
7110 assigned to the GOT) is given as an offset from the beginning of the
7111 section. (Actually, \c{ELF} encodes it as the offset from the operand
7112 field of the \c{ADD} instruction, but NASM simplifies this
7113 deliberately, so you do things the same way for both \c{ELF} and
7114 \c{BSD}.) So the instruction then \e{adds} the beginning of the section,
7115 to get the real address of the GOT, and subtracts the value of
7116 \c{.get_GOT} which it knows is in \c{EBX}. Therefore, by the time
7117 that instruction has finished, \c{EBX} contains the address of the GOT.
7118
7119 If you didn't follow that, don't worry: it's never necessary to
7120 obtain the address of the GOT by any other means, so you can put
7121 those three instructions into a macro and safely ignore them:
7122
7123 \c %macro  get_GOT 0
7124 \c
7125 \c         call    %%getgot
7126 \c   %%getgot:
7127 \c         pop     ebx
7128 \c         add     ebx,_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+$$-%%getgot wrt ..gotpc
7129 \c
7130 \c %endmacro
7131
7132 \S{piclocal} Finding Your Local Data Items
7133
7134 Having got the GOT, you can then use it to obtain the addresses of
7135 your data items. Most variables will reside in the sections you have
7136 declared; they can be accessed using the \I{GOTOFF
7137 relocation}\c{..gotoff} special \I\c{WRT ..gotoff}\c{WRT} type. The
7138 way this works is like this:
7139
7140 \c         lea     eax,[ebx+myvar wrt ..gotoff]
7141
7142 The expression \c{myvar wrt ..gotoff} is calculated, when the shared
7143 library is linked, to be the offset to the local variable \c{myvar}
7144 from the beginning of the GOT. Therefore, adding it to \c{EBX} as
7145 above will place the real address of \c{myvar} in \c{EAX}.
7146
7147 If you declare variables as \c{GLOBAL} without specifying a size for
7148 them, they are shared between code modules in the library, but do
7149 not get exported from the library to the program that loaded it.
7150 They will still be in your ordinary data and BSS sections, so you
7151 can access them in the same way as local variables, using the above
7152 \c{..gotoff} mechanism.
7153
7154 Note that due to a peculiarity of the way BSD \c{a.out} format
7155 handles this relocation type, there must be at least one non-local
7156 symbol in the same section as the address you're trying to access.
7157
7158
7159 \S{picextern} Finding External and Common Data Items
7160
7161 If your library needs to get at an external variable (external to
7162 the \e{library}, not just to one of the modules within it), you must
7163 use the \I{GOT relocations}\I\c{WRT ..got}\c{..got} type to get at
7164 it. The \c{..got} type, instead of giving you the offset from the
7165 GOT base to the variable, gives you the offset from the GOT base to
7166 a GOT \e{entry} containing the address of the variable. The linker
7167 will set up this GOT entry when it builds the library, and the
7168 dynamic linker will place the correct address in it at load time. So
7169 to obtain the address of an external variable \c{extvar} in \c{EAX},
7170 you would code
7171
7172 \c         mov     eax,[ebx+extvar wrt ..got]
7173
7174 This loads the address of \c{extvar} out of an entry in the GOT. The
7175 linker, when it builds the shared library, collects together every
7176 relocation of type \c{..got}, and builds the GOT so as to ensure it
7177 has every necessary entry present.
7178
7179 Common variables must also be accessed in this way.
7180
7181
7182 \S{picglobal} Exporting Symbols to the Library User
7183
7184 If you want to export symbols to the user of the library, you have
7185 to declare whether they are functions or data, and if they are data,
7186 you have to give the size of the data item. This is because the
7187 dynamic linker has to build \I{PLT}\i{procedure linkage table}
7188 entries for any exported functions, and also moves exported data
7189 items away from the library's data section in which they were
7190 declared.
7191
7192 So to export a function to users of the library, you must use
7193
7194 \c global  func:function           ; declare it as a function
7195 \c
7196 \c func:   push    ebp
7197 \c
7198 \c         ; etc.
7199
7200 And to export a data item such as an array, you would have to code
7201
7202 \c global  array:data array.end-array      ; give the size too
7203 \c
7204 \c array:  resd    128
7205 \c .end:
7206
7207 Be careful: If you export a variable to the library user, by
7208 declaring it as \c{GLOBAL} and supplying a size, the variable will
7209 end up living in the data section of the main program, rather than
7210 in your library's data section, where you declared it. So you will
7211 have to access your own global variable with the \c{..got} mechanism
7212 rather than \c{..gotoff}, as if it were external (which,
7213 effectively, it has become).
7214
7215 Equally, if you need to store the address of an exported global in
7216 one of your data sections, you can't do it by means of the standard
7217 sort of code:
7218
7219 \c dataptr:        dd      global_data_item        ; WRONG
7220
7221 NASM will interpret this code as an ordinary relocation, in which
7222 \c{global_data_item} is merely an offset from the beginning of the
7223 \c{.data} section (or whatever); so this reference will end up
7224 pointing at your data section instead of at the exported global
7225 which resides elsewhere.
