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nasmとgccを用いてアセンブラを勉強中です
動作環境はWindows11です

Cとアセンブラを連携するため、以下のコードを書きました

;Asm.asm

bits 64

extern print

section .data
message: db "Success", 10

section .text
global Test

Test:
    mov rcx,message
    call print
    ret
//Win.c

#include <stdio.h>

extern char* Test();

int main()
{
        printf("%s",Test());
}

char* print(char* c)
{
        printf("%s",c);
        return c;
};

Win.cprint関数Asm.asmで呼び出し、その引数に渡した文字列Successを戻り値としてAsm.asm側のTest関数で取得後、Cのmain関数へ渡します
print関数main関数ではそれぞれprintf関数を宣言しています

以上のプログラムから、以下のコマンドを使用して、実行ファイルa.exeを生成します

nasm -f elf64 Asm.asm
gcc Win.c -c
gcc Win.o Asm.o

a.exeを起動すると、以下の結果が返ります

Success

printf関数はコード中で2度宣言しているので、もしもファイルが正しく実行される場合は、以下の結果が期待されます

Success
Success

しかし、Successは一つしか表示されず、直下が空白行となります
print関数の引数に与えた文字列は、そのスコープ内のprintf関数に正しく渡っているようですが、その後の処理のどこかの段階でファイルが強制終了されている様子です

戻り値はx64の場合raxレジスタに保存されるという解説を見たので、print関数からの戻り値は直接そのレジスタに渡っていると考え、直後にretを置きました

しかし、結果だけを見るとTest関数の戻り値はmain関数へ返されていないように見えます
どうすればprint関数からの戻り値Successを正しくmain関数へ渡せるでしょうか?

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  • とりあえず文字列を終端する \0 を追加したらどうなりますか? message db "Success", 10, 0
    – sayuri
    Commented 2023年11月29日 7:43
  • コメントありがとうございます、書かれた通りにmessageラベルを修正してみましたが、表示結果は変わりませんでした。また、文字列に\0を含めて"Success\0",10,0としてみても、終端文字を含めた全てが文字列として認識されてしまいますmessage\0 Commented 2023年11月29日 9:22

4 件の回答 4

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amd x64 abi っぽく見えますがそうじゃないかもしれませんので以下は憶測なのですが

amd x64 abi のごく一部を解説した記事 アセンブリ言語で書かれた関数をC言語に書き直す では触れなかったのですが amd x64 abi では rsp レジスタを 16byte align する義務があります。今ここで真面目に解説すると長くなるので外部記事へリンク
x64 でのスタックの使用
x86-64 モードのプログラミングではスタックのアライメントに気を付けよう

提示コードは
- C コンパイラが生成したコードが call Test する直前の rsp は 16 の倍数です。
- call Test 命令によって rsp は 8 減算されます(整合されなくなりました)
- その状態であなたのコードが call print をしてしまうと rsp が整合されていないので abi 違反
- つまり暴走しても強制終了しても文句言えない
- 正しく動かすには rsp の再整合を行う prologue epilogue コードが必要

もし正しく print() 関数が呼び出せてかつ戻ってこれるなら、その返却値が rax に格納される、というのは認識の通りです。が、現状不正な手続きで print() 関数を呼んでいるため print() 処理中にエラーが発生し OS によって強制終了させられています。なので結果的には「取得できない」ように見えています。 abi 仕様を満足させるべく rsp のアラインメントを正しく取るように修正するとうまく動くと思われます。

# 既に指摘のある文字列の終端 \0 に関しては正しく修正が必要

x86 や x64 の abi は、アセンブラコードを人間が手書きするには難しすぎてお勧めできないです。この例においても当該 Test() を C ソースで書いてアセンブラ出力させると予想しないほど面倒な prologue epilogue コードが生成されているのが観測されるはずです。

mov rcx,message があなたの期待した動作をするかについては触れないでおくっス。多分こっちも修正する必要がありそう( nasm は全然使っていないので保留)

オイラの後輩君がアセンブラ始めたいって言うなら Arm Cortex とかをお勧めします。 Raspberry pi が流行してるのは伊達ではないっス。

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C言語における文字列、というのはどういうものか、を確認しましょう
本来なら、'\0'を終端に付けた文字配列、のはずですが、あなたのコードではそうなっていません。
また、あなたの使っているコンパイラ(GCC)の呼出規約を確認しましょう。
そのとおりになっていますか?

