x86-64 (AMD64) 架构中是否有默认操作数大小？

这是关于 x86-64 (AMD64) 架构中操作数大小覆盖前缀的问题。

这是一堆汇编指令（nasm）及其编码；经过new我的意思是 r8, ..., r15 寄存器：

                                                                   67: address-size override prefix
                                                                   |
                                                                   |  4x: operand-size override prefix
                                                                   |  |
   ;   Assembler                   ; | Dst operand | Src operand | -- --
       mov      eax,ecx            ; | 32-bit      | 32-bit      |       89 C8     |
       mov      r8d,ecx            ; | 32-bit new  | 32-bit      |    41 89 C8     |
       mov      eax,r9d            ; | 32-bit      | 32-bit new  |    44 89 C8     |
       mov      r8d,r9d            ; | 32-bit new  | 32-bit new  |    45 89 C8     |
       mov      rax,rcx            ; | 64-bit      | 64-bit      |    48 89 C8     |
       mov      r8,rcx             ; | 64-bit new  | 64-bit      |    49 89 C8     |
       mov      rax,r9             ; | 64-bit      | 64-bit new  |    4C 89 C8     |
       mov      r8,r9              ; | 64-bit new  | 64-bit new  |    4D 89 C8     |

       lea      eax,[ecx]          ; | 32-bit      | 32-bit      | 67    8D 01     |
       lea      r8d,[ecx]          ; | 32-bit new  | 32-bit      | 67 44 8D 01     |
       lea      eax,[r9d]          ; | 32-bit      | 32-bit new  | 67 41 8D 01     |
       lea      r8d,[r9d]          ; | 32-bit new  | 32-bit new  | 67 45 8D 01     |
       lea      rax,[rcx]          ; | 64-bit      | 64-bit      |    48 8D 01     |
       lea      r8,[rcx]           ; | 64-bit new  | 64-bit      |    4C 8D 01     |
       lea      rax,[r9]           ; | 64-bit      | 64-bit new  |    49 8D 01     |
       lea      r8,[r9]            ; | 64-bit new  | 64-bit new  |    4D 8D 01     |

       push     rax                ; |             | 64-bit      |       50        |
       push     r8                 ; |             | 64-bit new  |    41 50        |

通过研究这些指令以及其他寄存器的相同指令，我得出以下结论。 “旧”寄存器和“新”寄存器之间存在配对。非详尽地：

   AX <--> R8
   CX <--> R9
   DX <--> R10
   BX <--> R11
   BP <--> R13 

忽略大小前缀，指令字节并不引用特定的寄存器，而是引用寄存器对。例如：字节 89 C8 表示从源（ecx、rcx、r9d 或 r9）到目标（eax、rax、r8d 或 r8）的 mov 指令。鉴于操作数必须同时为 32 位或 64 位宽，因此有八种合法的可能组合。操作数大小覆盖前缀（或不存在）指示那些组合中的哪一个是预期的组合。例如，如果前缀存在并且为 44，则源操作数必须是 32 位新寄存器（在本例中然后折叠为 r9d），并且目标必须是 32 位旧寄存器（此处发送 eax 信号）。

我可能不完全正确，但我想我明白了它的要点。那么操作数大小覆盖前缀所覆盖的事实是，如果没有它们，指令将使用 32 位“旧”操作数。

但可以肯定的是，有一些东西让我无法理解，否则：谈论“默认操作数大小为 64 位的 x86-64 版本”有什么意义（例如here)?

或者有没有一种方法，在 64 位机器上运行，将默认操作数大小设置为 32 或 64，如果是这样，并且如果我的程序适当地设置机器，我会看到不同的编码？

另外：什么时候会使用 66H 操作数大小覆盖前缀？

是的，在 64 位机器代码中，大多数指令的默认操作数大小为 32 位，64 位堆栈和跳转/调用指令，以及 64 位loop and jrcxz。 （默认地址大小是 64 位，所以add eax, [rdi]是一个 2 字节指令，没有前缀。）不，默认值是不可更改的，你不能有 2 字节add rax, rdx.