7226
7227 Instead of the above code, then, you must write
7228
7229 \c dataptr:        dd      global_data_item wrt ..sym
7230
7231 which makes use of the special \c{WRT} type \I\c{WRT ..sym}\c{..sym}
7232 to instruct NASM to search the symbol table for a particular symbol
7233 at that address, rather than just relocating by section base.
7234
7235 Either method will work for functions: referring to one of your
7236 functions by means of
7237
7238 \c funcptr:        dd      my_function
7239
7240 will give the user the address of the code you wrote, whereas
7241
7242 \c funcptr:        dd      my_function wrt .sym
7243
7244 will give the address of the procedure linkage table for the
7245 function, which is where the calling program will \e{believe} the
7246 function lives. Either address is a valid way to call the function.
7247
7248
7249 \S{picproc} Calling Procedures Outside the Library
7250
7251 Calling procedures outside your shared library has to be done by
7252 means of a \i\e{procedure linkage table}, or \i{PLT}. The PLT is
7253 placed at a known offset from where the library is loaded, so the
7254 library code can make calls to the PLT in a position-independent
7255 way. Within the PLT there is code to jump to offsets contained in
7256 the GOT, so function calls to other shared libraries or to routines
7257 in the main program can be transparently passed off to their real
7258 destinations.
7259
7260 To call an external routine, you must use another special PIC
7261 relocation type, \I{PLT relocations}\i\c{WRT ..plt}. This is much
7262 easier than the GOT-based ones: you simply replace calls such as
7263 \c{CALL printf} with the PLT-relative version \c{CALL printf WRT
7264 ..plt}.
7265
7266
7267 \S{link} Generating the Library File
7268
7269 Having written some code modules and assembled them to \c{.o} files,
7270 you then generate your shared library with a command such as
7271
7272 \c ld -shared -o library.so module1.o module2.o       # for ELF
7273 \c ld -Bshareable -o library.so module1.o module2.o   # for BSD
7274
7275 For ELF, if your shared library is going to reside in system
7276 directories such as \c{/usr/lib} or \c{/lib}, it is usually worth
7277 using the \i\c{-soname} flag to the linker, to store the final
7278 library file name, with a version number, into the library:
7279
7280 \c ld -shared -soname library.so.1 -o library.so.1.2 *.o
7281
7282 You would then copy \c{library.so.1.2} into the library directory,
7283 and create \c{library.so.1} as a symbolic link to it.
7284
7285
7286 \C{mixsize} Mixing 16 and 32 Bit Code
7287
7288 This chapter tries to cover some of the issues, largely related to
7289 unusual forms of addressing and jump instructions, encountered when
7290 writing operating system code such as protected-mode initialisation
7291 routines, which require code that operates in mixed segment sizes,
7292 such as code in a 16-bit segment trying to modify data in a 32-bit
7293 one, or jumps between different-size segments.
7294
7295
7296 \H{mixjump} Mixed-Size Jumps\I{jumps, mixed-size}
7297
7298 \I{operating system, writing}\I{writing operating systems}The most
7299 common form of \i{mixed-size instruction} is the one used when
7300 writing a 32-bit OS: having done your setup in 16-bit mode, such as
7301 loading the kernel, you then have to boot it by switching into
7302 protected mode and jumping to the 32-bit kernel start address. In a
7303 fully 32-bit OS, this tends to be the \e{only} mixed-size
7304 instruction you need, since everything before it can be done in pure
7305 16-bit code, and everything after it can be pure 32-bit.
7306
7307 This jump must specify a 48-bit far address, since the target
7308 segment is a 32-bit one. However, it must be assembled in a 16-bit
7309 segment, so just coding, for example,
7310
7311 \c         jmp     0x1234:0x56789ABC       ; wrong!
7312
7313 will not work, since the offset part of the address will be
7314 truncated to \c{0x9ABC} and the jump will be an ordinary 16-bit far
7315 one.
7316
7317 The Linux kernel setup code gets round the inability of \c{as86} to
7318 generate the required instruction by coding it manually, using
7319 \c{DB} instructions. NASM can go one better than that, by actually
7320 generating the right instruction itself. Here's how to do it right:
7321
7322 \c         jmp     dword 0x1234:0x56789ABC         ; right
7323
7324 \I\c{JMP DWORD}The \c{DWORD} prefix (strictly speaking, it should
7325 come \e{after} the colon, since it is declaring the \e{offset} field
7326 to be a doubleword; but NASM will accept either form, since both are
7327 unambiguous) forces the offset part to be treated as far, in the
7328 assumption that you are deliberately writing a jump from a 16-bit
7329 segment to a 32-bit one.
7330
7331 You can do the reverse operation, jumping from a 32-bit segment to a
7332 16-bit one, by means of the \c{WORD} prefix:
7333
7334 \c         jmp     word 0x8765:0x4321      ; 32 to 16 bit
7335
7336 If the \c{WORD} prefix is specified in 16-bit mode, or the \c{DWORD}
7337 prefix in 32-bit mode, they will be ignored, since each is
7338 explicitly forcing NASM into a mode it was in anyway.
7339
7340
7341 \H{mixaddr} Addressing Between Different-Size Segments\I{addressing,
7342 mixed-size}\I{mixed-size addressing}
7343
7344 If your OS is mixed 16 and 32-bit, or if you are writing a DOS
7345 extender, you are likely to have to deal with some 16-bit segments
7346 and some 32-bit ones. At some point, you will probably end up
7347 writing code in a 16-bit segment which has to access data in a
7348 32-bit segment, or vice versa.
