Fasm

Fasm (стилизовано fasm под минускул; сокр. от flat assembler) — свободно распространяемый многопроходной ассемблер, написанный Томашем Грыштаром (пол. Tomasz Grysztar). Ассемблер fasm самодостаточен^[1], изначально компилировался TASM-ом и стал способен собираться из собственных исходных кодов начиная с 4 мая 1999 в версии 0.90. Также fasm обладает небольшими размерами и очень высокой скоростью компиляции^{[источник не указан 1289 дней]}, имеет богатый и ёмкий макро-синтаксис, позволяющий автоматизировать множество рутинных задач^[3][4]. Поддерживаются как объектные форматы, так и форматы исполняемых файлов. Это позволяет в большинстве случаев обойтись без компоновщика. В остальных случаях нужно использовать сторонние компоновщики, поскольку таковой вместе с fasm не распространяется.

flat assembler
Скриншот FASM с кодом из поставляемых примеров
Тип	компилятор
Разработчик	Томаш Грыштар
Написана на	язык ассемблера
Операционные системы	Unix-подобная операционная система, Windows, MS-DOS, DOS, Linux, OpenBSD, MenuetOS и KolibriOS
Первый выпуск	1999
Последняя версия	1.73.32[1] (4 декабря 2023; 20 месяцев назад (2023-12-04))
Репозиторий	github.com/tgrysztar/fasm
Создаваемые форматы файлов: Executable and Linkable Format, COFF и Portable Executable
Лицензия	2-пунктная лицензия BSD[вд][2]
Сайт	flatassembler.net (англ.)

Помимо базового набора инструкций процессора и сопроцессора^{[каких?]}, fasm поддерживает наборы инструкций MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, SSE4a, AVX, AVX-2, AVX-512, 3DNow!, дополнительные расширения AES, CLMUL, FMA, FMA4, XOP, а также EM64T и AMD64 (включая AMD SVM и Intel SMX).

Все вариации fasm непосредственно могут создавать выходные файлы в следующих, предустановленных в ассемблер, форматах: объектные файлы (стандартно для большинства ассемблеров): Executable and Linkable Format (ELF) или Common Object File Format (COFF, классический или в спецификации Microsoft), исполняемые файлы (не требует дополнительных компоновщиков): MZ, ELF или Portable Executable (PE) (WDM драйвера включительно, с возможностью настройки MZ DOS stub). Для генерации файлов в формате, отличном от предустановленных, есть формат бинарный файл, дающий программисту полный контроль за каждым байтом выходного файла, однако всю структуру, содержание и взаимосвязи такого файла программисту придётся описывать непосредственно.

В качестве родной целевой архитектуры используются архитектуры IA32 и x86-64. Присутствует неофициальное дополнение FASMARM, в котором родные целевые архитектуры ARM и ARM64. Реализация целевых архитектур, отличных от родной, аналогична подобной реализации на любом другом ассемблере - для этих целей используются макрокоманды и директивы определения данных.

История

Проект был начат в 1999 году Томашом Грыштаром (пол. Tomasz Grysztar), который на тот момент был студентом. Его исходный код был полностью написан на языке ассемблера TASM. Начиная с версии 0.90 (4 мая 1999) ассемблер fasm стал самодостаточен(его исходный код был адаптирован под родной диалект и собирался самим ассемблером fasm). В марте 2000 года fasm был опубликован в сети Интернет.

Изначально fasm запускался только из 16-разрядного плоского реального режима. Затем была добавлена поддержка 32-разрядности и в дополнение к ней поддержка DPMI. Исходный код был переписан таким образом, чтобы его легко можно было портировать под любую x86 операционную систему, поддерживающую 32-битную адресацию. Он был портирован на Windows, затем на Linux.

Принципы

• fasm стремится использовать минимально возможный набор директив препроцессора, т. е. в предустановленном наборе директив не допускается внедрение новых директив, функциональность которых может быть достигнута имеющимся набором директив. Исключение — исторически сложившиеся взаимозаменяемые директивы.

• fasm — многопроходный ассемблер с оптимистическим предсказанием, т. е. на первом же проходе ассемблер делает предположение, что все инструкции принимают свою минимально возможную по размеру форму. Многопроходность также позволяет неограниченно использовать выражения до их объявления.

• fasm не включает в выходной файл объявления не используемых процедур (реализовано посредством макрокоманд).

Содержимое выходного файла зависит только от содержания исходного кода и не зависит от окружения операционной системы или от параметров переданных в командной строке. Для тех кому данный принцип был неудобен для win32 была разработана обёртка «FA»^[5], позволяющая подключить к файлу другой файл не непосредственно в коде, а через командную строку.

Исходный код для fasm может собираться сразу в исполняемый файл, минуя стадии создания промежуточных объектных файлов и их компоновки.

Процесс компиляции

Компиляция программы в fasm состоит из трёх стадий: препроцессирование, синтаксический анализ и ассемблирование.

Препроцессирование

Первая стадия (препроцессинг) выполняется в 1 проход, вначале исходный текст токенизируется, затем в нём распознаются и обрабатываются все директивы процессора, раскрываются все макросы и все символические константы. Поскольку дополнительных проходов этой стадией не предусмотрено, любой элемент языка, обрабатываемый на этой стадии, должен быть вначале объявлен, и только затем он может быть использован.

