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混合使用C、C++和汇编语之: C、C++ 和 ARM 汇编语言之间的调用

2013/09/30
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12.4  C、C++ 和 ARM 汇编语言之间的调用

本节提供一些示例,显示如何从C++调用C和汇编语言代码,以及从C和汇编语言调用 C++ 代码。其中包括调用约定和数据类型。主要包括下面内容:

·  相互调用的一般规则;

·  C++语言的特定信息;

·  调用示例。

只要遵循正确的过程调用标准AAPCS,就可以混合调用C、C++和汇编语言例程。有关 AAPCS 的更多信息,请参阅ARM相关文档。

12.4.1  相互调用的一般规则

以下一般规则适用于C、C++和汇编语言之间的调用。有关的详细信息,请参阅ARM开发相关文档。

嵌入式汇编程序以及其与ARM嵌入式应用程序二进制接口(BSABI,Application Binary Interface for the ARM Architecture)的兼容使得混合语言编程更易于实现。它们可提供以下功能:

·  使用__cpp关键字进行名称延伸;

·  传递隐含this参数的方式;

·  调用虚函数的方式;

·  引用的表示;

·  具有基类或虚成员函数的C++类的类型布局;

·  非POD(Plain Old Data)结构的类对象传递。

以下一般规则适用于混合语言编程:

·  使用C调用约定。

·  在C++中,非成员函数可以声明为extern "C",以指定它们有C链接。带有C链接意味着定义函数的符号未延伸。C链接可以用于以一种语言实现函数,然后用另一种语言调用它。

·  汇编语言模块所必须符合的AAPCS调用标准,应当适合于应用程序所使用的存储器模型。

以下规则适用于从C和汇编语言调用C++函数:

·  要调用全局(非成员)C++函数,应将它声明为extern "C",以提供C链接。

·  成员函数(静态和非静态)总是有已延伸的名称。使用嵌入式汇编程序的__cpp关键字,可以不必手工寻找已延伸的名称。

·  不能从C调用C++内联函数,除非确保C++编译器生成了函数的外联副本。例如,取得函数地址将导致生成外联副本。

·  非静态成员函数接受隐含this参数作为r0中的第一个自变量,或作为r1中第二个自变量(如果函数返回非int类结构)。静态成员函数不接受隐含this参数。

12.4.2  C++的特定信息

本节主要介绍一些专门适用于C++的内容。

(1)C++调用约定

ARM C++使用与ARM C相同的调用约定,但在下面的情况下,调用规则有所不同:

·  调用非静态成员函数时,隐含的this参数是第一个自变量,或者是第二个自变量(如果被调用函数返回非int类的struct)。这可能在将来的版本中有所变化。

(2)C++数据类型

ARM C++使用与ARM C相同的数据类型,但在以下几种情况下,情况有所不同:

·  如果struct或class类型的C++对象没有基类或虚函数,则它们的布局与ARM C相同。如果这样的struct没有用户定义的复制赋值运算符或用户定义的析构函数,则它是POD结构。

·  引用表示为指针。

·  C函数指针和C++(非成员)函数指针没有区别。

(3)符号名称延伸

链接程序将取消信息中符号名称的延伸。

在C++程序中,C名称必须声明为extern "C"。ARM ISO C头文件已经完成此操作。详细信息请参阅ARM相关文档。

12.4.3  混合编程调用举例

汇编程序、C程序以及C++程序相互调用时,要特别注意遵守相应的AAPCS。下面一些例子具体说明了在这些混合调用中应注意遵守的AAPCS规则。这些示例程序默认为使用非软件栈检查的ATPCS规则,因为它们执行栈操作时不检查栈溢出。

(1)从C调用汇编语言

下面的程序显示如何在C程序中调用汇编语言子程序,该段代码实现了将一个字符串复制到另一个字符串。

#include <stdio.h>

extern void strcopy(char *d, const char *s);

int main()

{   const char *srcstr = "First string - source ";

    char dststr[] = "Second string - destination ";

/* 下面将dststr作为数组进行操作 */

    printf("Before copying:\n");

    printf("  %s\n  %s\n",srcstr,dststr);

    strcopy(dststr,srcstr);

    printf("After copying:\n");

    printf("  %s\n  %s\n",srcstr,dststr);

    return (0);