7349
7350 If the data you are trying to access in a 32-bit segment lies within
7351 the first 64K of the segment, you may be able to get away with using
7352 an ordinary 16-bit addressing operation for the purpose; but sooner
7353 or later, you will want to do 32-bit addressing from 16-bit mode.
7354
7355 The easiest way to do this is to make sure you use a register for
7356 the address, since any effective address containing a 32-bit
7357 register is forced to be a 32-bit address. So you can do
7358
7359 \c         mov     eax,offset_into_32_bit_segment_specified_by_fs
7360 \c         mov     dword [fs:eax],0x11223344
7361
7362 This is fine, but slightly cumbersome (since it wastes an
7363 instruction and a register) if you already know the precise offset
7364 you are aiming at. The x86 architecture does allow 32-bit effective
7365 addresses to specify nothing but a 4-byte offset, so why shouldn't
7366 NASM be able to generate the best instruction for the purpose?
7367
7368 It can. As in \k{mixjump}, you need only prefix the address with the
7369 \c{DWORD} keyword, and it will be forced to be a 32-bit address:
7370
7371 \c         mov     dword [fs:dword my_offset],0x11223344
7372
7373 Also as in \k{mixjump}, NASM is not fussy about whether the
7374 \c{DWORD} prefix comes before or after the segment override, so
7375 arguably a nicer-looking way to code the above instruction is
7376
7377 \c         mov     dword [dword fs:my_offset],0x11223344
7378
7379 Don't confuse the \c{DWORD} prefix \e{outside} the square brackets,
7380 which controls the size of the data stored at the address, with the
7381 one \c{inside} the square brackets which controls the length of the
7382 address itself. The two can quite easily be different:
7383
7384 \c         mov     word [dword 0x12345678],0x9ABC
7385
7386 This moves 16 bits of data to an address specified by a 32-bit
7387 offset.
7388
7389 You can also specify \c{WORD} or \c{DWORD} prefixes along with the
7390 \c{FAR} prefix to indirect far jumps or calls. For example:
7391
7392 \c         call    dword far [fs:word 0x4321]
7393
7394 This instruction contains an address specified by a 16-bit offset;
7395 it loads a 48-bit far pointer from that (16-bit segment and 32-bit
7396 offset), and calls that address.
7397
7398
7399 \H{mixother} Other Mixed-Size Instructions
7400
7401 The other way you might want to access data might be using the
7402 string instructions (\c{LODSx}, \c{STOSx} and so on) or the
7403 \c{XLATB} instruction. These instructions, since they take no
7404 parameters, might seem to have no easy way to make them perform
7405 32-bit addressing when assembled in a 16-bit segment.
7406
7407 This is the purpose of NASM's \i\c{a16}, \i\c{a32} and \i\c{a64} prefixes. If
7408 you are coding \c{LODSB} in a 16-bit segment but it is supposed to
7409 be accessing a string in a 32-bit segment, you should load the
7410 desired address into \c{ESI} and then code
7411
7412 \c         a32     lodsb
7413
7414 The prefix forces the addressing size to 32 bits, meaning that
7415 \c{LODSB} loads from \c{[DS:ESI]} instead of \c{[DS:SI]}. To access
7416 a string in a 16-bit segment when coding in a 32-bit one, the
7417 corresponding \c{a16} prefix can be used.
7418
7419 The \c{a16}, \c{a32} and \c{a64} prefixes can be applied to any instruction
7420 in NASM's instruction table, but most of them can generate all the
7421 useful forms without them. The prefixes are necessary only for
7422 instructions with implicit addressing:
7423 \# \c{CMPSx} (\k{insCMPSB}),
7424 \# \c{SCASx} (\k{insSCASB}), \c{LODSx} (\k{insLODSB}), \c{STOSx}
7425 \# (\k{insSTOSB}), \c{MOVSx} (\k{insMOVSB}), \c{INSx} (\k{insINSB}),
7426 \# \c{OUTSx} (\k{insOUTSB}), and \c{XLATB} (\k{insXLATB}).
7427 \c{CMPSx}, \c{SCASx}, \c{LODSx}, \c{STOSx}, \c{MOVSx}, \c{INSx},
7428 \c{OUTSx}, and \c{XLATB}.
7429 Also, the
7430 various push and pop instructions (\c{PUSHA} and \c{POPF} as well as
7431 the more usual \c{PUSH} and \c{POP}) can accept \c{a16}, \c{a32} or \c{a64}
7432 prefixes to force a particular one of \c{SP}, \c{ESP} or \c{RSP} to be used
7433 as a stack pointer, in case the stack segment in use is a different
7434 size from the code segment.
7435
7436 \c{PUSH} and \c{POP}, when applied to segment registers in 32-bit
7437 mode, also have the slightly odd behaviour that they push and pop 4
7438 bytes at a time, of which the top two are ignored and the bottom two
7439 give the value of the segment register being manipulated. To force
7440 the 16-bit behaviour of segment-register push and pop instructions,
7441 you can use the operand-size prefix \i\c{o16}:
7442
7443 \c         o16 push    ss
7444 \c         o16 push    ds
7445
7446 This code saves a doubleword of stack space by fitting two segment
7447 registers into the space which would normally be consumed by pushing
7448 one.