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  • 回答ありがとうございます、"\0"を終端に含めた文字列としてアセンブラで表現するには、どのような記述が有効でしょうか?呼び出し規約については把握はしていませんが、確認方法があればご教示頂けると幸いです。現状、アセンブラのTest関数で外部関数を何もコールせず、単純に引数と戻り値だけを定義する実装であれば、main関数で正常に呼び出すことはできています。Test関数で何か外部関数を呼び出した時に強制終了が発生します Commented 2023年11月29日 9:32
  • 呼出規約、ってのは、C言語の関数に対して、引数はどういうふうに与えて、戻り値はどこからどういうふうに取得するのか、ということを定義したもの、です。
    – y_waiwai
    Commented 2023年12月2日 23:07
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返信欄で文章が上手く改行されないので、回答欄より失礼します
774RRさんの回答を受け、16byte alignというワードをヒントにコードを修正しました

まだ理解は追いついていないのですが、まずこの16の倍数に整合させるというのは関数コールの直前にとりあえずrspを追加で8減算しておくということでしょうか?
関数コールをするとリターンアドレスの領域が確保されると思いますので、その影響でrspの減算によりスタック領域が確保され、16の倍数から外れる、という解釈で合っていますか?

以上のように考え、Test関数を以下のように整形しました

;Asm.asm

bits 64

extern print

section .data
message: db "Success",10

section .text
global Test

Test:
    sub rsp,8
    mov rcx,message
    call print
    add rsp,8
    ret

関数の終了時にはretによって直前のアドレスに格納された整数がリターンアドレスと認識されるはずなので、main関数からのTest関数のコール時にスタックへプッシュされた値が格納されるアドレスを指し直すように関数コール後にrspの値を元に戻しています

以上のコードより再度生成したa.exeを実行すると、以下の結果が得られました

Success
Success

今度は、期待された通りに動作しています

一応、実現したいことの本懐は達成されたので質問自体は解決なのですが、上記のコードが安全なのか、引数の記述を修正した方がいいという指摘を受けたことも含め、不安が残っています
セオリーとなる記述形式があれば知りたいです

なにはともあれ、ヒントを提示頂いた774RRさんをはじめ、回答を下さった方々に感謝します
ありがとうございました

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  • この件に関しては100%正しい完璧な対処です。 message0 が無い点だけ惜しい。 stackoverflow は1問1答を是とするらしいので、追加な質問については別スレッドを起こすことをお勧めします。
    – 774RR
    Commented 2023年12月2日 0:03
  • ありがとうございます、確かに追加で質問しているように見えるかもしれないですね。必要によって改めて新規に質問しようと思います。また機会がありましたらよろしくお願いします。 Commented 2023年12月2日 2:22
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    100%正しい完璧な対処らしいですが、もし足し引きする値が16だったらどうなりますか?
    – dameo
    Commented 2023年12月2日 6:18
  • この例題では 16n+8 を加減すればよい状況で、だから 8 引いてるから正しいっス。前提条件ひっくり返してどや顔されてもねー。
    – 774RR
    Commented 2023年12月3日 23:20
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回答ではありません

mingw64のgcc(GNU cc)とGNU asを使って動く参考コード(bashスクリプト)です。

cat >win.c <<EOF
//win.c

#include <stdio.h>

extern char* Test();

int main()
{
        printf("%s",Test());
}

char* print(char* c)
{
        printf("%s",c);
        return c;
}

char* print_address(void* p)
{
        printf("%p\n", p);
        return p;
}
EOF
cat >asm.S <<EOF
#asm.S

.section .text
message: .asciz "Success\\n"

.global Test

Test:
    # shadow spaceを0クリアしておく
    push    %rbp
    xor     %rcx, %rcx
    push    %rcx
    push    %rcx
    push    %rcx
    push    %rcx
    mov     %rsp, %rbp

    # 元の呼出
    lea     message(%rip), %rcx
    call    print

    # shadow spaceの内容を出力
    sub     \$0x20, %rsp    # 出力用にもう一段shadow spaceを用意
    mov     0(%rbp), %rcx
    call    print_address
    mov     8(%rbp), %rcx
    call    print_address
    mov     16(%rbp), %rcx
    call    print_address
    mov     24(%rbp), %rcx
    call    print_address
    add     \$0x20, %rsp    # 追加したshadow spaceを削除
    
    # shadow spaceを削除
    add     \$0x20, %rsp
    pop     %rbp
    lea     message(%rip), %rax
    ret
EOF
gcc -g -c win.c
gcc -g -c asm.S
gcc win.o asm.o -o hoge
./hoge
# 出力例
# Success
# 00007ff704c11530
# 0000000000000000
# 0000000000000000
# 0000000000000000
# Success
#
# print呼出時にshadow spaceの先頭8バイト(第一引数)が書き換えられてるのが分かる

あと参考リンク
https://en.wikipedia.org/wiki/X86_calling_conventions#Microsoft_x64_calling_convention

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  • コードと資料のご提示ありがとうございます。一度質問を解決済みとして締めて以降、返信状況を確認しておらず、今し方気がついた次第です。コメントへの対応が遅れてしまい申し訳ありません。と同時に有益なご指摘とヒントの提供に感謝します。自分なりに回答を導きつつ、また理解に詰まることがあれば新しく質問を立てたいと考えているので、その節もまた宜しければ回答あるいはコメントを頂けたら幸いです。 Commented 2023年12月2日 11:37

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