x86 机器指令编码规则

x86 机器指令编码依次由一下部分组成：

• 指令前缀（prefix，非必需）
• 操作码（opcode，必需）
• 寻址方式 R/M（ModR/M，非必需）
• 比例因子-变址-基址（SIB，非必需）
• 地址偏移量（displacement，非必需）
• 立即数（immediate，非必需）

指令前缀

操作码

寻址方式 R/M

比例因子-变址-基址

地址偏移量

立即数

一、指令前缀

  指令前缀（prefix）可有可无，可以有多个，每一个前缀都用一字节表示。指令前缀的名称和编码如下表所示。

种类	名称	二进制编码	说明
Lock	Lock	F0H	让指令在执行时先禁用数据线的复用特性，用在多核的处理器上，一般很少需要手动指定
rep	repne/repnz	F2H	用cx（16 位下）或ecx（32位下）或rcx（64位下）作为指令是否重复执行的依据
	rep/repe/repz	F3H	同上
Segment Override	cs	2EH	段重载（默认数据使用 DS 段）
	ss	36H	同上（强制指令使用该段寄存器）
	ds	3EH	同上
	es	26H	同上
	fs	64H	同上
	gs	65H	同上
rex	64 位	40H~4FH	x86-64 位的指令前缀
Operand size Override	Operand size Override	66H	用该前缀来区分访问 32 位或 16 位操作数；也用来区分 128 位和 64 位操作数
Address Override	Address Override	67H	64 位下指定用 64 位还是 32 位寄存器作为索引

  rep 是串操作指令前缀，它又可细分为 rep、repz、repnz 等，重复执行操作指令，直到满足或者不满足某些条件。这三个前缀不会同时使用，最多只使用其中一个。

  Segment Override 是跨段前缀。在分段内存管理模式下，使用跨段前缀来强制改变当前指令要访问的段，而不使用该机器指令默认访问的段。在扁平内存管理模式下，依然能在语句中使用跨段前缀，但是指令的功能等同无前缀。例如：

mov ebx,offset x    ; x 是 data 段中定义的一个变量
mov eax,cs:[ebx]    ; 机器码是 2E 8B 03
mov eax,[ebx]       ; 机器码是 8B 03

 后两条语句执行的结果是相同的。

  Operand size Override 为操作数类型重载。在 .model flat 下，默认的操作数 32 位的（如使用 32 位的寄存器来访问操作数），此时不需要前缀。但是该环境下能够使用 16 位的操作数，在机器指令编码中增加前缀 66H，以区分指令是 16 位的操作数还是 32 位的操作数。例如：

mov ax,[ebx]    ; 机器码是 66 8B 03
mov eax,[ebx]   ; 机器码是 8B 03

  由于 eax 和 ax 的编码是相同的（寄存器编码规则，在下面），从 "8B 03" 中区分不出使用的是 eax 还是 ax，故在使用 16 位操作数时，增加了类型重载前缀 66H。

  al 的编码也与 eax、ax 的编码相同。"mov al,[ebx]" 的机器码是 8A 03,没有前缀。操作码（8AH）的最后一个二进制位为 0，表示是对字节进行操作；操作码（8BH）的最后一个二进制位为 1，表示是对字进行操作（32 位指令中默认的是 32 位的操作数）。

二、操作码

  操作码（opcode）是操作符的编码，指明了要进行什么操作，长度为 1 个字节、2 个字节或者 3 个字节。大多数通用指令的操作码是单字节的，最多 2 个字节，但有的 FPU 指令、SSE 指令的长度为 3 个字节。在大多数指令的操作符编码中，最后一个二进制位（从右向左的第一个）用于指明操作数的类型，0 表示字节操作，1 表示字操作（32 位指令系统中为双字操作），在有指令前缀 66H 时为对字操作，在大多数双操作数指令中，操作码的倒数第二个二进制位（从右向左的第二个）为 1，表明目的操作数是寄存器寻址，为 0 表明源操作数是寄存器寻址。在有些指令中（如立即数传送给一个寄存器），操作码包含有寄存器的编码。另外，一般在 opcode 的编码中会体现出源操作码是否为立即数。例如：

  mov byte ptr [ebx],al 的机器码是 88 03，其中 88H 的最后 2 位为 00，表明了字节运算和源操作数为寄存器。

  mov al,[ebx] 的机器码是 8A 03，其中 8A 的最后 2 位为 10，指明了字节运算和目的操作数为寄存器。

  mov al,11h 的机器码是 B0 11，在操作码中有使用的寄存器编码，同时也指明了源操作数是立即数。

三、寻址方式 R/M（ModR/M）

  如果要有“寻址方式 R/M”编码，则它占 1 个字节，并指明了操作数的寻址方式。该字节分为三个自成部分，Mod（2 个二进制位）、Reg/opcode（3 个二进制位）、R/M（3 个二进制位）。它们的摆放顺序如下。

Mod（6~7 位）

Reg/opcode（3~5 位）

R/M（0~2 位）

  Mod 和 R/M 用来共同确定一个操作数的寻址方式，对于基址加变址寻址方式，还要使用比例因子-变址-基址（SIB）。Reg/opcode 中的 opcode 是基本的指令操作码 opcode的扩展。Reg则是用来指明寄存器寻址方式中的寄存器编号。

  在上操作数指令中，有源操作数的寻址方式、目的操作数的寻址方式，规定两个操作数不能同时为存储器寻址方式，立即数不能作为目的操作数的寻址方式。若不考虑源操作数是立即寻址这种情况（有无立即寻址的操作码中体现出来），则在双操作数指令中，一个是寄存器寻址（Reg），另一个是寄存器或存储器寻址（R/M）。它们在指令中的顺序可为