인라인 어셈블러

인라인 어셈블러 (Inline Assembler)

D는 시스템 프로그래밍 언어로서 인라인 어셈블러를 제공해요. 같은 CPU 제품군에서는 D 구현 간에 인라인 어셈블러가 표준화되어 있어, 예를 들어 Win32 D 컴파일러의 Intel Pentium 인라인 어셈블러는 Intel Pentium에서 도는 Linux의 인라인 어셈블러와 문법 호환이 돼요. 이 문서는 x86과 x86_64 구현을 설명해요.

출처: Inline Assembler

본문

D는 시스템 프로그래밍 언어로서 인라인 어셈블러를 제공해요. 인라인 어셈블러는 같은 CPU 제품군의 D 구현들 사이에서 표준화되어 있어요. 예를 들어 Win32 D 컴파일러의 Intel Pentium 인라인 어셈블러는 Intel Pentium에서 도는 Linux용 인라인 어셈블러와 문법 호환이 돼요.

서로 다른 아키텍처의 D 구현들은 메모리 모델, 함수 호출/반환 규약, 인자 전달 규약 등에서 자유롭게 혁신할 수 있어요.

이 문서는 인라인 어셈블러의 x86 및 x86_64 구현을 설명해요. 컴파일러가 제공하는 인라인 어셈블러 플랫폼 지원은 각각 D_InlineAsm_X86과 D_InlineAsm_X86_64 버전 식별자로 나타나요.

Asm statement

AsmStatement:
    asm FunctionAttributesopt { AsmInstructionListopt }

AsmInstructionList:
    AsmInstruction ;
    AsmInstruction ; AsmInstructionList

어셈블러 명령은 asm 블록 안에 위치해야 해요. 함수처럼 asm 문장은 호출자와 호환되도록 적절한 함수 속성으로 주석을 달아야 해요. asm 문장의 속성은 명시적으로 정의해야 하며, 추론되지 않아요.

@safe는 컴파일러가 어셈블리 문장에 안전성 검사를 하지 않으므로 속성으로 허용되지 않아요 — 대신 @trusted를 사용하세요.

void ok() pure nothrow @safe @nogc
{
    asm pure nothrow @trusted @nogc
    {}
}

void error() @safe @nogc
{
    asm @nogc // Error: asm statement is assumed to be @system - mark it with '@trusted' if it is not
    {}
    asm @safe @nogc // Deprecation: asm statement cannot be @safe, use @trusted instead
    {}
}

Asm instruction

AsmInstruction:
    Identifier : AsmInstruction
    align IntegerExpression
    even
    naked
    db Operands
    ds Operands
    di Operands
    dl Operands
    df Operands
    dd Operands
    de Operands
    db StringLiteral
    ds StringLiteral
    di StringLiteral
    dl StringLiteral
    dw StringLiteral
    dq StringLiteral
    Opcode
    Opcode Operands

Opcode:
    Identifier
    int
    in
    out

Operands:
    Operand
    Operand , Operands

Labels

어셈블러 명령은 다른 문장처럼 레이블을 붙일 수 있어요. goto 문장의 대상이 될 수 있어요. 예를 들어:

void *pc;
asm
{
    call L1          ;
  L1:                ;
    pop  EBX         ;
    mov  pc[EBP],EBX ; // pc now points to code at L1
}

align IntegerExpression

IntegerExpression:
    IntegerLiteral
    Identifier

어셈블러가 다음 어셈블러 명령을 IntegerExpression 경계에 정렬하도록 NOP 명령을 내보내게 해요. IntegerExpression은 컴파일 타임에 2의 거듭제곱인 정수로 평가되어야 해요.

루프 본문의 시작을 정렬하는 것은 실행 속도에 극적인 영향을 줄 때가 있어요.

even

어셈블러가 다음 어셈블러 명령을 짝수 경계에 정렬하도록 NOP 명령을 내보내게 해요.

naked

컴파일러가 함수 프롤로그와 에필로그 시퀀스를 생성하지 않게 해요. 즉, 그 책임이 인라인 어셈블리 프로그래머에게 있다는 뜻이며, 보통 함수 전체를 어셈블러로 작성할 때 사용돼요.

