ModR/M]字节之Reg/Opcode字段(操作码扩展码)

 在 x86/x64 指令集中，ModR/M 字节紧跟在操作码（Opcode）之后，用于定义指令的操作数。其核心组成部分之一是 Reg/Opcode 字段（第 3、4、5 位），它具有“双重身份”：既可以  表示寄存器，也可以作为操作码扩展（Opcode Extension）。 

 

                                            官方文档截图： Intel(R) 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual Volume 2A

一. ModR/M 字节的位结构

       ModR/M 字节共 8 位，分为三个字段：

• Mod (7-6位)：决定寻址模式（寄存器或内存）。
• Reg/Opcode (5-3位)：指定寄存器编号，或作为主操作码的扩展。
• R/M (2-0位)：指定寄存器或内存寻址的组合。 

 

二. 什么是“操作码扩展码”？

   当一个主操作码（Primary Opcode）无法唯一确定一条指令时，CPU 会借用随后的 ModR/M 字节 中的 Reg 字段（第 3、4、5 位）来作为操作码的补充。 x86 架构将这 3 位用作主操作码的补充，从而在同一个主操作码下区分不同的指令。  在intel 技术手册中，这种扩展通常用 /数字（如 /0 到 /7）表示 ，例如 80 /1 ib 形式。 
  ModR/M 字节的中间 3 位，要么代表一个寄存器（/r），要么代表一个操作码扩展码（/0-7），这取决于主操作码的定义。

 

三. 实例：同一个操作码下的不同指令

       以主操作码 0x80 为例（处理 8 位立即数的算术运算指令簇），CPU 通过 ModR/M 字节中的 Reg/Opcode 扩展位来区分具体的运算逻辑： 

 

扩展码	汇编指令 (以 0x80 为例)	运算类型
/0	ADD r/m8, imm8	加法
/1	OR r/m8, imm8	逻辑或
/2	ADC r/m8, imm8	带进位加法
/3	SBB r/m8, imm8	带借位减法
/4	AND r/m8, imm8	逻辑与
/5	SUB r/m8, imm8	减法
/6	XOR r/m8, imm8	逻辑异或
/7	CMP r/m8, imm8	比较

 

 

四. 80 组指令(Group Opcode)详细分析

          操作码 80 后面ModR/M 字节的中间 3 位，可以代表不同的算术/逻辑运算 ，

          80组操作码由几个特点： 1. 寄存器都是8位，2.内存地址为8位  3.立即数也是8位

           