7449
7450 (You can also use the \i\c{o32} prefix to force the 32-bit behaviour
7451 when in 16-bit mode, but this seems less useful.)
7452
7453
7454 \C{64bit} Writing 64-bit Code (Unix, Win64)
7455
7456 This chapter attempts to cover some of the common issues involved when
7457 writing 64-bit code, to run under \i{Win64} or Unix.  It covers how to
7458 write assembly code to interface with 64-bit C routines, and how to
7459 write position-independent code for shared libraries.
7460
7461 All 64-bit code uses a flat memory model, since segmentation is not
7462 available in 64-bit mode.  The one exception is the \c{FS} and \c{GS}
7463 registers, which still add their bases.
7464
7465 Position independence in 64-bit mode is significantly simpler, since
7466 the processor supports \c{RIP}-relative addressing directly; see the
7467 \c{REL} keyword (\k{effaddr}).  On most 64-bit platforms, it is
7468 probably desirable to make that the default, using the directive
7469 \c{DEFAULT REL} (\k{default}).
7470
7471 64-bit programming is relatively similar to 32-bit programming, but
7472 of course pointers are 64 bits long; additionally, all existing
7473 platforms pass arguments in registers rather than on the stack.
7474 Furthermore, 64-bit platforms use SSE2 by default for floating point.
7475 Please see the ABI documentation for your platform.
7476
7477 64-bit platforms differ in the sizes of the fundamental datatypes, not
7478 just from 32-bit platforms but from each other.  If a specific size
7479 data type is desired, it is probably best to use the types defined in
7480 the Standard C header \c{<inttypes.h>}.
7481
7482 In 64-bit mode, the default instruction size is still 32 bits.  When
7483 loading a value into a 32-bit register (but not an 8- or 16-bit
7484 register), the upper 32 bits of the corresponding 64-bit register are
7485 set to zero.
7486
7487 \H{reg64} Register Names in 64-bit Mode
7488
7489 NASM uses the following names for general-purpose registers in 64-bit
7490 mode, for 8-, 16-, 32- and 64-bit references, respecitively:
7491
7492 \c      AL/AH, CL/CH, DL/DH, BL/BH, SPL, BPL, SIL, DIL, R8B-R15B
7493 \c      AX, CX, DX, BX, SP, BP, SI, DI, R8W-R15W
7494 \c      EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, R8D-R15D
7495 \c      RAX, RCX, RDX, RBX, RSP, RBP, RSI, RDI, R8-R15
7496
7497 This is consistent with the AMD documentation and most other
7498 assemblers.  The Intel documentation, however, uses the names
7499 \c{R8L-R15L} for 8-bit references to the higher registers.  It is
7500 possible to use those names by definiting them as macros; similarly,
7501 if one wants to use numeric names for the low 8 registers, define them
7502 as macros.  The standard macro package \c{altreg} (see \k{pkg_altreg})
7503 can be used for this purpose.
7504
7505 \H{id64} Immediates and Displacements in 64-bit Mode
7506
7507 In 64-bit mode, immediates and displacements are generally only 32
7508 bits wide.  NASM will therefore truncate most displacements and
7509 immediates to 32 bits.
7510
7511 The only instruction which takes a full \i{64-bit immediate} is:
7512
7513 \c      MOV reg64,imm64
7514
7515 NASM will produce this instruction whenever the programmer uses
7516 \c{MOV} with an immediate into a 64-bit register.  If this is not
7517 desirable, simply specify the equivalent 32-bit register, which will
7518 be automatically zero-extended by the processor, or specify the
7519 immediate as \c{DWORD}:
7520
7521 \c      mov rax,foo             ; 64-bit immediate
7522 \c      mov rax,qword foo       ; (identical)
7523 \c      mov eax,foo             ; 32-bit immediate, zero-extended
7524 \c      mov rax,dword foo       ; 32-bit immediate, sign-extended
7525
7526 The length of these instructions are 10, 5 and 7 bytes, respectively.
7527
7528 The only instructions which take a full \I{64-bit displacement}64-bit
7529 \e{displacement} is loading or storing, using \c{MOV}, \c{AL}, \c{AX},
7530 \c{EAX} or \c{RAX} (but no other registers) to an absolute 64-bit address.
7531 Since this is a relatively rarely used instruction (64-bit code generally uses
7532 relative addressing), the programmer has to explicitly declare the
7533 displacement size as \c{QWORD}:
7534
7535 \c      default abs
7536 \c
7537 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit absolute disp, sign-extended
7538 \c      mov eax,[a32 foo]       ; 32-bit absolute disp, zero-extended
7539 \c      mov eax,[qword foo]     ; 64-bit absolute disp
7540 \c
7541 \c      default rel
7542 \c
7543 \c      mov eax,[foo]           ; 32-bit relative disp
7544 \c      mov eax,[a32 foo]       ; d:o, address truncated to 32 bits(!)