}

下面为调用的汇编程序。

    PRESERVE8

    AREA    SCopy, CODE, READONLY

    EXPORT strcopy

Strcopy ;r0指向目的字符串

;r1指向源字符串

    LDRB r2, [r1],#1 ;加载字节并更新源字符串指针地址

    STRB r2, [r0],#1 ;存储字节并更新目的字符串指针地址

    CMP r2, #0 ;判断是否为字符串结尾

    BNE strcopy ;如果不是,程序跳转到strcopy继续拷贝

    MOV pc,lr ;程序返回

    END

按以下步骤从命令行编译该示例:

① 输入armasm -g scopy.s编译汇编语言源代码

② 输入armcc -c -g strtest.c编译C源代码。

③ 输入armlink strtest.o scopy.o -o strtest链接目标文件。

④ 将ELF/DWARF2兼容调试器与相应调试目标配合使用,运行映像。

 

(2)汇编语言调用C程序

下面的例子显示了如何从汇编语言调用C程序。

下面的子程序段定义了C语言函数。

int g(int a, int b, int c, int d, int e) 

{

                return a + b + c + d + e;

}

下面的程序段显示了汇编语言调用。假设程序进入f时,r0中的值为i。

  ; int f(int i) { return g(i, 2*i, 3*i, 4*i, 5*i); }

  PRESERVE8

  EXPORT f

  AREA f, CODE, READONLY

  IMPORT g // 声明C程序g()

  STR lr, [sp, #-4]! // 保存返回地址 lr

  ADD r1, r0, r0 // 计算2*i(第2个参数)

  ADD r2, r1, r0 // 计算3*i(第3个参数)

  ADD r3, r1, r2 // 计算5*i

  STR r3, [sp, #-4]! // 第五个参数通过堆栈传递

  ADD r3, r1, r1 // 计算4*i(第4个参数)

  BL g // 调用C程序

  ADD sp, sp, #4 // 从堆栈中删除第5个参数

  LDR pc, [sp], #4 // 返回

  END

(3)从C++调用C

下面的例子显示了如何从C++程序中调用C函数。

下面的C++程序调用了C程序。

struct S { // 本结构没有基类和虚函数

      S(int s):i(s) { }

      int i;

};

extern "C" void cfunc(S *); 

// 被调用的C函数使用extern“C”声明

int f(){

       S s(2); // 初始化 's'

       cfunc(&s); // 调用C函数 'cfunc' 将改变 's'

       return si*3;

}

下面显示了被调用的C程序代码。

struct S {

      int i;

};

void cfunc(struct S *p) {

/*定义被调用的C功能 */

      p->i += 5;

}

(4)从C++中调用汇编

下面的例子显示了如何从C++中调用汇编程序。

下面的例子为调用汇编程序的C++代码。

struct S { // 本结果没有基类和虚拟函数

// 

      S(int s) : i(s) { }

      int i;

};

extern "C" void asmfunc(S *); // 声明被调用的汇编函数

int f() {

       S s(2); // 初始化结构体 's'

       asmfunc(&s); // 调用汇编子程序 'asmfunc' 

       return s.i * 3;

}

下面是被调用的汇编程序。

     PRESERVE8

     AREA Asm, CODE

     EXPORT asmfunc

asmfunc                // 被调用的汇编程序定义

     LDR r1, [r0]       

     ADD r1, r1, #5

     STR r1, [r0]

     MOV pc, lr

     END

(5)从C中调用C++

下面的例子显示了如何从C++代码中调用C程序。

下面的代码显示了被调用C++代码。

struct S {        // 本结构没有基类和虚拟函数

      S(int s) : i(s) { }

      int i;

};

extern "C" void cppfunc(S *p) {    

// 定义被调用的C++代码

// 连接了C功能

      p->i += 5;                //

}

调用了C++代码的C函数。

struct S {

      int i;

};

extern void cppfunc(struct S *p); 

/* 声明将会被调用的C++功能 */

int f(void) {

       struct S s;

       s.i = 2;                /* 初始化S */

       cppfunc(&s);            /* 调用cppfunc函数,该函数可能改变S的值 */

       return s.i * 3;

}

 

(6)从汇编中调用C++程序

下面的代码显示了如何从汇编中调用C++程序。

下面是被调用的C++程序。

struct S {           // 本结构没有基类和虚拟函数

      S(int s) : i(s) { }

      int i;

};

extern "C" void cppfunc(S * p) {

// 定义被调用的C++功能

// 功能函数体

      p->i += 5;

