“nop dword ptr [rax+rax]”x64 汇编指令有什么作用？

Question

我试图了解编译器完成的x64程序集优化。

我在 Windows 8.1 上使用Visual Studio 2008 SP1 IDE 编译了一个小的 C++ 项目作为Release版本。

其中一行包含以下汇编代码：

B8 31 00 00 00   mov         eax,31h
0F 1F 44 00 00   nop         dword ptr [rax+rax]

这是一个屏幕截图：

据我所知， nop本身就是do nothing ，但我从来没有见过这样的操作数。

有人能解释一下它有什么作用吗？

Answer 1

在本页其他地方的评论中， Michael Petch指向一个描述Intel x86多字节 NOP 操作码的网页。 该页面有一个有用信息的表格，但不幸的是 HTML 乱七八糟，因此您无法阅读。 以下是该页面的一些信息，以及该表格呈现的可读形式：

多字节 NOP
^{http://www.felixcloutier.com/x86/NOP.html}
一字节的 NOP 指令是 XCHG (E)AX, (E)AX 指令的别名助记符。

多字节 NOP 指令对支持的处理器不执行任何操作，并在不支持多字节 NOP 指令的处理器上产生未定义的操作码异常。

指令的内存操作数形式允许软件创建一个“无操作”的字节序列作为一条指令。

对于需要多字节 NOP 的情况，推荐的操作（32 位模式 和 64 位模式 ）是： [我的编辑：在 64 位模式下，写rax而不是eax 。 ]

\n长度组装字节序列\n ------- ------------------------------------------ - -------------------------\n 1 字节 nop 90\n 2 字节 66 nop 66 90\n 3 字节 nop dword ptr [eax] 0F 1F 00\n 4 字节 nop dword ptr [eax + 00h] 0F 1F 40 00\n 5 字节 nop dword ptr [eax + eax*1 + 00h] 0F 1F 44 00 00\n 6 字节 66 nop 字 ptr [eax + eax*1 + 00h] 66 0F 1F 44 00 00\n 7 字节 nop dword ptr [eax + 00000000h] 0F 1F 80 00 00 00 00\n 8 字节 nop dword ptr [eax + eax*1 + 00000000h] 0F 1F 84 00 00 00 00 00\n 9 字节 66 nop word ptr [eax + eax*1 + 00000000h] 66 0F 1F 84 00 00 00 00 00\n

请注意，选择正确字节序列的技术——从而选择所需的总大小——可能因您使用的汇编程序而异。

例如，从表中截取的以下两条装配线表面上是相似的：

nop dword ptr [eax + 00h]
nop dword ptr [eax + 00000000h]

它们仅在前导零的数量上有所不同，并且一些汇编程序可能很难禁用其始终编码尽可能短的字节序列的“有用”功能，这可能会使第二个表达式无法访问。

对于多字节 NOP 情况，您不需要这种“帮助”，因为您需要确保实际获得所需的字节数。 所以问题是如何指定mod和r/m位的精确组合，最终得到所需的显示大小——但仅通过指令助记符。 这个主题很复杂，当然超出了我的知识范围，但Scaled Indexing 、 MOD+R/M和SIB可能是一个起点。

现在我知道你只是在想，如果你发现很难或不可能通过指令助记符来强制你的汇编程序的合作，你总是可以诉诸db （“定义字节”）作为一个简单的没有大惊小怪的替代方案，嗯，保证上班。

Answer 2

正如评论中指出的那样，当该指令是循环中的第一条指令时，它是一个多字节 NOP，通常用于将后续指令与 16 字节边界对齐。

这种对齐可以帮助提高指令获取带宽，因为指令获取通常以 16 字节为单位进行，因此对齐循环的顶部可以最大程度地进行解码而不会出现瓶颈。

随着循环缓冲区和uop 缓存的引入对对齐不那么敏感，这种对齐的重要性可以说没有以前那么重要了。 在某些情况下，这种优化甚至可能是一种悲观主义，尤其是当循环执行次数很少时。

Answer 3

当使用跳转指令执行从较大地址到较低地址（0EBh XX - jmp short）和（0E9h XX XX XX XX - jmp near）的跳转指令时，会完成此代码对齐，其中 XX 在两种情况下都是带符号的负数。 因此，编译器将需要执行跳转的代码块对齐到 10h 字节边界。 这将提供优化和代码执行加速。