1. 引言

众所周知，C 语言相比于汇编语言拥有更为强大的灵活性和抽象能力，但相较于汇编语言，C 语言又缺乏了直接寻址、读写内存的强大能力。
同时，C 语言由于具备更强大的抽象能力，往往会造成生成的机器指令过多，因此，对于嵌入式编程等领域的 C 语言程序设计来说，有一个非常常用的优化方式，就是将 C 语言编译后反汇编为汇编语言，然后通过阅读并精简汇编语言，来实现代码优化的目的。
那么，既然 C 语言、C++ 可以被编译器反汇编为汇编语言，我们是否可以直接通过汇编语言调用 C 语言或者让 C 语言去调用汇编语言呢？答案当然是可以的。
本文，我们就来详细介绍，如何在 linux 环境下实现 C 语言与汇编语言的相互调用。

2. linux 系统调用的实现 — int 80h 中断

2.1. 原理

各个操作系统都有一系列原生实现的系统调用，这些服务运行在操作系统内核，供用户态进程调用，从而实现了用户态进程对更高权限的使用。
此前我们已经介绍过，由于系统调用运行在 ring0 特权级，ring3 特权级的用户态进程必须通过四种调用门之一进行调用：

1. 调用门
2. 中断门
3. 陷阱门
4. 任务门

利用调用门实现特权级间跳转（上） — 原理篇

linux 系统调用就是通过陷阱门实现的，它的调用过程如下：

1. 应用程序调用库函数（API）
2. API 将系统调用号存入 EAX，然后通过中断（int 0x80）调用使系统进入内核态
3. 内核中的中断处理函数根据系统调用号，调用对应的内核函数（系统调用）
4. 系统调用完成相应功能，将返回值存入 EAX，返回到中断处理函数
5. 中断处理函数返回到 API 中
6. API 将 EAX 返回给应用程序

因此，我们按照上述步骤设置寄存器、触发 80h 号中断就可以实现在汇编语言中调用 linux 系统调用了，具体的参数和系统调用编号见附录。
不过需要注意的是，windows 的 WSL 并不支持。

2.2. 实践

下面我们就来通过汇编实现在屏幕上打印 hello world。
查表可以看到，sys_write 的号码为 4，ebx 参数 fd 为 1 则表示 stdout，ecx、edx 分别是字符串指针和字符串长度。

2.2.1. hello.asm

[section .data]    ; 数据段 
strHello db "Hello World", 0AH  
strlen equ $ - strHello  

[section .code]    ; 代码段 
global _start    ; 导出程序入口 

_start:  
    mov edx, strlen  
    mov ecx, strHello  
    mov ebx, 1    ; stdout 
    mov eax, 4    ; sys_write 
    int 80h  

    mov ebx, 0  
    mov eax, 1    ; sys_exit 
    int 80h

2.2.2. Makefile

main:  
    nasm -f elf hello.asm -o hello.o  
    ld -s hello.o -o hello  

clean:  
    rm -rf hello.o hello

2.2.3. 执行结果

运行 ./hello 可以看到打印出了执行结果：

Hello World

3. 汇编与 C 语言的相互调用

3.1. 汇编调用 C 语言程序

上面的程序中，我们使用了 global 关键字，他的目的是导出入口，也就是供链接器识别程序调用的入口。
外部语言也可以通过这个导出的入口调用，我们也可以导出更多的函数供外部调用。
如果汇编程序需要依赖外部的程序入口，可以使用 extern 关键字，他用来导入外部程序入口。
但这里存在两个问题，也就是 C 调用约定：

1. 参数压栈顺序 — C 语言参数列表中，后面的参数先压栈
2. 谁来清理堆栈 — 调用者清理

3.2. C 语言调用汇编程序

在 C 语言中调用已经被汇编 global 关键字导出的代码也很简单，和调用其他动态链接库中的函数是一样的，只要显式声明即可直接调用。

3.3. 实践

下面我们就以汇编语言作为入口，调用 C 语言的快速排序程序。
当 C 语言中的快速排序完成时，调用汇编程序，实现结果的打印。

3.3.1. main.asm

extern quick_sort    ; void quick_sort(char *str, int len); 

[section .data]  
randstr    db "cmyqpdexnlbzfsgtouhirvakjw"  
strlen    equ $ - randstr  

[section .code]  
global _start        ; 导出 _start 标记，供链接器识别程序入口 
global print_text    ; 导出打印程序供 C 语言调用 

_start:  
    push dword strlen    ; len 
    push dword randstr    ; str 
    call quick_sort        ; 调用快速排序 

    add esp, 8            ; 清理堆栈 

    mov ebx, 0  
    mov eax, 1            ; sys_exit 
    int 80h  

; void print_text(char *str, int len) 
print_text:  
    mov edx, [esp + 8]    ; len 
    mov ecx, [esp + 4]    ; str 
    mov ebx, 1  
    mov eax, 4            ; sys_write 
    int 80h  
    ret

3.3.2. main.c

void print_text(char *str, int len);  
void quick_sort(char *str, int len);  
void quick_sort_body(char *str, int start, int end);  
void exchange_char(char *str, int i, int j);  

void quick_sort(char *str, int len) {  
    if (str == 0 || len <= 0) {  
        print_text("params error\n", 13);  
        return;  
    }  
    quick_sort_body(str, 0, len);  
    print_text(str, len);  
    print_text("\n", 1);  
    return;  
}  

void quick_sort_body(char *str, int start, int end) {  
    if (end <= start) {  
        return;  
    }  
    int i = start + 1, j = start + 1;  
    char temp;  
    while (j < end) {  
        if (str[j] < str[start]) {  
            exchange_char(str, i, j);  
            i++;  
        }  
        j++;  
    }  
    exchange_char(str, start, i-1);  
    quick_sort_body(str, start, i-1);  
    quick_sort_body(str, i, end);  
    return;  
}  

void exchange_char(char *str, int i, int j) {  
    char temp = str[i];  
    str[i] = str[j];  
    str[j] = temp;  
    return;  
}

3.3.3. Makefile

main:  
    nasm -f elf -o asm.o main.asm  
    gcc -c -o main.o main.c  
    ld -s -o main asm.o main.o  

clean:  
    rm -rf asm.o main.o main

3.3.4. 执行结果

执行 ./main 打印出了：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

4. 微信公众号

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5. 附录1 — 参考资料

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E8%B0%83%E7%94%A8。
https://blog.csdn.net/xiaominthere/article/details/17287965。

6. 附录2 — 汇编调用系统调用参数

汇编调用 linux 系统调用参数

7. 附录 — 系列目录

实现一个操作系统