自 Rust 1.59 以降，在 Rust 代碼中內聯匯編代碼的語言特性已然 stable^1。參考知乎上一篇文章^3，我用 Rust 的內聯匯編實現了有棧協程^4。在此過程中學到了一些知識。

本文假設讀者對 x86 匯編有基礎了解。

局部內聯匯編與自動分配寄存器

Rust 的內聯匯編一開始是對標 GCC 的內聯匯編設計的，長得像這樣^5：

asm!("mov $4, %eax cpuid mov %eax, $0 mov %ebx, $1 mov %ecx, $2 mov %edx, $3" : "=r"(a), "=r"(b), "=r"(c), "=r"(d) : "m"(info) : "eax", "ebx", "ecx", "edx" )

后來才變成如今富有 Rust 特色的樣子^6：

asm!( "mov edi, ebx", "cpuid", "xchg edi, ebx", in("eax") info, lateout("eax") a, out("edi") b, out("ecx") c, out("edx") d, )

與 GCC 內聯匯編語法一樣，Rust 希望即使需要手寫匯編，程序員也能將一部分工作交給編譯器來高效完成，這部分工作就是寄存器分配，畢竟只有編譯器了解內聯匯編前后的上下文，知道該怎么分配寄存器最合適。

asm宏的in，out，inout，lateout，inlateout參數就是為了讓編譯器幫助分配寄存器的。

in表示將變量的值傳給寄存器，編譯器生成的匯編代碼會使得在內聯匯編代碼中讀取相應的寄存器，就得到了傳入的變量的值；

out表示將寄存器的值寫到變量中，在內聯匯編代碼中寫入相應寄存器，編譯器在內聯匯編之后生成的匯編代碼會使得相應變量具有寫入相應寄存器的值；

late則是代表編譯器可以采取進一步的策略來優化寄存器分配：默認的分配策略給每個參數分配不同的寄存器，使用lateout或inlateout的參數則允許編譯器復用某個in參數的寄存器，只要內聯匯編代碼中先讀完所有的in寄存器，再輸出lateout或inlateout寄存器即可。

具體細節以及此處沒講到的option可參考^1。

全局內聯匯編與名稱修飾（Name Mangling）

除了需要寫在函數體中的asm宏，還有需要寫在函數之外的global_asm宏，其作用與獨立的匯編代碼相差不大，一切全由程序員掌控，沒有上節所述寄存器自動分配之功能，還需要手動管理參數傳遞，棧對齊等等。

用global_asm我們可以寫出源代碼完全是匯編代碼的函數，函數名就是匯編代碼中的標簽，函數參數和返回值需要按照 ABI 約定來處理^7：

use std::global_asm; extern "C" { fn my_asm_add(a: i32, b: i32) -> i32; } global_asm!{ "my_asm_add:", "mov eax, edi", "add eax, esi", "ret", } fn main() { let a = 114; let b = 514; let x = unsafe { my_asm_add(a, b) }; dbg!(x); }

這段代碼在x86_64-unknown-linux-gnu的目標，也就是 Rust Playground 的運行環境下會通過編譯并輸出正確結果 628，但在 64 位 Windows 下則會得到錯誤的結果，因為 64 位 Windows 所用的 C ABI 和 64 位 Linux 不一樣，雖然都是通過寄存器傳遞參數，但 64 位 Windows 的 C ABI 的第一二參數是用 RCX 和 RDX 傳遞，而非示例中的 RDI 和 RSI。

而在MacOS上編譯，結果是編譯不過——雖然和 64 位 Linux 一樣使用 System V AMD64 ABI，但 MacOS 進行 C 語言函數名名稱修飾時會在函數名前加一個下劃線，所以編譯器會試圖尋找_my_asm_add符號，結果找不到。在匯編代碼中把"my_asm_add:"改成"_my_asm_add:"即可編譯通過。

由此可見匯編語言的不可移植性：即使是同一架構，甚至同一 ABI 約定的匯編代碼也相當不可移植。

在代碼編寫過程中，我發現一個技巧可以規避掉名稱修飾的影響。asm和global_asm宏可以接受格式為sym SYMBOL的參數來引用符號，其中SYMBOL是函數或者靜態變量，這種參數的目的是在匯編語言中直接引用 Rust 函數或靜態變量的符號，盡管 Rust 的名稱修飾算法尚未 stable，但代碼中可以不寫出來而由編譯器來計算。這個功能也可以用在extern符號上，因此可以這樣寫：

global_asm!{ ".extern {0}", "{0}:", "mov eax, edi", "add eax, esi", "ret", sym my_asm_add, }

這樣在編譯 x86_64-unknown-linux-gnu 目標時生成的匯編代碼中的標簽是my_asm_add，而對于x86_64-apple-darwin目標，生成的標簽則是_my_asm_add。

這樣的技巧不夠方便，更直觀的寫法是 naked function^9，這種函數從外部看來就是一個 unsafe 函數，而內部只允許有一個asm宏調用，編譯器不生成一般函數中會有的各種上下文代碼，函數本體完全由該 asm 宏調用生成。

程序重定位與位置無關代碼

為了加載動態鏈接庫或者避免被黑客利用固定程序地址攻擊，操作系統加載程序時會將其載入到隨機的內存地址，這個過程就是程序重定位。

對于 32 位 x86 程序，需要在加載時修改程序中所有的絕對地址，包括函數的和數據的。在匯編語言中可以直接將標號作為常量使用，但最好不要寫mov eax, LABEL這樣的語句，因為這樣的語句加載器不會識別和修改。應該寫lea eax, LABEL。

x86_64 支持相對 RIP 尋址，Rust 編譯器默認將代碼編譯為使用這項特性的位置無關可執行程序（PIE），因此在 Rust 的內聯匯編中取符號地址需要寫成lea rax, [rip+SYMBOL]。

示例，x86_64 平臺下給 static 變量X加 1 的函數用匯編語言實現[11]：

use std::global_asm; static mut X: usize = 0; extern "C" { fn incr_x(); } global_asm!{ "{0}:", "add dword ptr [rip+{X}], 1", "ret", sym incr_x, X = sym X, } fn main() { unsafe { incr_x(); dbg!(X); incr_x(); dbg!(X); } }

32 位 x86 代碼下則需要把匯編代碼改成：

global_asm!{ "{0}:", "lea eax, {X}", "add dword ptr[eax], 1", "ret", sym incr_x, X = sym X, }