GCC 內嵌匯編完整指南：語法、約束與實戰案例

GCC 內嵌匯編允許在 C 代碼中直接編寫匯編指令，並自動處理 C 變量與寄存器/內存操作數的關聯。本文系統梳理語法規則、約束字符、操作數對應關係，並通過實例演示常用模式。

基本語法結構

__asm__ [__volatile__] (assem_template
    : output_operands   /* 輸出部分 */
    : input_operands    /* 輸入部分 */
    : clobbers          /* 破壞描述部分 */
);

• __volatile__：禁止編譯器優化/重排序，確保指令按序執行
• 四部分用冒號分隔，可為空但冒號不能省略
• 模板中指令用 ;\n\t 分隔

操作數占位符與約束

占位符 %0~%9 對應冒號後的 C 表達式（按輸出優先、輸入其次順序編號）。每個操作數前有約束字符串：

實戰案例

1. 簡單指令：hlt

__asm__ __volatile__("hlt");

2. 變量賦值：movl %1, %0

int result, input = 42;
__asm__ __volatile__("movl %1, %0" : "=r" (result) : "r" (input));
// 等價於 result = input;

3. 內存操作：btsl 設置位

static inline void __set_bit(int nr, volatile void *addr)
{
    __asm__("btsl %1, %0"
            : "=m" (*(volatile long *)addr)  // 輸出：內存地址
            : "Ir" (nr));                     // 輸入：立即數或寄存器
}

btsl 不允許雙操作數均為內存，故 nr 用 Ir 強制為立即數/寄存器。

4. 讀取標志寄存器

unsigned long flags;
__asm__ __volatile__("pushfl; popl %0" : "=g" (flags) : : "memory");
// "memory" 告訴編譯器內存可能被修改，防止優化導致錯誤

5. 字節操作：%b0、%h0

char low_byte, high_byte;
__asm__("movb %b1, %0" : "=r" (low_byte) : "r" (val));   // 低字節
__asm__("movb %h1, %0" : "=r" (high_byte) : "r" (val));  // 高字節

破壞描述

列出指令隱式修改的寄存器/狀態，常見：

• "memory"：指令讀寫內存（除輸出操作數外）
• "cc"：修改條件碼標志位（x86 通常隱含）
• 具體寄存器："eax", "ecx" 等

常見陷阱

1. 約束不匹配：如 movl 要求至少一操作數為寄存器，雙 "m" 會導致非法指令 movl mem, mem
2. 忽略 early-clobber：輸出操作數在指令早期被寫入，需用 & 防止與輸入共用寄存器
3. 缺少 "memory" clobber：內存操作未聲明，編譯器可能錯誤緩存值
4. 輸出操作數未初始化："=r" 要求變量可寫，無需初始值；"+r"（讀寫）需初始化

總結

GCC 內嵌匯編通過模板+約束實現 C 與匯編的安全交互。掌握約束語義、操作數編號規則、clobber 聲明是編寫正確、高效內嵌匯編的關鍵。優先使用內核提供的內聯函數（如 atomic_*, barrier()），僅在必要時手寫匯編。