7545 \c      mov eax,[qword foo]     ; error
7546 \c      mov eax,[abs qword foo] ; 64-bit absolute disp
7547
7548 A sign-extended absolute displacement can access from -2 GB to +2 GB;
7549 a zero-extended absolute displacement can access from 0 to 4 GB.
7550
7551 \H{unix64} Interfacing to 64-bit C Programs (Unix)
7552
7553 On Unix, the 64-bit ABI is defined by the document:
7554
7555 \W{http://www.nasm.us/links/unix64abi}\c{http://www.nasm.us/links/unix64abi}
7556
7557 Although written for AT&T-syntax assembly, the concepts apply equally
7558 well for NASM-style assembly.  What follows is a simplified summary.
7559
7560 The first six integer arguments (from the left) are passed in \c{RDI},
7561 \c{RSI}, \c{RDX}, \c{RCX}, \c{R8}, and \c{R9}, in that order.
7562 Additional integer arguments are passed on the stack.  These
7563 registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and \c{R11} are destroyed by function
7564 calls, and thus are available for use by the function without saving.
7565
7566 Integer return values are passed in \c{RAX} and \c{RDX}, in that order.
7567
7568 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7569 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM7};
7570 return is \c{XMM0} and \c{XMM1}.  \c{long double} are passed on the
7571 stack, and returned in \c{ST0} and \c{ST1}.
7572
7573 All SSE and x87 registers are destroyed by function calls.
7574
7575 On 64-bit Unix, \c{long} is 64 bits.
7576
7577 Integer and SSE register arguments are counted separately, so for the case of
7578
7579 \c      void foo(long a, double b, int c)
7580
7581 \c{a} is passed in \c{RDI}, \c{b} in \c{XMM0}, and \c{c} in \c{ESI}.
7582
7583 \H{win64} Interfacing to 64-bit C Programs (Win64)
7584
7585 The Win64 ABI is described at:
7586
7587 \W{http://www.nasm.us/links/win64abi}\c{http://www.nasm.us/links/win64abi}
7588
7589 What follows is a simplified summary.
7590
7591 The first four integer arguments are passed in \c{RCX}, \c{RDX},
7592 \c{R8} and \c{R9}, in that order.  Additional integer arguments are
7593 passed on the stack.  These registers, plus \c{RAX}, \c{R10} and
7594 \c{R11} are destroyed by function calls, and thus are available for
7595 use by the function without saving.
7596
7597 Integer return values are passed in \c{RAX} only.
7598
7599 Floating point is done using SSE registers, except for \c{long
7600 double}.  Floating-point arguments are passed in \c{XMM0} to \c{XMM3};
7601 return is \c{XMM0} only.
7602
7603 On Win64, \c{long} is 32 bits; \c{long long} or \c{_int64} is 64 bits.
7604
7605 Integer and SSE register arguments are counted together, so for the case of
7606
7607 \c      void foo(long long a, double b, int c)
7608
7609 \c{a} is passed in \c{RCX}, \c{b} in \c{XMM1}, and \c{c} in \c{R8D}.
7610
7611 \C{trouble} Troubleshooting
7612
7613 This chapter describes some of the common problems that users have
7614 been known to encounter with NASM, and answers them. It also gives
7615 instructions for reporting bugs in NASM if you find a difficulty
7616 that isn't listed here.
7617
7618
7619 \H{problems} Common Problems
7620
7621 \S{inefficient} NASM Generates \i{Inefficient Code}
7622
7623 We sometimes get `bug' reports about NASM generating inefficient, or
7624 even `wrong', code on instructions such as \c{ADD ESP,8}. This is a
7625 deliberate design feature, connected to predictability of output:
7626 NASM, on seeing \c{ADD ESP,8}, will generate the form of the
7627 instruction which leaves room for a 32-bit offset. You need to code
7628 \I\c{BYTE}\c{ADD ESP,BYTE 8} if you want the space-efficient form of
7629 the instruction. This isn't a bug, it's user error: if you prefer to
7630 have NASM produce the more efficient code automatically enable
7631 optimization with the \c{-O} option (see \k{opt-O}).
7632
7633
7634 \S{jmprange} My Jumps are Out of Range\I{out of range, jumps}
7635
7636 Similarly, people complain that when they issue \i{conditional
7637 jumps} (which are \c{SHORT} by default) that try to jump too far,
7638 NASM reports `short jump out of range' instead of making the jumps
7639 longer.
7640
7641 This, again, is partly a predictability issue, but in fact has a
7642 more practical reason as well. NASM has no means of being told what
7643 type of processor the code it is generating will be run on; so it
7644 cannot decide for itself that it should generate \i\c{Jcc NEAR} type
7645 instructions, because it doesn't know that it's working for a 386 or
7646 above. Alternatively, it could replace the out-of-range short
7647 \c{JNE} instruction with a very short \c{JE} instruction that jumps
7648 over a \c{JMP NEAR}; this is a sensible solution for processors
7649 below a 386, but hardly efficient on processors which have good
7650 branch prediction \e{and} could have used \c{JNE NEAR} instead. So,
7651 once again, it's up to the user, not the assembler, to decide what
7652 instructions should be generated. See \k{opt-O}.
