ARM GNU中汇编器指令.rept的详细用法

好的，我们来详细探讨 ARM 汇编语言（GNU 汇编器语法）中 .rept 伪指令的用法。这是一个非常强大的工具，用于在汇编时（assemble-time）重复生成一段相同的代码或数据模式，可以极大地减少重复性工作并提高代码的可维护性。

1. .rept 的核心作用：重复汇编代码块

.rept 伪指令的核心作用是：指示汇编器将一段代码块重复汇编指定的次数。

它不是一个在运行时执行的循环指令（如 bne），而是一个汇编器指令。它在汇编阶段就展开，最终生成的是重复了 N 次的硬编码指令或数据。

一个简单的比喻：

• 运行时循环 (b loop)：像是一个厨师在炒菜，一遍又一遍地重复同一个翻炒动作。
• .rept 伪指令：像是让复印机一次性复印 10 份相同的文档。最终你得到的是 10 份副本，而不是一台复印机。

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2. 语法结构

.rept 需要和 .endr (end repetition) 配对使用，以标记重复代码块的边界。

.rept <number_of_times>   @ 指定重复次数
    @ 这里是要被重复的代码或数据
    @ 可以是任何有效的汇编语句：
    @   - 指令 (e.g., nop, mov r0, #0)
    @   - 数据定义 (e.g., .word 0)
    @   - 其他伪指令
.endr                     @ 重复块的结束标记

• number_of_times： 一个常量表达式，用于指定重复的次数。这个值必须在汇编时就能确定，不能是寄存器值或变量。

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3. 实际应用场景与示例

场景一：生成空操作 (NOP) 指令序列

在嵌入式开发中，经常需要插入短暂的延时或填充指令流水线。使用 .rept 来生成一长串 nop 指令非常方便。

.text
.global delay

delay:
    .rept 100        @ 重复 100 次
        nop          @ 每次重复生成一条 nop 指令
    .endr
    bx lr

汇编后，delay 函数内部会展开为 100 条连续的 nop 指令。

场景二：初始化数组或内存区域

在数据段中，快速初始化一个具有相同或规律值的数组。

.data
/* 初始化一个所有元素都为 0 的 256 字数组 */
zero_array:
    .rept 256
        .word 0      @ 重复生成 256 个 .word 0
    .endr

/* 初始化一个查找表（例如 0, 1, 2, 3...） */
counter_table:
    .rept 10         @ 重复 10 次
        .word . - counter_table @ 利用当前地址计算值
    .endr            @ 这将生成 [0, 4, 8, ... 36]？
                    @ 注意：更常用的方法是使用计数器

场景三：创建函数跳转表或中断向量表

在编写操作系统或裸机程序时，可能需要初始化大量具有相同结构但略有不同的条目。

.section .isr_vector
/* 假设我们有很多未使用的中断向量，先默认填充为一个通用处理函数 */
    .rept 128                            @ 重复 128 次
        .word default_irq_handler        @ 每个向量都填充为同一个函数的地址
    .endr

/* 然后覆盖那些需要特殊处理的向量 */
    .word reset_handler                  @ 第 0 个向量是复位
    .word nmi_handler                    @ 第 1 个向量是 NMI
    @ ... 等等 ...

场景四：展开循环以优化性能（手动循环展开）

在极其注重性能的代码中，为了消除循环判断的开销，会手动将循环体展开多次。.rept 可以优雅地完成这个任务。

/* 一个非常高效的内存填充函数（示例片段） */
fill_memory:
    mov r2, #0
    .rept 16         @ 将循环体展开 16 次！
        str r2, [r0], #4
    .endr
    subs r1, r1, #16 @ 每次循环处理了 16 个元素
    bne fill_memory
    bx lr

这个例子中，.rept 16 将核心的 str 指令复制了 16 次，使得每次循环迭代能处理 16 个数据，大大减少了循环条件判断 bne 的次数，从而提升性能。

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4. 高级用法：与 .if 条件汇编和局部符号结合

.rept 块内部可以配合 .if 等条件汇编伪指令，实现更复杂的逻辑。

.data
/* 生成一个序列，但跳过某些值 */
complex_array:
    .set index, 0           @ 定义一个汇编时计数器
    .rept 20
        .if index % 3 != 0  @ 如果 index 不是 3 的倍数
            .word index * 10
        .else
            .word 0xFFFFFFFF @ 如果是，则填充一个特殊值
        .endif
        .set index, index + 1 @ 计数器递增
    .endr

这个例子展示了如何在 .rept 循环内使用条件判断和计数器来生成一个非单调的序列。

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5. .rept 与 .macro 的区别

这是一个重要的概念。两者都用于减少重复代码，但机制不同：

特性	.rept	.macro
本质	重复一段固定的代码块。	定义一个可重用的代码模板。
参数	只能控制重复次数。	可以定义参数（如 %arg1, %arg2），每次调用可以传入不同的值，灵活性极高。
用途	生成完全相同或规律性强的模式。	生成结构相似但细节不同的代码，更像一个函数。
复杂性	相对简单，适用于直线性重复。	更强大和复杂，可以创建非常抽象的代码块。

简单选择：

• 如果需要完全一样的东西重复 N 次，用 .rept。
• 如果需要一个可以传入不同参数的“函数”模板，用 .macro。

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总结

要点	描述
核心作用	汇编时的重复指令，用于生成重复的代码或数据模式。
关键性质	是汇编器伪指令，不是 CPU 指令。在源代码被汇编成机器码时就已经展开。
语法	.rept <count> 和 .endr 必须成对出现。
主要用途	1. 快速初始化数组或内存区域。 2. 插入延时（NOP 序列）。 3. 手动循环展开以优化性能。 4. 填充向量表或跳转表。
高级用法	可与 .set 定义的计数器、.if 条件汇编结合，生成复杂模式。
相关概念	与 .macro（宏）有区别：.rept 用于简单重复，.macro 用于参数化模板。

简单来说：当你发现在编写大量重复或高度规律的代码行时，就应该立即想到使用 .rept 伪指令来简化你的工作。 它是编写简洁、高效、易于维护的汇编代码的利器。