AMD64 - nopw汇编指令？

Question

在这个编译器输出中，我试图理解nopw指令的机器码编码是如何工作的：

00000000004004d0 <main>:
  4004d0:       eb fe                   jmp    4004d0 <main>
  4004d2:       66 66 66 66 66 2e 0f    nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)
  4004d9:       1f 84 00 00 00 00 00

在http://john.freml.in/amd64-nopl上有一些关于“nopw”的讨论。 任何人都可以解释4004d2-4004e0的含义吗？ 从查看操作码列表看， 66 ..代码似乎是多字节扩展。 我觉得我可能会得到一个比这更好的答案，除非我试图在几个小时内查看操作码列表。

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asm输出来自C中的以下（疯狂）代码，它优化为简单的无限循环：

long i = 0;

main() {
    recurse();
}

recurse() {
    i++;
    recurse();
}

当使用gcc -O2编译时，编译器会识别无限递归并将其转换为无限循环; 它实际上做得很好，事实上，它实际上在main()循环而不调用recurse()函数。

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编者注：带NOP的填充函数并不特定于无限循环。 在Godbolt编译器资源管理器中 ，这是一组具有一系列NOP长度的函数。

Answer 1

0x66字节是“操作数大小覆盖”前缀。 拥有多个这些相当于拥有一个。

0x2e在64位模式下是一个'空前缀'（否则它是CS：段覆盖 - 这就是它出现在汇编助记符中的原因）。

0x0f 0x1f是NOP的2字节操作码，采用ModRM字节

0x84是ModRM字节 ，在这种情况下编码使用5个字节的寻址模式。

一些CPU很难解码具有许多前缀的指令（例如，多于三个），因此指定SIB + disp32的ModRM字节是比使用五个以上前缀字节多出5个字节的更好方法。

Agner Fog microarch的AMD K8解码器pdf ：

每个指令解码器可以在每个时钟周期处理三个前缀。 这意味着可以在同一时钟周期中解码具有三个前缀的三个指令。 具有4 - 6个前缀的指令需要额外的时钟周期来解码。

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本质上，这些字节是一条长NOP指令，无论如何都不会被执行。 它在那里确保下一个函数在16字节边界上对齐，因为编译器发出了一个.p2align 4指令，因此汇编.p2align 4 NOP填充。 gcc的x86默认值是
-falign-functions=16 。 对于将要执行的NOP，长NOP的最佳选择取决于微体系结构。 对于在许多前缀上窒息的微体系结构，如Intel Silvermont或AMD K8，两个带有3个前缀的NOP可能解码得更快。

链接到（ http://john.freml.in/amd64-nopl ）的问题的博客文章解释了为什么编译器使用复杂的单个NOP指令而不是一堆单字节0x90 NOP指令。

您可以在AMD的技术参考文档中找到有关指令编码的详细信息：

• http://developer.amd.com/documentation/guides/pages/default.aspx#manuals

主要在“AMD64架构程序员手册第3卷：通用和系统指令”中。 我确信英特尔对x64架构的技术参考将具有相同的信息（甚至可能更容易理解）。

Answer 2

汇编程序（不是编译器）使用可以找到的最长NOP指令将代码填充到下一个对齐边界。 这就是你所看到的。

Answer 3

我猜这只是分支延迟指令。

Answer 4

我相信nopw是垃圾 - 我从未在你的程序中读过，因此没有必要增加它。