db, ds, di, dl, df, dd, de

이 의사 연산(pseudo op)들은 코드에 원시 데이터를 직접 삽입하기 위한 것이에요. db는 바이트, ds는 16비트 워드, di는 32비트 워드, dl은 64비트 워드, df는 32비트 float, dd는 64비트 double, de는 80비트 확장 real용이에요. 각각 여러 피연산자를 가질 수 있어요. 피연산자가 문자열 리터럴이면, 문자열의 문자 수가 피연산자 수인 것처럼 취급돼요. 각 피연산자당 한 문자가 사용돼요. 예를 들어:

asm
{
    db 5,6,0x83;   // insert bytes 0x05, 0x06, and 0x83 into code
    ds 0x1234;     // insert bytes 0x34, 0x12
    di 0x1234;     // insert bytes 0x34, 0x12, 0x00, 0x00
    dl 0x1234;     // insert bytes 0x34, 0x12, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
    df 1.234;      // insert float 1.234
    dd 1.234;      // insert double 1.234
    de 1.234;      // insert real 1.234
    db "abc";      // insert bytes 0x61, 0x62, and 0x63
    ds "abc";      // insert bytes 0x61, 0x00, 0x62, 0x00, 0x63, 0x00
}

Opcodes

지원되는 오퍼코드 목록은 끝에 있어요.

다음 레지스터들이 지원돼요. 레지스터 이름은 항상 대문자예요.

Register:
    AL
    AH
    AX
    EAX

    BL
    BH
    BX
    EBX

    CL
    CH
    CX
    ECX

    DL
    DH
    DX
    EDX

    BP
    EBP

    SP
    ESP

    DI
    EDI

    SI
    ESI

    ES
    CS
    SS
    DS
    GS
    FS

    CR0
    CR2
    CR3
    CR4

    DR0
    DR1
    DR2
    DR3
    DR6
    DR7

    TR3
    TR4
    TR5
    TR6
    TR7

    ST

    ST(0)
    ST(1)
    ST(2)
    ST(3)
    ST(4)
    ST(5)
    ST(6)
    ST(7)

    MM0
    MM1
    MM2
    MM3
    MM4
    MM5
    MM6
    MM7

    XMM0
    XMM1
    XMM2
    XMM3
    XMM4
    XMM5
    XMM6
    XMM7

x86_64는 이 추가 레지스터들을 더해요.

Register64:
    RAX
    RBX
    RCX
    RDX

    BPL
    RBP

    SPL
    RSP

    DIL
    RDI

    SIL
    RSI

    R8B
    R8W
    R8D
    R8

    R9B
    R9W
    R9D
    R9

    R10B
    R10W
    R10D
    R10

    R11B
    R11W
    R11D
    R11

    R12B
    R12W
    R12D
    R12

    R13B
    R13W
    R13D
    R13

    R14B
    R14W
    R14D
    R14

    R15B
    R15W
    R15D
    R15

    XMM8
    XMM9
    XMM10
    XMM11
    XMM12
    XMM13
    XMM14
    XMM15

    YMM0
    YMM1
    YMM2
    YMM3
    YMM4
    YMM5
    YMM6
    YMM7

    YMM8
    YMM9
    YMM10
    YMM11
    YMM12
    YMM13
    YMM14
    YMM15

Special Cases

lock, rep, repe, repne, repnz, repz

이 접두 명령들은 접두하는 명령과 같은 문장에 나타나지 않고, 자신들의 문장에 나타나요. 예를 들어:

asm
{
    rep   ;
    movsb ;
}

pause

이 오퍼코드는 어셈블러가 지원하지 않아요. 대신 사용하세요:

asm
{
    rep  ;
    nop  ;
}

위는 같은 결과를 만들어요.

floating point ops

명령 형식의 두 피연산자 형태를 사용하세요:

fdiv ST(1);     // wrong
fmul ST;        // wrong
fdiv ST,ST(1);  // right
fmul ST,ST(0);  // right

Operands

Operand:
    AsmExp

AsmExp:
    AsmLogOrExp
    AsmLogOrExp ? AsmExp : AsmExp

AsmLogOrExp:
    AsmLogAndExp
    AsmLogOrExp || AsmLogAndExp

AsmLogAndExp:
    AsmOrExp
    AsmLogAndExp && AsmOrExp

AsmOrExp:
    AsmXorExp
    AsmOrExp | AsmXorExp

AsmXorExp:
    AsmAndExp
    AsmXorExp ^ AsmAndExp

AsmAndExp:
    AsmEqualExp
    AsmAndExp & AsmEqualExp

AsmEqualExp:
    AsmRelExp
    AsmEqualExp == AsmRelExp
    AsmEqualExp != AsmRelExp