7653
7654
7655 \S{proborg} \i\c{ORG} Doesn't Work
7656
7657 People writing \i{boot sector} programs in the \c{bin} format often
7658 complain that \c{ORG} doesn't work the way they'd like: in order to
7659 place the \c{0xAA55} signature word at the end of a 512-byte boot
7660 sector, people who are used to MASM tend to code
7661
7662 \c         ORG 0
7663 \c
7664 \c         ; some boot sector code
7665 \c
7666 \c         ORG 510
7667 \c         DW 0xAA55
7668
7669 This is not the intended use of the \c{ORG} directive in NASM, and
7670 will not work. The correct way to solve this problem in NASM is to
7671 use the \i\c{TIMES} directive, like this:
7672
7673 \c         ORG 0
7674 \c
7675 \c         ; some boot sector code
7676 \c
7677 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7678 \c         DW 0xAA55
7679
7680 The \c{TIMES} directive will insert exactly enough zero bytes into
7681 the output to move the assembly point up to 510. This method also
7682 has the advantage that if you accidentally fill your boot sector too
7683 full, NASM will catch the problem at assembly time and report it, so
7684 you won't end up with a boot sector that you have to disassemble to
7685 find out what's wrong with it.
7686
7687
7688 \S{probtimes} \i\c{TIMES} Doesn't Work
7689
7690 The other common problem with the above code is people who write the
7691 \c{TIMES} line as
7692
7693 \c         TIMES 510-$ DB 0
7694
7695 by reasoning that \c{$} should be a pure number, just like 510, so
7696 the difference between them is also a pure number and can happily be
7697 fed to \c{TIMES}.
7698
7699 NASM is a \e{modular} assembler: the various component parts are
7700 designed to be easily separable for re-use, so they don't exchange
7701 information unnecessarily. In consequence, the \c{bin} output
7702 format, even though it has been told by the \c{ORG} directive that
7703 the \c{.text} section should start at 0, does not pass that
7704 information back to the expression evaluator. So from the
7705 evaluator's point of view, \c{$} isn't a pure number: it's an offset
7706 from a section base. Therefore the difference between \c{$} and 510
7707 is also not a pure number, but involves a section base. Values
7708 involving section bases cannot be passed as arguments to \c{TIMES}.
7709
7710 The solution, as in the previous section, is to code the \c{TIMES}
7711 line in the form
7712
7713 \c         TIMES 510-($-$$) DB 0
7714
7715 in which \c{$} and \c{$$} are offsets from the same section base,
7716 and so their difference is a pure number. This will solve the
7717 problem and generate sensible code.
7718
7719
7720 \H{bugs} \i{Bugs}\I{reporting bugs}
7721
7722 We have never yet released a version of NASM with any \e{known}
7723 bugs. That doesn't usually stop there being plenty we didn't know
7724 about, though. Any that you find should be reported firstly via the
7725 \i\c{bugtracker} at
7726 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7727 (click on "Bug Tracker"), or if that fails then through one of the
7728 contacts in \k{contact}.
7729
7730 Please read \k{qstart} first, and don't report the bug if it's
7731 listed in there as a deliberate feature. (If you think the feature
7732 is badly thought out, feel free to send us reasons why you think it
7733 should be changed, but don't just send us mail saying `This is a
7734 bug' if the documentation says we did it on purpose.) Then read
7735 \k{problems}, and don't bother reporting the bug if it's listed
7736 there.
7737
7738 If you do report a bug, \e{please} give us all of the following
7739 information:
7740
7741 \b What operating system you're running NASM under. DOS, Linux,
7742 NetBSD, Win16, Win32, VMS (I'd be impressed), whatever.
7743
7744 \b If you're running NASM under DOS or Win32, tell us whether you've
7745 compiled your own executable from the DOS source archive, or whether
7746 you were using the standard distribution binaries out of the
7747 archive. If you were using a locally built executable, try to
7748 reproduce the problem using one of the standard binaries, as this
7749 will make it easier for us to reproduce your problem prior to fixing
7750 it.
7751
7752 \b Which version of NASM you're using, and exactly how you invoked
7753 it. Give us the precise command line, and the contents of the
7754 \c{NASMENV} environment variable if any.
7755
7756 \b Which versions of any supplementary programs you're using, and
7757 how you invoked them. If the problem only becomes visible at link
7758 time, tell us what linker you're using, what version of it you've
7759 got, and the exact linker command line. If the problem involves
7760 linking against object files generated by a compiler, tell us what
7761 compiler, what version, and what command line or options you used.
7762 (If you're compiling in an IDE, please try to reproduce the problem
7763 with the command-line version of the compiler.)
7764
7765 \b If at all possible, send us a NASM source file which exhibits the
7766 problem. If this causes copyright problems (e.g. you can only
7767 reproduce the bug in restricted-distribution code) then bear in mind
7768 the following two points: firstly, we guarantee that any source code
7769 sent to us for the purposes of debugging NASM will be used \e{only}
7770 for the purposes of debugging NASM, and that we will delete all our
7771 copies of it as soon as we have found and fixed the bug or bugs in
7772 question; and secondly, we would prefer \e{not} to be mailed large
7773 chunks of code anyway. The smaller the file, the better. A
7774 three-line sample file that does nothing useful \e{except}
7775 demonstrate the problem is much easier to work with than a
7776 fully fledged ten-thousand-line program. (Of course, some errors
7777 \e{do} only crop up in large files, so this may not be possible.)