组操作码	扩展码（ModR/M中的Reg字段）	助记符	被操作数	示例 (Intel 语法)/含义	标志位的影响	指令大小
80 /2 ib    这种表示法常见于 Intel/AMD 官方开发手册 在 x86 指令集参考手册中，80 /2 ib 代表指令 ADC r/m8, imm8。 ADC r/m8, imm8 是一种综合表述方法，代表 adc reg8,imm8 和adc mem8,imm8  这意味着将一个 8 位立即数（Immediate byte） 和 进位标志位（CF） 的值，加到一个 8 位寄存器或内存操作数 中。 ADC r/m8, imm8指令区分目标操作数是 寄存器 (r8) 还是 内存 (m8)，取决于 ModR/M 字节 的最高两位，即 Mod 字段（第 7、6 位）。
80	/2	adc	reg8,imm8	adc byte [reg], imm8 带进位加法	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3	2	1	1
80	/2	adc	mem8,imm8		SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3+	7	3	3
80 /0 ib 这种表示法常见于 Intel/AMD 官方开发手册 （通常对应汇编格式 ADD r/m8, imm8）代表将一个 8 位立即数加到一个 8 位 寄存器或内存地址 指向的内容中。  注意: ADD r/m8, imm8 指令区分目标操作数是 寄存器 (r8) 还是 内存 (m8)，取决于 ModR/M 字节 的最高两位，即 Mod 字段（第 7、6 位）。  和04 ib的区别，请查看  04 ib 代表什么(硬编码) - jinzi - 博客园
80	/0	add	reg8,imm8	add byte [reg], imm8 加法	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3	2	1	1
80	/0	add	mem8,imm8		SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3+	7	3	3
80 /4 ib    这种表示法常见于 Intel/AMD 官方开发手册 80 /4 ib 代表指令 AND r/m8, imm8，这意味着将一个 8位立即数（Immediate byte） 与一个 8位寄存器或内存操作数 进行 逻辑与（AND） 运算，结果存回该寄存器或内存地址。
80	/4	and	reg8,imm8	and byte [reg], imm8  逻辑与 举例: AND byte ptr [ebx], 0x0F ; 将 ebx 指向的字节与 0x0F 做与运算 AND al, 0x12 ; 将寄存器 al 的值与 0x12 做与运算 标志位影响： CF (进位) 和 OF (溢出) 会被强制清零（0）。 ZF (零标志) 会根据结果是否为 0 进行设置（如果结果全为 0，则 ZF = 1）。 SF (符号标志) 会反映结果的最高位。	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3	2	1	1
80	/4	and	mem8,imm8		SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3+	7	3	3
80 /7 ib 代表指令 CMP r/m8, imm8。 这意味着将一个 8位立即数（Immediate byte） 与一个 8位寄存器或内存操作数 进行 比较（Compare） 运算 由于 0x80 对应多个指令，CPU 使用后续 ModR/M 字节 中的 reg/opcode 字段（第 3、4、5 位）来区分具体指令, 当Reg/Opcode字段为 7（二进制 111）时，代表 CMP（比较） 指令。 CMP 指令的实质是执行 减法运算（目标操作数 - 立即数）
80	/7	cmp	reg8,imm8	cmp byte [reg], imm8 比较 (不存储结果的减法) 例如: CMP byte ptr [ebx], 0x05 ; 将内存地址 [ebx] 处的字节与 0x05 比较 CMP al, 0x10 ; 将寄存器 al 的值与 0x10 比较 仅更新标志位：根据减法结果设置 EFLAGS 寄存器（如 ZF、CF、SF、OF 等）。这些标志位随后通常被条件跳转指令（如 JE, JB, JG）使用。	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3	2	1	1
80	/7	cmp	mem8,imm8		SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3+	5	2	2
在 x86 指令集参考手册中，80 /1 ib 代表指令 OR r/m8, imm8。这意味着将一个 8 位立即数（Immediate byte） 与一个 8 位寄存器或内存操作数 进行 逻辑或（OR） 运算，结果存回目标操作数中。0x80 是一个通用的入口操作码，专门用于处理 8 位操作数 的算术逻辑运算指令集（如 ADD, OR, ADC, SBB, AND, SUB, XOR, CMP）。 由于 0x80 后面可以接多种不同的运算，CPU 通过 ModR/M 字节 中的 reg/opcode 字段（第 3、4、5 位）来区分具体的指令。 当Reg字段的值为 1（二进制 001）时，该指令被识别为 OR（按位或）
80	/1	or	reg8,imm8	or byte [reg], imm8  逻辑或 例如： OR byte ptr [ebx], 0x0F ; 将内存 [ebx] 指向的字节与 0x0F 做“或”运算 OR al, 0x80 ; 将寄存器 al 的值与 0x80 做“或”运算 标志位影响： CF（进位）和 OF（溢出）会被强制清零 (0)。 ZF（零标志）和 SF（符号标志）会根据运算结果自动设置。	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3	2	1	1
80	/1	or	mem8,imm8		SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3+	7	3	3
在 x86 指令集参考手册中，80 /3 ib 代表指令 SBB r/m8, imm8 这意味着将一个 8位立即数（Immediate byte）和 进位标志位（CF） 的值，从一个 8位寄存器或内存操作数中减去，结果存回该寄存器或内存地址。 该指令执行的实际计算为： 目标 = 目标 - (立即数 + CF) （注：这里的 CF 代表借位标志，如果之前的减法运算产生了借位，CF 为 1，否则为 0）。  SBB 主要用于实现多字节（高精度）减法。在处理完低位字节的减法后，使用 SBB 处理高位字节，可以自动把低位产生的“借位”考虑进去。
80	/3	sbb	reg8,imm8	sbb byte [reg], imm8 带借位减法 例如: SBB byte ptr [ebx], 0x05 ; [ebx] = [ebx] - 0x05 - CF SBB al, 0x12 ; al = al - 0x12 - CF	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3	2	1	1
80	/3	sbb	mem8,imm8	sub byte [reg], imm8 减法	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3+	7	3	3
在 x86 指令集参考手册中，80 /5 ib 代表指令 SUB r/m8, imm8 这意味着将一个 8 位立即数（Immediate byte） 从一个 8 位寄存器或内存操作数 中减去，并将结果存回该目标操作数 计算：目标操作数 = 目标操作数 - 立即数。
80	/5	sub	reg8,imm8	举例: SUB byte ptr [ebx], 0x10 ; 将内存地址 [ebx] 处的 8 位数据减去 0x10 SUB al, 0x05 ; 将 al 寄存器中的值减去 0x05 标志位：会更新 EFLAGS 寄存器，主要包括： ZF (零标志)：如果结果为 0，则置 1。 CF (进位标志)：如果发生借位，则置 1（无符号数溢出）。 SF (符号标志)：反映结果的最高位（正负性）。 OF (溢出标志)：如果发生有符号数溢出，则置 1。	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3	2	1	1
80	/5	sub	mem8,imm8		SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3+	7	3	3
80	/6	xor	reg8,imm8	80 /6 ib 组合代表 XOR r/m8, imm8  xor byte [reg], imm8 逻辑异或	SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3	2	1	1
80	/6	xor	mem8,imm8		SF,ZF,OF,CF,PF,AF	3+