AsmRelExp:
    AsmShiftExp
    AsmRelExp < AsmShiftExp
    AsmRelExp <= AsmShiftExp
    AsmRelExp > AsmShiftExp
    AsmRelExp >= AsmShiftExp

AsmShiftExp:
    AsmAddExp
    AsmShiftExp << AsmAddExp
    AsmShiftExp >> AsmAddExp
    AsmShiftExp >>> AsmAddExp

AsmAddExp:
    AsmMulExp
    AsmAddExp + AsmMulExp
    AsmAddExp - AsmMulExp

AsmMulExp:
    AsmBrExp
    AsmMulExp * AsmBrExp
    AsmMulExp / AsmBrExp
    AsmMulExp % AsmBrExp

AsmBrExp:
    AsmUnaExp
    AsmBrExp [ AsmExp ]

AsmUnaExp:
    AsmTypePrefix AsmExp
    offsetof AsmExp
    seg AsmExp
    + AsmUnaExp
    - AsmUnaExp
    ! AsmUnaExp
    ~ AsmUnaExp
    AsmPrimaryExp

AsmPrimaryExp:
    IntegerLiteral
    FloatLiteral
    __LOCAL_SIZE
    $
    Register
    Register : AsmExp
    Register64
    Register64 : AsmExp
    DotIdentifier
    this

DotIdentifier:
    Identifier
    Identifier . DotIdentifier
    FundamentalType . Identifier

피연산자 문법은 대체로 Intel CPU 문서 규약을 따르는 편이에요. 특히 두 피연산자 명령에서 소스는 오른쪽 피연산자이고 목적지는 왼쪽 피연산자라는 규약이에요. 이 문법은 D 언어 토크나이저와 호환되고 파싱을 단순화하기 위해 Intel의 문법과는 조금 달라요.

seg는 심볼이 있는 세그먼트 번호를 로드한다는 뜻이에요. 이는 플랫 모델 코드에서는 관련이 없어요. 대신 관련 세그먼트 레지스터에서 이동(move)을 하세요.

점으로 구분된 표현식(dotted expression)은 컴파일 동안 평가되며, 상수를 주거나 대상 레지스터·변수에 맞는 더 높은 수준의 변수를 나타내야 해요.

Operand Types

AsmTypePrefix:
    near ptr
    far ptr
    word ptr
    dword ptr
    qword ptr
    FundamentalType ptr

피연산자 크기가 모호한 경우, 다음과 같이:

add [EAX],3     ;

AsmTypePrefix로 명확히 할 수 있어요:

add  byte ptr [EAX],3 ;
add  int ptr [EAX],7  ;

far ptr은 플랫 모델 코드에서는 관련이 없어요.

Struct/Union/Class Member Offsets

애그리게이트에 대한 포인터가 레지스터에 있을 때 애그리게이트의 멤버에 접근하려면, 멤버의 정규화된 이름의 .offsetof 속성을 사용하세요:

struct Foo { int a,b,c; }
int bar(Foo *f)
{
    asm
    {
        mov EBX,f                   ;
        mov EAX,Foo.b.offsetof[EBX] ;
    }
}
void main()
{
    Foo f = Foo(0, 2, 0);
    assert(bar(&f) == 2);
}

또는 애그리게이트의 스코프 안에서는 멤버 이름만 필요해요:

struct Foo   // or class
{
    int a,b,c;
    int bar()
    {
        asm
        {
            mov EBX, this   ;
            mov EAX, b[EBX] ;
        }
    }
}
void main()
{
    Foo f = Foo(0, 2, 0);
    assert(f.bar() == 2);
}

Stack Variables

스택 변수(함수에 지역이고 스택에 할당된 변수)는 EBP로 인덱스된 변수 이름으로 접근해요:

int foo(int x)
{
    asm
    {
        mov EAX,x[EBP] ; // loads value of parameter x into EAX
        mov EAX,x      ; // does the same thing
    }
}

[EBP]를 생략하면 지역 변수에는 가정돼요. naked를 사용하면 이는 더는 성립하지 않아요.

Special Symbols

다음 명령의 시작의 프로그램 카운터를 나타내요. 그래서:

jmp  $  ;

는 jmp 명령 다음에 오는 명령으로 분기해요. $는 jmp 또는 call 명령의 대상으로만 나타날 수 있어요.

__LOCAL_SIZE

이것은 지역 스택 프레임의 지역 바이트 수로 대체돼요. naked가 호출되고 사용자 정의 스택 프레임을 프로그래밍할 때 가장 유용해요.