Синтаксический анализ

Вторая стадия, на этой стадии происходит дополнительная классификация токенов (т.к. даже типы токенов и требования к ним на стадиях препроцессирования и ассемблирования немного разные), для некоторых токенов создаются дополнительные структуры свойств, которые впоследствии будут использоваться при ассемблировании.

Ассемблирование

На стадии ассемблирования определяются адреса меток, обрабатываются условные директивы, раскрываются циклы и генерируется собственно программа.Стоит заметить, что fasm — многопроходной ассемблер, что позволяет ему делать некоторые оптимизации (например, генерировать короткий переход на метку вместо длинного). Во время прохода компилятор не всегда может вычислить выражение в условных директивах. В этом случае он делает какой-нибудь выбор и пытается скомпилировать дальше. Благодаря тому, что адреса меток, вычисленные на N-м проходе, используются на N+1-м проходе, этот процесс обычно сходится.

Формат записи инструкций

Используется Intel-синтаксис записи инструкций.

Единственное существенное отличие от формата, принятого в других ассемблерах (MASM, TASM в режиме совместимости с MASM) — значение ячейки памяти всегда записывается как [label_name], а просто label_name означает адрес (то есть порядковый номер) ячейки. Это позволяет обходиться без ключевого слова offset. Также в fasm при переопределении размера операнда вместо byte ptr пишется просто byte, вместо word ptr — word и т. д. Не позволяется использовать несколько квадратных скобок в одном операнде — таким образом, вместо [bx][si] необходимо писать [bx+si]. Эти изменения синтаксиса привели к более унифицированному и лёгкому для чтения коду.

Пример программы

Пример Windows-программы «Hello, world!», которая выводит это сообщение с помощью функции MessageBox и завершается:

Пример 1

         format  pe gui 4.0
         entry   start
         include 'win32a.inc'

 start:
         invoke  MessageBox,NULL,message,message,MB_OK
         invoke  ExitProcess,0

 message db 'Hello, World!',0

         data    import
         library kernel32,'kernel32.dll',\
                 user32,'user32.dll'
         include 'api/kernel32.inc'
         include 'api/user32.inc'
         end     data

Пример 2

         include 'win32ax.inc'
 .code
 main:
         invoke  MessageBox,NULL,'Hello, World!','fasm message box:',MB_OK
         invoke  ExitProcess,0
 .end main

Усложнённый вариант, с уточнением секций в PE-файле:

         format  pe gui
         entry   start
         include 'win32a.inc'

 section '.data' data readable writeable

 message db      'Hello, World!',0

 section '.code' code readable executable

 start:
         invoke  MessageBox,NULL,message,message,MB_OK
         invoke  ExitProcess,0

 section '.idata' import data readable writeable
         library kernel32,'kernel32.dll',\
                 user32,'user32.dll'
         import  kernel32,\
                 ExitProcess,'ExitProcess'
         import  user32,\
                 MessageBox,'MessageBoxA'

Пример простой консольной программы в формате .COM:

        org      100h

        mov      ah,9h
        mov      dx,hello
        int      21h
        mov      ah,8h
        int      21h
        int      20h

 hello  db       13,10,"Hello, World!$"

Пример простой программы в формате ELF:

format ELF executable 3
entry start

segment readable executable

start:
        mov     eax,4
        mov     ebx,1
        mov     ecx,msg
        mov     edx,msg_size
        int     0x80

        mov     eax,1
        xor     ebx,ebx
        int     0x80

segment readable writeable

msg db 'Hello world!',0xA
msg_size = $-msg

Формат выходных файлов

С помощью директивы format можно указать следующие форматы выходных файлов:

• MZ — исполняемые файлы DOS.
• PE — исполняемые файлы Windows (консольные, графические приложения и динамические библиотеки).
  • PE64 — исполняемые файлы 64-битных версий Windows.
• COFF, MS COFF, MS64 COFF, ELF, ELF64 — объектные файлы.
• ELF executable, ELF64 executable — исполняемые файлы в Unix-подобных системах.
• ARM — разработка энтузиастов ^[6].
• Binary — файлы произвольной структуры. Указав смещение 100h (org 100h), можно получить исполняемый файл формата .COM. Также с помощью format binary можно компилировать файлы данных^[7].

Операционные системы

• DOS;
• Windows: NT, XP, Vista, 7;
• Основанные на Linux — напрямую, через системные вызовы;
• FreeBSD;
• Другие, основанные на libc (Unix-подобные);
• MenuetOS, KolibriOS — не поставляется в стандартном пакете fasm, поставляется вместе с этими операционными системами.

Применение

Операционные системы, написанные на fasm:

• DexOS — автор Ville Turijanmaa
• MenuetOS — 32- и 64-битные графические операционные системы, автор Ville Turijanmaa
  • KolibriOS — форк MenuetOS

Компиляторы, использующие fasm как бекэнд ассемблер:

• PureBasic
• High Level Assembly (HLA)
• BlitzMax

IDE, основанное на fasm:

• Fresh — проект, поддерживаемый интернет сообществом, основанный John Found

Поддержка fasm в сторонних программных продуктах

Файл поддержки синтаксиса fasm поставляется вместе с базовым пакетом Vim.

Использование fasm поддерживают многие специализированные IDE, такие как RadASM, WinAsm Studio, Fresh (специально спроектированный под fasm) и т. д.