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测验：猜猜这些 x86 汇编指令执行什么

Shao Voon Wong
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2021 年 12 月 4 日

CPOL

4分钟阅读

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猜猜具有相同源操作数和目标操作数的汇编指令会做什么？

引言

今天的文章是一个有趣的测验，猜猜下面这 3 条 Intel x86 汇编指令到底做了什么。这些是由 Visual C++ 编译器生成的汇编指令。我在学习 Windows 调试器时，在代码列表里偶然发现了这些指令。在这篇文章里，我事先告诉你，你不会学到什么有用的东西，也不会成为更好的汇编程序员。它们只是有趣的 x86 知识。为了测验的目的，请假设它们是 32 位 (x86) 指令。

XOR EAX, EAX

我们的第一个问题，这条指令是对两个操作数进行按位异或 (bitwise exclusive OR) 操作，并将结果赋给目标操作数。对于 MASM 和 Intel 格式，左操作数是目标操作数，右操作数是源操作数。在 AT&T 格式中，它们是相反的。在我们的例子中，使用哪种格式并不重要，因为操作数是同一个寄存器。由于这篇文章基于 Visual C++，它使用 MASM，所以你可以假设是 MASM/Intel 格式。Intel 指令集要求其中一个操作数必须是寄存器类型，所以我们不能有两个内存操作数。

花点时间猜猜它实现了什么？为了帮助你猜测答案，这里是异或 (XOR) 的真值表。

XOR table

答案：它将寄存器清零！Visual C++ 优化器生成此代码是因为此操作比将字面值零移动到寄存器更快。

TEST EBX, EBX

我们的第二个问题是 TEST 指令对两个操作数进行按位与 (bitwise AND) 操作。SF, ZF, PF 标志会被修改，而 AND 的结果会被丢弃。OF 和 CF 标志被设为 0，而 AF 标志是未定义的。然后，会根据标志调用条件跳转指令。

猜猜它实现了什么？为了帮助你猜测答案，我为你呈现按位与 (AND) 的真值表。

AND table

答案：它在测试操作数是否为零。后面跟着 JZ 或 JNZ。

MOV EDI, EDI

第三个问题是 MOV 指令将源操作数的值移动到目标操作数。当你谷歌搜索时，你会得到 许多关于这条无用指令的结果，它出现在 32 位 Windows 上每个 Windows API 的开头。猜猜它实现了什么？

答案：什么也没做。它用于热补丁 (hot patching)。在热补丁过程中，这条两条指令会被替换为一条两条指令的短跳转指令，范围是从 -128 到 127。如果被修补函数的地址比 127 字节远，那么这条指令就无用了。函数之前的空间会用一系列 NOP (无操作) 指令填充。所以，短跳转指令会跳转到该位置，然后从那里开始，再执行一个长跳转到热补丁函数。

我不轻信他人的话。我必须自己弄清楚，通过让 Visual C++ 生成那条 MOV 指令。请按照以下步骤操作。创建一个名为 Test 的新 Visual C++ 控制台项目，并使用下面的代码。或者，你也可以在文章顶部下载示例项目。

#include <cstdio>

int my_func(int n)
{
    n += 2;
    return n;
}

int main()
{
    int n = 10;
    n = my_func(n);
    printf("Value: %d\n", n);
}

要将 Visual C++ 设置为生成汇编代码，请转到 **项目属性** -> **配置属性** -> **C/C++** -> **输出文件** -> **汇编器输出**，然后选择 “**带源代码的汇编 (/FAs)**”。

要将 Visual C++ 设置为生成热补丁指令，请转到 **项目属性** -> **配置属性** -> **C/C++** -> **命令行**，然后在 **x86/Win32** 平台上，在 “**附加选项**” 中添加 “**/hotpatch**”。在 x64 平台上，即使不指定，热补丁也是默认启用的。然而，我无法让 Visual C++ 为 x64 平台生成热补丁指令。如果你知道原因，请在下方评论告诉我。

要将 Visual C++ 设置为在函数之前生成 NOP 指令，请转到 **项目属性** -> **配置属性** -> **链接器** -> **命令行**，然后在 “**附加选项**” 中添加 “**/FUNCTIONPADMIN**”。此步骤是可选的。但我们对生成的 NOP 指令的类型感兴趣。

然后，在 **x86/Win32** 平台上构建你的项目。在 Release 文件夹中，使用你喜欢的文本编辑器或 Visual Studio 查看 Test.asm。

?my_func@@YAHH@Z PROC        ; my_func, COMDAT

; 4    : {

	npad	2
	push	ebp
	mov	ebp, esp

; 5    :     n += 2;

	mov	eax, DWORD PTR _n$[ebp]
	add	eax, 2
	mov	DWORD PTR _n$[ebp], eax

; 6    :     return n;

	mov	eax, DWORD PTR _n$[ebp]

; 7    : }

	pop	ebp
	ret	0
?my_func@@YAHH@Z ENDP       ; my_func

NPAD 不是有效的 Intel x86 汇编指令。启动 Windows Debugger 打开 Test.exe，并在命令窗口中使用命令 uf Test!my_func 来反汇编 my_func。

my_func 的第一条指令不是 mov edi, edi，而是 xchg ax, ax，它占用了两个字节，相当于“无操作”。NPAD 2 似乎是告诉链接器用两条指令填充函数的指令。

在命令窗口中使用此 WinDbg 命令 ub Test!my_func 向后反汇编 my_func，以显示 my_func 之前的指令。

这八条填充的 CC 指令被称为 “**中断 3**”，也就是 DebugBreak。如果调试器附加到进程，它会像达到断点一样中断。如果没有调试器存在，它实际上是 NOP。函数之间的空间是无人区，意味着没有进程会执行这些 CC 指令。

我希望你喜欢猜测这些指令的作用，就像我喜欢研究/编写这篇文章一样。

参考文献

历史

  • 2021 年 12 月 5 日：首次发布
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