Opcodes Supported

aaa	aad	aam	aas	adc
add	addpd	addps	addsd	addss
and	andnpd	andnps	andpd	andps
arpl	bound	bsf	bsr	bswap
bt	btc	btr	bts	call
cbw	cdq	clc	cld	clflush
cli	clts	cmc	cmova	cmovae
cmovb	cmovbe	cmovc	cmove	cmovg
cmovge	cmovl	cmovle	cmovna	cmovnae
cmovnb	cmovnbe	cmovnc	cmovne	cmovng
cmovnge	cmovnl	cmovnle	cmovno	cmovnp
cmovns	cmovnz	cmovo	cmovp	cmovpe
cmovpo	cmovs	cmovz	cmp	cmppd
cmpps	cmps	cmpsb	cmpsd	cmpss
cmpsw	cmpxchg	cmpxchg8b	cmpxchg16b
comisd	comiss
cpuid	cvtdq2pd	cvtdq2ps	cvtpd2dq	cvtpd2pi
cvtpd2ps	cvtpi2pd	cvtpi2ps	cvtps2dq	cvtps2pd
cvtps2pi	cvtsd2si	cvtsd2ss	cvtsi2sd	cvtsi2ss
cvtss2sd	cvtss2si	cvttpd2dq	cvttpd2pi	cvttps2dq
cvttps2pi	cvttsd2si	cvttss2si	cwd	cwde
da	daa	das	db	dd
de	dec	df	di	div
divpd	divps	divsd	divss	dl
dq	ds	dt	dw	emms
enter	f2xm1	fabs	fadd	faddp
fbld	fbstp	fchs	fclex	fcmovb
fcmovbe	fcmove	fcmovnb	fcmovnbe	fcmovne
fcmovnu	fcmovu	fcom	fcomi	fcomip
fcomp	fcompp	fcos	fdecstp	fdisi
fdiv	fdivp	fdivr	fdivrp	feni
ffree	fiadd	ficom	ficomp	fidiv
fidivr	fild	fimul	fincstp	finit
fist	fistp	fisub	fisubr	fld
fld1	fldcw	fldenv	fldl2e	fldl2t
fldlg2	fldln2	fldpi	fldz	fmul
fmulp	fnclex	fndisi	fneni	fninit
fnop	fnsave	fnstcw	fnstenv	fnstsw
fpatan	fprem	fprem1	fptan	frndint
frstor	fsave	fscale	fsetpm	fsin
fsincos	fsqrt	fst	fstcw	fstenv
fstp	fstsw	fsub	fsubp	fsubr
fsubrp	ftst	fucom	fucomi	fucomip
fucomp	fucompp	fwait	fxam	fxch
fxrstor	fxsave	fxtract	fyl2x	fyl2xp1
hlt	idiv	imul	in	inc
ins	insb	insd	insw	int
into	invd	invlpg	iret	iretd
iretq	ja	jae	jb	jbe
jc	jcxz	je	jecxz	jg
jge	jl	jle	jmp	jna
jnae	jnb	jnbe	jnc	jne
jng	jnge	jnl	jnle	jno
jnp	jns	jnz	jo	jp
jpe	jpo	js	jz	lahf
lar	ldmxcsr	lds	lea	leave
les	lfence	lfs	lgdt	lgs
lidt	lldt	lmsw	lock	lods
lodsb	lodsd	lodsw	loop	loope
loopne	loopnz	loopz	lsl	lss
ltr	maskmovdqu	maskmovq	maxpd	maxps
maxsd	maxss	mfence	minpd	minps
minsd	minss	mov	movapd	movaps
movd	movdq2q	movdqa	movdqu	movhlps
movhpd	movhps	movlhps	movlpd	movlps
movmskpd	movmskps	movntdq	movnti	movntpd
movntps	movntq	movq	movq2dq	movs
movsb	movsd	movss	movsw	movsx
movupd	movups	movzx	mul	mulpd
mulps	mulsd	mulss	neg	nop
not	or	orpd	orps	out
outs	outsb	outsd	outsw	packssdw
packsswb	packuswb	paddb	paddd	paddq
paddsb	paddsw	paddusb	paddusw	paddw
pand	pandn	pavgb	pavgw	pcmpeqb
pcmpeqd	pcmpeqw	pcmpgtb	pcmpgtd	pcmpgtw
pextrw	pinsrw	pmaddwd	pmaxsw	pmaxub
pminsw	pminub	pmovmskb	pmulhuw	pmulhw
pmullw	pmuludq	pop	popa	popad
popf	popfd	por	prefetchnta	prefetcht0
prefetcht1	prefetcht2	psadbw	pshufd	pshufhw
pshuflw	pshufw	pslld	pslldq	psllq
psllw	psrad	psraw	psrld	psrldq
psrlq	psrlw	psubb	psubd	psubq
psubsb	psubsw	psubusb	psubusw	psubw
punpckhbw	punpckhdq	punpckhqdq	punpckhwd	punpcklbw
punpckldq	punpcklqdq	punpcklwd	push	pusha
pushad	pushf	pushfd	pxor	rcl
rcpps	rcpss	rcr	rdmsr	rdpmc
rdtsc	rep	repe	repne	repnz
repz	ret	retf	rol	ror
rsm	rsqrtps	rsqrtss	sahf	sal
sar	sbb	scas	scasb	scasd
scasw	seta	setae	setb	setbe
setc	sete	setg	setge	setl
setle	setna	setnae	setnb	setnbe
setnc	setne	setng	setnge	setnl
setnle	setno	setnp	setns	setnz
seto	setp	setpe	setpo	sets
setz	sfence	sgdt	shl	shld
shr	shrd	shufpd	shufps	sidt
sldt	smsw	sqrtpd	sqrtps	sqrtsd
sqrtss	stc	std	sti	stmxcsr
stos	stosb	stosd	stosw	str
sub	subpd	subps	subsd	subss
syscall	sysenter	sysexit	sysret	test
ucomisd	ucomiss	ud2	unpckhpd	unpckhps
unpcklpd	unpcklps	verr	verw	wait
wbinvd	wrmsr	xadd	xchg	xlat
xlatb	xor	xorpd	xorps

