IBM System z 中国实验室

适宜读者：（一年及以上主机经验）

背景知识：（z/OS基础知识）

原文： http://www.ibm.com/developerworks/rational/cafe/docBodyAttachments/2652-102-1-3447/C_CXX_Cafe_Metal.doc

有力的工具

汇编语言是强大的。它接近底层的硬件结构，允许你访问底层系统功能并与操作系统紧密交互。它没有运行时依赖。总之，它几乎允许你做你想做的任何事情。

但是，汇编语言需要你拼凑出所有的细节的代码。你需要关注树叶和树木，而不是森林里的整体景观。你需要花时间在低级别的细节，而不是高层逻辑。你需要跟踪底层机器的每一步指令，它是乏味的。一个汇编程序需要花大量时间来编写和调试，并且由此产生的代码很难维护。

如果可以使用高层语言来做底层编程不是更好吗？

XLC编译器的METAL选项就是带着这种目的设计出来的。METAL的概念是这样的：用编译器生产可以与汇编交互作用的代码，因此它是接近硬件——金属的。使用METAL选项，你现在可以使用C语言特性来表达底层编程逻辑，使你摆脱单调乏味的任务。例如通过METAL C编写用户退出程序，为管理寄存器和开发正确的指令序列等。让我们花些时间看看METAL选项可以做些什么。

接近底层

XLC编译器生成的代码在运行时需要LE（Language Environment）来建立一个整体的上下文环境。C的标准库函数也需要调用LE提供的服务。最明显的例子就是那些管理堆存储和动态存储区，做文件输入输出，处理异常情况的函数。如果你的C程序想要接近金属，那它就需要有办法直接获取系统服务。因为你只能通过汇编宏来获取这些服务，编译器就需要把你编写的汇编代码嵌入在C程序中。编译器还需要使C程序遵从操作系统环境的规范。

首先，通过METAL选项生产汇编形式的源码。然后你可以把这些汇编源代码交给高级汇编程器，编译，链接，像任何其他的汇编程序一样，最终得到独立于LE的代码。你可以写一个语句，例如：（X + Y * Z＞0）X = X。XLC编译器将其转为汇编指令。你工作在高层次逻辑上，让编译器为你生成汇编代码，这些代码是接近底层的。你可以通过下面这个简单的程序例子来快速尝试它：

<hello.c>

int abc;

int xyz;

int main() {

xyz = abc + abc;

return xyz;

}

</hello.c>

使用z/OS UNIX， 你可以使用xlc命令来编译hello.c:

xlc -S -qMETAL hello.c

-S 标志要求编译器生成汇编代码；输出文件是hello.s。-qMETAL 指明使用METAL编译选项。你可以用汇编器像对待其他汇编文件一样来编译和链接hello.s文件，得到的程序是独立于Language Environment（LE）的。

保持在局部

普通的C程序需要LE提供支持的一个原因就在于需要栈，局部变量都会保存在栈上。普通的C程序需要LE提供的运行时环境来管理栈。在做底层编程时，这可能成为一个障碍，因为你需要自己的内存管理机制。

METAL C 通过让你定制prolog函数和epilog函数来让你达到控制堆栈分配的目的。编译器会在函数的开始和结尾生产一些代码，这些代码会为函数中的局部变量申请存储空间。METAL C会提过一个默认的代码序列。但是你可以通过覆盖来使用你自己的代码从而使你可以按照自己的机制来分配栈。

保护你的投资

但是对于已经存在的库和高级汇编代码呢？这些代码是多年累积的结果，封装了大量富有技巧的编程人员的知识和经验，你不能把它们随意丢弃。METAL C会允许你进入这些资源。

METAL C中的函数调用和参数传递遵循MVS链接惯例。例如，当你从C程序中调用一个函数，编译器设置参数列表，寄存器1指向参数列表，就像你用汇编代码调用一个函数程序一样。在编写C调用语句时，你可以把汇编程序像其他C程序一样对待 - C程序和你的汇编程序是可以交互的。现在你可以通过用C编写的代码来增强你的汇编程序集。

