assembly - rbp 不允许作为 SIB 基础？

Question

我对 x86-64 二进制编码还很陌生。我正在尝试修复一些旧的“汇编程序”代码。

无论如何，我正在尝试做这样的事情(英特尔语法):

mov    [rbp+rcx], al

汇编器当前正在生成这个:

88 04 0D

但这似乎不是一个有效的指令。如果我将 SIB 字节中的基数从 rbp 更改为其他寄存器，它就可以正常工作。使其工作的另一种方法是添加一个零字节位移 (88 44 0D 00)。这似乎发生在其他类似的操作码上。

为什么我不能在 mod=00 中使用 rbp？

Answer 1

另见 https://wiki.osdev.org/X86-64_Instruction_Encoding#32.2F64-bit_addressing_2或英特尔第 2 卷手册，了解这些特殊情况的编码表和脚注。这个答案指出了特殊情况，并讨论了为什么这些设计选择有意义，即他们需要解决什么设计问题。

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表示 rbp 的编码是无基址寄存器的转义码(SIB 中的 disp32 或 ModRM 中的 RIP-relative rel32)。大多数汇编程序将 [rbp] 汇编成 [rbp + disp8=0]。

因为你不需要缩放，所以使用 [rcx + rbp] 来避免需要 disp8=0，因为 rbp 可以 成为索引。

(SS 和 DS 在长模式下总是等价的，所以 base=RBP 意味着 SS 而 base=RCX 意味着使用 DS 段并不重要。)

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x86/x86-64 ModRM寻址模式编码特例

(来 self 在 Why are rbp and rsp called general purpose registers? 上写的一个答案)。这个问题看起来是复制或移植这一部分的完美地方。

rbp/r13 不能是没有位移的基址寄存器:该编码意味着:(在 ModRM 中) rel32(RIP 相对)，或(在 SIB 中)disp32 没有基址寄存器。 (r13 在 ModRM/SIB 中使用相同的 3 位，因此此选择通过不让指令长度解码器查看 the REX.B bit 来获取第 4 个基址寄存器位来简化解码)。 [r13] 汇编为 [r13 + disp8=0]。 [r13+rdx] 汇编为 [rdx+r13](当这是一个选项时，通过交换基数/索引来避免问题)。

rsp/r12 作为基址寄存器总是需要一个 SIB 字节。 (base=RSP 的 ModR/M 编码是用于发送 SIB 字节信号的转义码，同样，如果 r12 的处理方式不同，更多的解码器将不得不关心 REX 前缀)。

rsp 不能是变址寄存器。这使得对 [rsp] 进行编码成为可能，这比 [rsp + rsp] 更有用。 (英特尔本可以为 32 位寻址模式(386 中的新功能)设计 ModRM/SIB 编码，因此 SIB-with-no-index 只有在 base=ESP 时才有可能。这将使 [eax + esp*4] possible and only exclude [esp + esp*1/2/4/8]。但这没有用，所以他们简化了硬件，使 index=ESP 成为无索引的代码，无论如何基的。这允许两种冗余方式来编码任何基或基 + disp 寻址模式:有或没有 SIB。)

r12 可以是索引寄存器。与其他情况不同，这不会影响指令长度解码。此外，它不可能像其他情况那样使用更长的编码来解决。 AMD 希望 AMD64 的寄存器集尽可能正交，因此他们花费一些额外的晶体管来检查 REX.X 作为索引/非索引解码的一部分是有道理的。例如，[rsp + r12*4] 需要 index=r12，因此 r12 不是完全通用的会使 AMD64 成为更糟糕的编译器目标。

   0:   41 8b 03                mov    eax,DWORD PTR [r11]
   3:   41 8b 04 24             mov    eax,DWORD PTR [r12]      # needs a SIB like RSP
   7:   41 8b 45 00             mov    eax,DWORD PTR [r13+0x0]  # needs a disp8 like RBP
   b:   41 8b 06                mov    eax,DWORD PTR [r14]
   e:   41 8b 07                mov    eax,DWORD PTR [r15]
  11:   43 8b 04 e3             mov    eax,DWORD PTR [r11+r12*8] # *can* be an index

这些也都适用于 32 位寻址模式；编码是相同的，除了没有 EIP-relative 编码，只有两种冗余方式来编码没有 base 的 disp32。

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This seems to happen with other similar opcodes.

r/m 操作数的 ModRM 编码总是相同的。有些操作码需要寄存器操作数，有些需要内存，但实际的 ModRM + 可选 SIB + 可选位移是固定的，因此无论指令如何，相同的硬件都可以对其进行解码。

有一些罕见的操作码，如 mov al/ax/eax/rax, [qword absolute_address]，它们的操作数根本不使用 ModRM 编码，但任何使用相同的操作码格式。