64 位模式下的操作数大小编码

• 64 位操作数大小由 REX.W 表示（0x4?高位设置在低半字节中，48..4f)。对于默认为其他内容的操作码，清除 W 位的 REX 前缀永远无法将操作数大小覆盖为 32 位。 （喜欢push)
• 16 位操作数大小由一个信号表示0x66前缀，例如imul ax, [r8], 123
• 8 位操作数大小使用不同的操作码。 （8086 有 8 位和 16 位操作数大小；8 位操作数大小的操作码从那时起就没有变化。8086 的 16 位操作数大小的操作码的默认值与模式和前缀相关。）

（在其他模式下，没有REX，并且66将其设置为非默认值。）

有趣的事实：loop and jrcxz被覆盖通过地址大小前缀而不是操作数大小隐式使用 ECX 而不是 RCX。 IIRC，这是有道理的，因为分支的操作​​数大小属性会影响它是否将 EIP 截断为 IP。

例如，上面那些 NASM 语法示例的 GNU .intel_syntax 反汇编。

objdump -drwC -Mintel foo
  401000:       6a 7b                   push   0x7b
  401002:       66 6a 7b                pushw  0x7b
  401005:       03 07                   add    eax,DWORD PTR [rdi]
  401007:       66 03 07                add    ax,WORD PTR [rdi]
  40100a:       48 03 07                add    rax,QWORD PTR [rdi]
  40100d:       66 41 6b 00 7b          imul   ax,WORD PTR [r8],0x7b

请注意，imul 示例使用“高”寄存器，因此它需要一个 REX 前缀来表示 R8，而不需要一个 66 前缀来表示 16 位操作数大小。 .W 位是not设置在 rex 前缀中，它是0x41 not 0x49.

同时拥有 REX.W 和 a 是没有意义的0x66字首。在这种情况下，REX.W 前缀似乎“获胜”。单步执行66 48 05 40 e2 01 00 data16 add rax,0x1e240在 i7-6700k (Skylake) 上的 Linux GDB 中，单步使 RIP 指向整个指令的末尾（并将完整的立即数添加到 RAX），而不是将其解码为add ax, 0xe240并使 RIP 指向 4 字节立即数的中间。 （A66该操作码的前缀长度会发生变化，就像大多数具有 32 位立即数的操作码一样，它会变成 16 位。看https://agner.org/optimize/回复：LCP 停止运行。）

我让 NASM 发出它o16 add rax, 123456。 REX 前缀通常是正常的并且可以使用66前缀，例如编码add r8w, [r15 + r12*4]，需要在 REX 的低半字节中设置所有其他 3 位。

• 32-bit address大小由一个信号表示0x67前缀，例如add eax, [edx].

当然可以combined与操作数大小的东西，完全正交。

通常 32 位地址大小仅适用于Linux x32 ABI（长模式下的 ILP32 可节省指针密集型数据结构上的缓存占用空间）您可能希望从指针中截断高位垃圾，以确保地址数学正确换行以保留在低 4GiB 中，即使使用 32 位负数也是如此。

  401012:       67 03 04 ba             add    eax,DWORD PTR [edx+edi*4]

在其他模式下，67将地址大小设置为非默认值。 16 位地址大小也意味着 ModRM 字节的 16 位解释，因此仅[bx|bp + si|di]允许，没有 SIB 字节，以允许 32 / 64 位寻址的灵活性。

模式和默认设置

不，在 64 位模式下无法更改默认值。由 CS（或任何其他方法）选择的 GDT 条目中的不同位并不重要。 AFAIK，该表在https://en.wikipedia.org/wiki/X86-64#Operating_modes是模式和默认操作数/地址大小的可能组合的完整列表。

只有一组设置允许 64 位操作数大小。即使在任何传统模式下也不可能有 16 位操作数、32 位地址大小的组合。

从硬件复杂性的角度来看，这是有一定道理的。它需要支持的不同组合越多，CPU 中本已复杂且耗电的部分可能涉及的晶体管就越多。

（虽然默认stack推入/弹出隐式使用的地址大小由 SS 选择器 IIRC 独立选择。所以我认为你可以使用正常的 32 位模式add eax, [edx]是 2 个字节，除了使用 push/pop/call/retss:sp代替ss:esp。我从来没有尝试过设置。）

请注意，16 位 AX 对应于 16 位 R8W，而 RAX 和 R8 是通过 REX 前缀区分的对。

在汇编源代码中，没有默认值，它必须由寄存器隐含或显式指定。

除了一些具有push/pop默认值的汇编器，或者一些对其他情况有默认值的糟糕汇编器，包括GNU汇编器，例如add $1, (%rdi)默认为 dword，仅在最新版本中出现警告。 GAS 在模棱两可时出错mov，奇怪的是。 clang 的内置汇编器更好，在任何不明确的操作数大小上都会出错。