珍珠

嗯，你也许会说，这些都很好，但是你担心的并不仅仅是汇编程序，而是那些汇编宏。这些汇编宏包含了去访问底层服务的代码 — 它们才是珍珠。系统服务的躯体非常庞大，这些系统服务只能通过这些汇编宏来获得。你也许有一些这种宏，它们都是很好的东西。这些宏只能通过汇编代码来调用。我们需要一种方法来打开蚌壳获得珍珠。

没问题； METAL C 有一个能打开蚌壳的帮手 — 你可以在你的C函数中嵌入一段汇编程序。更进一步，你可以通过C变量来引用这些通过汇编指令获得的值。例如：在一个C函数中，你可以设置STORAGE宏的参数，调用SOTRAGE宏，然后把获取的存储地址存在一个C变量中。所有这些都可以在一个C函数中完成。你甚至可以开发自己的C库来获取系统调用，按照自己的意图来设计裁剪高层应用程序接口。

关键在寄存器

有时，一个汇编编写的应用程会保留一些特定的寄存器作特殊用途。例如，为了效率的考虑而使用它们来存储一些关键数据块。当然，你可以使用我们前面提到的嵌入汇编代码的方法来完成这一目的。但是METAL C提供了一种更加简单的方式 — 你可以把一个寄存器和一个指针型变量联系在一起。指针型变量中的值就是寄存器的值。你可以申明一个C结构代表数据块。然后通过C程序中的指针型变量来访问这些数据。不需要任何汇编代码。

说到这里...

说道指针和数据块，如果你想操作非常大的表和数据块，而你又没有准备好AMOD64，你改怎么办呢？一个汇编应用程序也许会使用数据空间来完成这一任务。 METAL C则运行你用far 指针来访问这些数据空间。它们是C指针但是更宽。低字节是要访问的数据空间的地址，高字节是ALET。你可以像普通指针一样使用far指针。它可以被解引用，自增，自减，和指向同一地址空间的far指针相比较，等等。你可以用C编写一个程序，然后通过已经存在的汇编程序来调用它。现在你可以利用高级语言的便利来访问这些数据空间。

至于printf() 呢？

嗯，像其他的库函数一样，printf() 需要 Language Environment。因为我们想让代码独立于Language Environment，因此我们没有提供完整的C库。但是我们并没有失去一切。我们仍然在METAL C库中提供了一个有用的C库的子集。请参考其他比较文章来获取更多的细节。我们虽然无法提供输入输出功能，但我们仍然提供了sprintf(),注意不是printf(),而是sprintf()。它一样很有用。 你仍然可以使用%替换格式字符串带来的便利，把结果字符串放到一个buffer中，然后用WTO打印它。

结论：

以上这些代表了XLC中METAL选项的显著特性。它们可以在z/OS V1R9及以后的版本中获得。你可以通过各种方式来使用这些特性。如上所述，METAL C不需要你重写已有的汇编程序。METAL C意味着你可以和已经存在的汇编代码相交互，并且不依赖于Language Environment。在你写的汇编代码需要增加新功能时，你可以使用它。你投资的已有代码会得到保护，可以使用能更好的表达高层逻辑的编程工具来获益。如果愿意，你可以用 METAL C重写一些经常需要得到维护的程序，当然，你可以用METAL C来编写用户退出程序。你有一个接近底层硬件的强力工具。最重要的是，你可以使用XLC的能力来优化你的程序，使之适应于你所拥有的最新平台。

关于更多METAL编译选项的信息以及特性可以参考：z/OS V1R9.0 Metal C Programming Guide and Reference (SA23-2225-00) 和 z/OS XL C/C++ User's Guide (SC09-4767-06).

作者：YING-CHAU MAK

译者：罗亮

邮箱: luoliangATcn.ibm.com(请替换AT为@)

内容声明：本文仅代表作者的个人观点，与IBM立场，策略和观点无关。文中专业名词因翻译原因，表述中难免存在差异。如有疑惑，请以英文为准。同时数据来源于实验室环境，仅供参考。如果您对我们的话题感兴趣，请通过电子邮箱联系我们。