7778
7779 \b A description of what the problem actually \e{is}. `It doesn't
7780 work' is \e{not} a helpful description! Please describe exactly what
7781 is happening that shouldn't be, or what isn't happening that should.
7782 Examples might be: `NASM generates an error message saying Line 3
7783 for an error that's actually on Line 5'; `NASM generates an error
7784 message that I believe it shouldn't be generating at all'; `NASM
7785 fails to generate an error message that I believe it \e{should} be
7786 generating'; `the object file produced from this source code crashes
7787 my linker'; `the ninth byte of the output file is 66 and I think it
7788 should be 77 instead'.
7789
7790 \b If you believe the output file from NASM to be faulty, send it to
7791 us. That allows us to determine whether our own copy of NASM
7792 generates the same file, or whether the problem is related to
7793 portability issues between our development platforms and yours. We
7794 can handle binary files mailed to us as MIME attachments, uuencoded,
7795 and even BinHex. Alternatively, we may be able to provide an FTP
7796 site you can upload the suspect files to; but mailing them is easier
7797 for us.
7798
7799 \b Any other information or data files that might be helpful. If,
7800 for example, the problem involves NASM failing to generate an object
7801 file while TASM can generate an equivalent file without trouble,
7802 then send us \e{both} object files, so we can see what TASM is doing
7803 differently from us.
7804
7805
7806 \A{ndisasm} \i{Ndisasm}
7807
7808                   The Netwide Disassembler, NDISASM
7809
7810 \H{ndisintro} Introduction
7811
7812
7813 The Netwide Disassembler is a small companion program to the Netwide
7814 Assembler, NASM. It seemed a shame to have an x86 assembler,
7815 complete with a full instruction table, and not make as much use of
7816 it as possible, so here's a disassembler which shares the
7817 instruction table (and some other bits of code) with NASM.
7818
7819 The Netwide Disassembler does nothing except to produce
7820 disassemblies of \e{binary} source files. NDISASM does not have any
7821 understanding of object file formats, like \c{objdump}, and it will
7822 not understand \c{DOS .EXE} files like \c{debug} will. It just
7823 disassembles.
7824
7825
7826 \H{ndisstart} Getting Started: Installation
7827
7828 See \k{install} for installation instructions. NDISASM, like NASM,
7829 has a \c{man page} which you may want to put somewhere useful, if you
7830 are on a Unix system.
7831
7832
7833 \H{ndisrun} Running NDISASM
7834
7835 To disassemble a file, you will typically use a command of the form
7836
7837 \c        ndisasm -b {16|32|64} filename
7838
7839 NDISASM can disassemble 16-, 32- or 64-bit code equally easily,
7840 provided of course that you remember to specify which it is to work
7841 with. If no \i\c{-b} switch is present, NDISASM works in 16-bit mode
7842 by default. The \i\c{-u} switch (for USE32) also invokes 32-bit mode.
7843
7844 Two more command line options are \i\c{-r} which reports the version
7845 number of NDISASM you are running, and \i\c{-h} which gives a short
7846 summary of command line options.
7847
7848
7849 \S{ndiscom} COM Files: Specifying an Origin
7850
7851 To disassemble a \c{DOS .COM} file correctly, a disassembler must assume
7852 that the first instruction in the file is loaded at address \c{0x100},
7853 rather than at zero. NDISASM, which assumes by default that any file
7854 you give it is loaded at zero, will therefore need to be informed of
7855 this.
7856
7857 The \i\c{-o} option allows you to declare a different origin for the
7858 file you are disassembling. Its argument may be expressed in any of
7859 the NASM numeric formats: decimal by default, if it begins with `\c{$}'
7860 or `\c{0x}' or ends in `\c{H}' it's \c{hex}, if it ends in `\c{Q}' it's
7861 \c{octal}, and if it ends in `\c{B}' it's \c{binary}.
7862
7863 Hence, to disassemble a \c{.COM} file:
7864
7865 \c        ndisasm -o100h filename.com
7866
7867 will do the trick.
7868
7869
7870 \S{ndissync} Code Following Data: Synchronisation
7871
7872 Suppose you are disassembling a file which contains some data which
7873 isn't machine code, and \e{then} contains some machine code. NDISASM
7874 will faithfully plough through the data section, producing machine
7875 instructions wherever it can (although most of them will look
7876 bizarre, and some may have unusual prefixes, e.g. `\c{FS OR AX,0x240A}'),
7877 and generating `DB' instructions ever so often if it's totally stumped.
7878 Then it will reach the code section.
7879
7880 Supposing NDISASM has just finished generating a strange machine
7881 instruction from part of the data section, and its file position is
7882 now one byte \e{before} the beginning of the code section. It's
7883 entirely possible that another spurious instruction will get
7884 generated, starting with the final byte of the data section, and
7885 then the correct first instruction in the code section will not be
7886 seen because the starting point skipped over it. This isn't really
7887 ideal.
