3. OpCode:Prefixes - Part I -优快云博客

本文通过实例详细解析了x86指令集中的前缀指令功能及其使用方法，包括如何改变默认操作数大小和重复执行指令等特性。

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3. Prefixes - Part I

转自老罗

To be, or not to be: that is the question.

-- William Shakespeare, "HAMLET".

Hello, Prefixes!

就像经典的“Hello World!”程序一样，让我们也从最简单的一个实例看起：

OpCode && mnemonic
OpCode	mnemonic
40	INC EAX
66 40	INC AX

假设默认的操作数是32位，我们就可以得到上表的结果。（为什么默认是32位？看到后面就会明白的）

我们可以看到，40表示的是INC EAX，66 40表示的是INC AX，两者的分别在于：前者的操作数是32位的(EAX)，而后者是16位的(AX)。

从OpCode的角度来看，后者比前者多了一个66，就导致了不同的结果，唔……Intel x86规定：

66是一个Prefix，我们把Prefix翻译为前缀，所谓前缀，就是与code进行组合用以产生出某些变化形式的“东西”。唔……好拗口啊，真不好解释，请看晕了的朋友不要抛砖头，继续往下阅读吧。

认识 Prefixes

回忆一下第一章中介绍的OpCode的6个域：

Prefixes
code
ModR/M
SIB
Displacement
Immediate

记住：

在实际的使用中，并不是这所有的6个域都会被用到的，但是有一项却是一定会有的，那就是第2项：code，有些指令甚至只会用到code这一项。
这6个域的排列顺序绝对不能乱，必须严格按照上面的顺序进行。有些域也许不会出现，但是只要出现了，编号小的域就绝对不允许出现在编号大的域的后面，反之亦然。

Prefixes是所有的域中最容易理解的一个，请先明了它的一些特性：

Prefixes的几个特性

1. 它是唯一的一个可能出现在code之前的域。
2. 所有的Prefixes都只有1个字节。
3. 在一个OpCode中可能会有多个Prefixes。

看看刚才提到过的prefix 66，这个prefix的意思是“切换默认的操作数的大小”。例如在有的系统中有2种默认的操作数大小：16位和32位。操作数有可能会被写成16位或者32位，唯一的区分方法是看它有没有prefix 66。

唔……是不是讲得不够清楚呢？我们来看看：

OpCode && mnemonic
OpCode	mnemonic
66 AD	LODSW
AD	LODSD

依然假设默认的操作数是32位的，有没有发现什么不寻常的地方？

LODSW和LODSD的code域是一样的——都是AD！其实，LODSW和LODSD这两个指令是同一个指令，只不过它们的操作数大小不一样——LODSW使用了2个字节（16位）的WORD作为操作数，而LODSD则使用了4个字节（32位）的DWORD作为操作数。

看到这里，读者应该能够明白了：prefix 66的作用是切换默认的操作数大小。请注意我们并没有说“指定”，而是“切换”！反映到这个例子中，就是“切换默认的32位操作数到16位”，而不是“指定操作数的大小为16位”。

这点非常重要！！！绝对不是在玩文字游戏！！

如果默认的操作数大小是WORD（16位），那么切换后就是DWORD（32位）；反之，如果默认的操作数大小是DWORD（32位），那么切换后就是WORD（16位）。

切记！Prefixes 66就像一个触发器一样，起的作用就是进行切换。

让我们再来看一个特例：

 B0 FF    MOV AL, 0FF
8A C1    MOV AL, CL

看清楚了吗？现在的操作数是AL和CL，加上prefix 66后会如何？

 66 B0 FF    MOV AL, 0FF
66 8A C1    MOV AL, CL

Faint！没有任何变化！

为什么呢？我们可以猜测一下：也许并不是所有情况下的操作数大小都可以随意改变的。假如这个改变是不允许的，那么它就会被忽略。

为了证实这个猜想，让我们来看看下一个更有趣的例子：

prefix F3(rep)的作用是让CPU对随后的指令循环执行ecx(cx)次，指令INC EAX的OpCode是40，好，如果我们想连续执行3次INC EAX的话，应该怎么样呢？

也许你会想当然地认为应该这样写：

 xor eax, eax
mov ecx, 3
rep inc eax

实际上！并不是这样！这样的程序的运行结果是：

没有任何异常（exception）产生。
最后eax = 1，这意味着prefix F3并没有起作用——它被忽略了。

现在我们可以证实之前的想法：

如果Prefixes不能对随它之后的OpCode起作用，那么它就会被忽略。

再回忆一下之前提到的三个特性：

Prefixes是唯一的一个可能出现在code之前的域。
所有的Prefixes都只有1个字节。
在一个OpCode中可能会有多个Prefixes。

前面两点应该比较容易理解，让我们来看看第3点是什么意思。

如果想得到下面的指令：

 REP LODSW

它的OpCode将会是：

 66 F3 AD

解释如下：

 66 AD：LODSW
F3： REP

都是前面讲过的内容，不难吧？只是组合起来使用罢了。

不过……细心的读者可能会问：为什么要把66放在第一位，把F3放在第二位呢？把它们的位置调换一下行不行？答案是：行！事实上它也可以写成：

 F3 66 AD

效果是一样的！

Prefixes的特性

一个OpCode中可以有多个Prefixes。

如果有多个Prefixes，那么它们的顺序可以打乱，不会有任何问题。

最后，我们还可以得出一个推论：

由于每个Prefixes会多占用1个字节，所以也必定会导致处理器多使用一个指令周期进行解码——无论在时间还是空间上都会造成浪费。因此，我们应该权衡在哪些场合才使用Prefixes，如非必要，应该减少对它的使用。

Is it ALL?

Of course not! 由于章节的篇幅问题，Prefixes的进一步讲解会放在后面的章节中继续进行，我们会看到更多的有关Prefixes的信息。

罗聪
www.LuoCong.com

（注：如果出现链接打不开的情况，请去掉IE浏览器的“工具->Internet选项->高级->总是以UTF-8发送URL”前面的勾。谢谢！）