}

在汇编语言中,声明要调用的C++功能,使用带连接的跳转指令调用C++功能。

    AREA Asm, CODE

    IMPORT cppfunc ;声明被调用的 C++ 函数名

    EXPORT   f

f

    STMFD  sp!,{lr}

    MOV    r0,#2

    STR    r0,[sp,#-4]! ;初始化结构体

    MOV    r0,sp ;调用参数为指向结构体的指针

    BL     cppfunc ;调用C++功能'cppfunc' 

    LDR    r0, [sp], #4

    ADD    r0, r0, r0,LSL #1

    LDMFD  sp!,{pc}

    END

(7)在C和C++函数间传递参数

下面的例子显示了如何在C和C++函数间传递参数。

下面的代码为C++函数。

extern "C" int cfunc(const int&); 

// 声明被调用的C函数

extern "C" int cppfunc(const int& r) {

// 定义将被C调用的C++函数

      return 7 * r;

}

int f() {

      int i = 3;

      return cfunc(i); // 相C函数传参

}

下面为C函数。

extern int cppfunc(const int*);    

/* 声明将被调用的C++函数 */

int cfunc(const int *p) {       

/*定义被C++调用的C函数*/

     int k = *p + 4;

     return cppfunc(&k);

}

(8)从C或汇编语言调用C++

下面的例子综合显示了如何从C或汇编语言中调用非静态、非虚的C++成员函数。可以使用编译器编译出的汇编程序查找已延伸的函数名。

下面是被调用的C++成员函数。

struct T {

      T(int i) : t(i) { }

      int t;

      int f(int i);

};

int T::f(int i) { return i + t; }   

// 定义将被C调用的C++功能函数

extern "C" int cfunc(T*);

// 声明将被C++调用的C函数

int f() {

      T t(5);                    // create an object of type T

      return cfunc(&t);

}

下面为调用C++的C语言函数。

struct T;

extern int _ZN1T1fEi(struct T*, int);

      /* 被调用的C++函数名 */

int cfunc(struct T* t) {   

/* 定义被C++调用的C函数 */

      return 3 * _ZN1T1fEi(t, 2);    /* 实现3乘以t->f(2)功能 */

}

下面为调用C++的汇编函数。

     EXPORT cfunc

     AREA foo, CODE

     IMPORT  _ZN1T1fEi

cfunc

     STMFD   sp!,{lr} ;此时r0已经包含了指向对象的指针

     MOV r1, #2

     BL _ZN1T1fEi

     ADD r0, r0, r0, LSL #1 ;r0乘以3

     LDMFD sp!,{pc}

     END

下面的例子显示了如何用嵌入式汇编语言实现上面的例子。在此例中,使用 __cpp 关键字引用该函数。因此,用户不必了解已延伸的函数名。

struct T {

     T(int i) : t(i) { }

     int t;

     int f(int i);

};

int T::f(int i) { return i + t; }

// 定义被C++调用的汇编功能

__asm int asm_func(T*) {

    STMFD sp!, {lr}

    MOV r1, #2;

    BL __cpp(T::f);

    ADD r0, r0, r0, LSL #1 ;r0乘以3

    LDMFD sp!, {pc}

}

int f() {

      T t(5); // 创建T类型的对象

      return asm_func(&t);

}

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ARM公司是一家知识产权(IP)供应商,主要为国际上其他的电子公司提供高性能RISC处理器、外设和系统芯片技术授权。目前,ARM公司的处理器内核已经成为便携通讯、手持计算设备、多媒体数字消费品等方案的RISC标准。公司1990年11月由Acorn、Apple和VLSI合并而成。

ARM公司是一家知识产权(IP)供应商,主要为国际上其他的电子公司提供高性能RISC处理器、外设和系统芯片技术授权。目前,ARM公司的处理器内核已经成为便携通讯、手持计算设备、多媒体数字消费品等方案的RISC标准。公司1990年11月由Acorn、Apple和VLSI合并而成。收起

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华清远见(www.farsight.com.cn)是国内领先嵌入师培训机构,2004年注册于中国北京海淀高科技园区,除北京总部外,上海、深圳、成都、南京、武汉、西安、广州均有直营分公司。华清远见除提供嵌入式相关的长期就业培训、短期高端培训、师资培训及企业员工内训等业务外,其下属研发中心还负责嵌入式、Android及物联网方向的教学实验平台的研发及培训教材的出版,截止目前为止已公开出版70余本嵌入式/移动开发/物联网相关图书。企业理念:专业始于专注 卓识源于远见。企业价值观:做良心教育、做专业教育,更要做受人尊敬的职业教育。