7888
7889 To avoid this, you can specify a `\i\c{synchronisation}' point, or indeed
7890 as many synchronisation points as you like (although NDISASM can
7891 only handle 2147483647 sync points internally). The definition of a sync
7892 point is this: NDISASM guarantees to hit sync points exactly during
7893 disassembly. If it is thinking about generating an instruction which
7894 would cause it to jump over a sync point, it will discard that
7895 instruction and output a `\c{db}' instead. So it \e{will} start
7896 disassembly exactly from the sync point, and so you \e{will} see all
7897 the instructions in your code section.
7898
7899 Sync points are specified using the \i\c{-s} option: they are measured
7900 in terms of the program origin, not the file position. So if you
7901 want to synchronize after 32 bytes of a \c{.COM} file, you would have to
7902 do
7903
7904 \c        ndisasm -o100h -s120h file.com
7905
7906 rather than
7907
7908 \c        ndisasm -o100h -s20h file.com
7909
7910 As stated above, you can specify multiple sync markers if you need
7911 to, just by repeating the \c{-s} option.
7912
7913
7914 \S{ndisisync} Mixed Code and Data: Automatic (Intelligent) Synchronisation
7915 \I\c{auto-sync}
7916
7917 Suppose you are disassembling the boot sector of a \c{DOS} floppy (maybe
7918 it has a virus, and you need to understand the virus so that you
7919 know what kinds of damage it might have done you). Typically, this
7920 will contain a \c{JMP} instruction, then some data, then the rest of the
7921 code. So there is a very good chance of NDISASM being \e{misaligned}
7922 when the data ends and the code begins. Hence a sync point is
7923 needed.
7924
7925 On the other hand, why should you have to specify the sync point
7926 manually? What you'd do in order to find where the sync point would
7927 be, surely, would be to read the \c{JMP} instruction, and then to use
7928 its target address as a sync point. So can NDISASM do that for you?
7929
7930 The answer, of course, is yes: using either of the synonymous
7931 switches \i\c{-a} (for automatic sync) or \i\c{-i} (for intelligent
7932 sync) will enable \c{auto-sync} mode. Auto-sync mode automatically
7933 generates a sync point for any forward-referring PC-relative jump or
7934 call instruction that NDISASM encounters. (Since NDISASM is one-pass,
7935 if it encounters a PC-relative jump whose target has already been
7936 processed, there isn't much it can do about it...)
7937
7938 Only PC-relative jumps are processed, since an absolute jump is
7939 either through a register (in which case NDISASM doesn't know what
7940 the register contains) or involves a segment address (in which case
7941 the target code isn't in the same segment that NDISASM is working
7942 in, and so the sync point can't be placed anywhere useful).
7943
7944 For some kinds of file, this mechanism will automatically put sync
7945 points in all the right places, and save you from having to place
7946 any sync points manually. However, it should be stressed that
7947 auto-sync mode is \e{not} guaranteed to catch all the sync points, and
7948 you may still have to place some manually.
7949
7950 Auto-sync mode doesn't prevent you from declaring manual sync
7951 points: it just adds automatically generated ones to the ones you
7952 provide. It's perfectly feasible to specify \c{-i} \e{and} some \c{-s}
7953 options.
7954
7955 Another caveat with auto-sync mode is that if, by some unpleasant
7956 fluke, something in your data section should disassemble to a
7957 PC-relative call or jump instruction, NDISASM may obediently place a
7958 sync point in a totally random place, for example in the middle of
7959 one of the instructions in your code section. So you may end up with
7960 a wrong disassembly even if you use auto-sync. Again, there isn't
7961 much I can do about this. If you have problems, you'll have to use
7962 manual sync points, or use the \c{-k} option (documented below) to
7963 suppress disassembly of the data area.
7964
7965
7966 \S{ndisother} Other Options
7967
7968 The \i\c{-e} option skips a header on the file, by ignoring the first N
7969 bytes. This means that the header is \e{not} counted towards the
7970 disassembly offset: if you give \c{-e10 -o10}, disassembly will start
7971 at byte 10 in the file, and this will be given offset 10, not 20.
7972
7973 The \i\c{-k} option is provided with two comma-separated numeric
7974 arguments, the first of which is an assembly offset and the second
7975 is a number of bytes to skip. This \e{will} count the skipped bytes
7976 towards the assembly offset: its use is to suppress disassembly of a
7977 data section which wouldn't contain anything you wanted to see
7978 anyway.
7979
7980
7981 \H{ndisbugs} Bugs and Improvements
7982
7983 There are no known bugs. However, any you find, with patches if
7984 possible, should be sent to
7985 \W{mailto:nasm-bugs@lists.sourceforge.net}\c{nasm-bugs@lists.sourceforge.net}, or to the
7986 developer's site at
7987 \W{http://www.nasm.us/}\c{http://www.nasm.us/}
7988 and we'll try to fix them. Feel free to send contributions and
7989 new features as well.
7990
7991 \A{inslist} \i{Instruction List}
7992
7993 \H{inslistintro} Introduction
7994
7995 The following sections show the instructions which NASM currently supports. For each
7996 instruction, there is a separate entry for each supported addressing mode. The third
7997 column shows the processor type in which the instruction was introduced and,
7998  when appropriate, one or more usage flags.
7999
8000 \& inslist.src
8001
8002 \A{changelog} \i{NASM Version History}
8003
8004 \& changes.src
8005