Pentium 4 (Prescott) Opcodes Supported

addsubpd	addsubps	fisttp	haddpd	haddps
hsubpd	hsubps	lddqu	monitor	movddup
movshdup	movsldup	mwait

AMD Opcodes Supported

pavgusb	pf2id	pfacc	pfadd	pfcmpeq
pfcmpge	pfcmpgt	pfmax	pfmin	pfmul
pfnacc	pfpnacc	pfrcp	pfrcpit1	pfrcpit2
pfrsqit1	pfrsqrt	pfsub	pfsubr	pi2fd
pmulhrw	pswapd

SIMD

SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2와 AVX가 지원돼요.

GCC syntax

GNU D Compiler는 인라인 어셈블러에 GCC 기반의 대안적 문법을 사용해요:

GccAsmStatement:
    asm FunctionAttributesopt { GccAsmInstructionList }

GccAsmInstructionList:
    GccAsmInstruction ;
    GccAsmInstruction ; GccAsmInstructionList

GccAsmInstruction:
    GccBasicAsmInstruction
    GccExtAsmInstruction
    GccGotoAsmInstruction

GccBasicAsmInstruction:
    GccAsmStringExpression

GccExtAsmInstruction:
    GccAsmStringExpression : GccAsmOperandsopt
    GccAsmStringExpression : GccAsmOperandsopt : GccAsmOperandsopt
    GccAsmStringExpression : GccAsmOperandsopt : GccAsmOperandsopt : GccAsmClobbersopt

GccGotoAsmInstruction:
    GccAsmStringExpression : : GccAsmOperandsopt : GccAsmClobbersopt : GccAsmGotoLabelsopt

GccAsmStringExpression:
    StringLiteral
    ( ConditionalExpression )

GccAsmOperands:
    GccSymbolicNameopt GccAsmStringExpression ( AssignExpression )
    GccSymbolicNameopt GccAsmStringExpression ( AssignExpression ) , GccAsmOperands

GccSymbolicName:
    [ Identifier ]

GccAsmClobbers:
    GccAsmStringExpression
    GccAsmStringExpression , GccAsmClobbers

GccAsmGotoLabels:
    Identifier
    Identifier , GccAsmGotoLabels

더 알아보기

인라인 어셈블러를 지원하는 CPU 아키텍처는 D 컴파일러의 D_InlineAsm_X86 / D_InlineAsm_X86_64 버전 식별자로 확인할 수 있어요.
GNU D 컴파일러의 문법은 GDC 프로젝트 문서를 참고하세요.
dlang.org의 원문에서 최신 내용을 확인할 수 있어요.