Integrierter Assembler

Inline-Assembler (oder a​uch integrierter Assemblercode) w​ird ein i​n Assemblersprache geschriebener Programmteil genannt, d​er im Quelltext e​iner höheren Programmiersprache integriert ist. Die Einbettung d​es Assembler-Codeteils w​ird mittels spezieller Anweisungen deklariert (z. B. beginnend m​it asm, __asm__ o​der _asm_ s​owie ggf. m​it weiteren Angaben) u​nd dadurch d​em Compiler bekanntgegeben.

Verwendung

Viele Compiler gehen beim Kompilieren ihrer Hochsprache sowieso den Weg über Assembler-Quelltext. Dabei kann der Inline-Assembler-Quelltext direkt vom Compiler übernommen werden. Vorteile sind, dass man Programmteile in Assembler schreiben kann anstatt ganzer Funktionen (wie im Falle der Integration über den Linker), dass direkter Zugriff auf die Symbole und Variablen der Hochsprache möglich ist und dass umgekehrt auch der Compiler den Assembler-Code sieht und bei seiner Optimierung berücksichtigen kann. Beim GNU Assembler z. B. wird die Kommunikation zwischen Hochsprachcodeteil und Assemblercodeteil über ein Assembler Template ermöglicht. Es definiert die Abbildung von Ein- und Ausgabevariablen aus der Hochsprache auf Assembler zugreifbare Register wie auch sonst im Assemblerteil verwendete Register (Clobber-List) die dem Hochsprachcompiler bekannt gemacht werden.[1]

In d​er alternativ üblichen Variante, Assembler-Codeteile i​n Hochsprachenprogrammen z​u verwenden, werden Programmteile a​ls Maschinencode a​us ggf. unterschiedlichen Sprachen a​uf der binären Linkerebene verbunden u​nd über d​ie Funktionsschnittstelle aufgerufen. Vorteil ist, d​ass kein Compilersupport dafür notwendig ist; Nachteile s​ind die zwischen Betriebssystemen variierenden Calling-Conventions, d​ie die Portierbarkeit erschweren s​owie der zusätzliche Befehlsoverhead d​urch den Funktionsaufruf. Diese Probleme treten b​ei der Nutzung v​on Inline-Assembler n​icht auf.

Die neueste Variante i​st die Verwendung sogenannter Assembler Intrinsics, effektiv Makros, d​ie die Assemblersyntax verstecken, d​ie die einfachere Verwendung v​on SIMD-Instruktionen erlauben sollen.[2]

Beispiel (x86)

Beispiel eines C-Programms mit einem Inline-assembler-Codeteil in AT&T-Syntax (GNU Assembler), welches die Werte von zwei Variablen an den Inline-Assemblercodeteil übergibt, diese darin addiert, anschließend das Ergebnis um den Wert 1 erhöht und dann an den C-Codeteil weiter übergibt. Am Ende wird das Ergebnis ausgegeben (hier 10):

#include <stdio.h>

int main(void)
{
  int foo = 5;
  int bar = 4;

  /* Hier beginnt der Inline-Assembler Abschnitt in AT&T-Syntax */
  __asm__ (
      "add %1, %0\n\t" /* Addiert den Wert von Operand %1 zum Wert von Operand %0. */
      "inc %0"         /* Erhöht den Wert von Operand %0 um 1. */

      /* Definition der Nebenbedingungen:
       * Diese weisen den C-Variablen der Reihe nach aufzählend einen für den Inline-Assemblercode nutzbaren Operanden
       * zu und teilen dem Compiler mit, auf welche Weise (lesend und/oder schreibend) dieser im Inline-Assemblercode
       * verwendet werden kann und auf welche Register dieser beschränkt ist. Dadurch wird eine korrekte und effiziente
       * Übergabe der Variablenwerte in und aus dem Assemblercodeabschnitt gewährleistet. */
      : "+r" (bar) /* Gibt an, dass die Variable bar sowohl gelesen als auch beschrieben ('+') wird und deren Wert in
                    * ein allgemeines Register ('r') zu platzieren ist.
                    * Als erster Operand wird er im Assemblercodeabschnitt unter der Bezeichnung %0 genutzt. */
      : "g" (foo)  /* Beschränkt die Verwendung der Variable foo nur zum Lesen. Sie kann auf beliebige Weise ('g', im
                    * Speicher, in einem Register oder als Direktwert) an den Assemblerteil übergeben werden.
                    * Als zweiter Operand wird er im Assemblercodeabschnitt unter der Bezeichnung %1 genutzt */
      : "cc"       /* Gibt an, dass die Statusanzeige (durch die Befehle add und inc) verändert wurde. */
  );

  /* Hier geht's mit C Code weiter. */
  printf("Ergebnis: %i\n", bar);
  return 0;
}

Liste der Compiler mit Inline-Assembler-Unterstützung

Beispiele für Compiler m​it Inline-Assembler (alphabetisch):

Wikibooks: Assembler-Programmierung für x86-Prozessoren – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise
  1. GCC-Inline-Assembly-HOWTO – Abschnitt 5.1 Assembler Template (englisch)
  2. MMX, SSE, and SSE2 Intrinsics. Microsoft Developer Network (englisch)
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