五. ADD r/m8, imm8 怎么区分是 r还是m8
    在解析指令 ADD r/m8, imm8（对应操作码 80 /0 ib）时，区分目标操作数是 寄存器 (r8) 还是 内存 (m8)，完全取决于 ModR/M 字节 的最高两位，即 Mod 字段（第 7、6 位）。

 

1. 核心判定规则

   在 ModR/M 字节中：

• 如果 Mod = 11：  目标是一个 寄存器。
• 如果 Mod = 00, 01, 或 10：目标是一个 内存地址。

2. 实例拆解

   假设我们要执行 ADD ..., 0x05，主操作码是 80，扩展码是 /0（即 ModR/M 的中间三位是 000）。

 

情况 A：目标是寄存器（r8）

    指令：ADD AL, 0x05

• ModR/M 字节解析：
  • Mod = 11 (表示目标是寄存器)
  • Reg/Opcode = 000 (扩展码 /0)
  • R/M = 000 (寄存器编号，000 在 8 位下代表 AL)
• 最终 ModR/M 字节：11 000 000 = C0
• 机器码：80 C0 05

 

情况 B：目标是内存地址（m8）

   指令：ADD byte ptr [EBX], 0x05

• ModR/M 字节解析：
  • Mod = 00 (表示无位移内存寻址即内存间接寻址)
  • Reg/Opcode = 000 (扩展码 /0)
  • R/M = 011 (基址寄存器编号，011 代表 EBX)
• 最终 ModR/M 字节：00 000 011 = 03
• 机器码：80 03 05

3. 判定逻辑对照表

 

Mod 位 (Bit 7-6)	含义	后续寻址说明
11	寄存器直接寻址	R/M 字段（Bit 2-0）直接代表寄存器编号（如 AL, CL, DL）。
00	内存间接寻址	类似于 [EBX]。地址由寄存器指定，无偏移量。
01	内存相对寻址	类似于 [EBX + 0x12]。后面跟 1 字节 偏移量。
10	内存相对寻址	类似于 [EBX + 0x12345678]。后面跟 4 字节 偏移量。

 

总结

         CPU 在解码时首先读取 80，知道这是一个 8 位算术指令。接着读取第二个字节（ModR/M），立刻观察其最高两位：

1. 若是 11，则查寄存器表找到对应的 8 位寄存器。
2. 若不是 11，则启动内存寻址逻辑（根据 R/M 位和可能的 SIB 字节计算出内存地址）。

这也是为什么逆向工程或底层调试中，ModR/M 字节 被视为 x86 指令解码最核心的“交通枢纽”。

4. 总结

• 身份切换：如果手册标注为 /r，则 Reg 字段表示一个寄存器；如果标注为 /0 至 /7，则该字段是操作码扩展。
• 作用：这种设计使得 x86 能够在一个单字节操作码空间内扩展出 8 倍的指令容量。
• 现代应用：即使在 2026 年的 x64 架构中，这种编码规则依然是指令集解码的核心基础。