5. ModRM - Part I

道,可道,非常道。

-- 老子,《道德经》

基本概念

让我们从最经常用到的域开始学起——ModR/M

在开始之前,先来讲一些最基础的概念,扫扫盲。

一个字节如果被转换成二进制,则是由8位(bit)来表示(不足8位的话则高位用0来补足),例如:

16进制      2进制
B7          1011 0111
3A          0011 1010

示例中的B7的二进制是1011 0111,这是典型的4:4表示格式——1011表示的是B,0111表示的是7,这样,1011 0111表示的就是B7了。

很容易理解吧?呵呵,那么我们可不可以用另外一种方式来表示一个字节呢?

答案是肯定的:

16进制      2进制的4:4格式      2进制的2:3:3格式
B7          1011 0111           10 110 111
3A          0011 1010           00 111 010

请看,我们在这里引进了一种新的表示格式:2:3:3

它的特点是把一个字节的8位二进制分成3个部分:最高的2位表示的是一个东西,接下来的3位表示的是另外一个东西,以及最后的3位表示的是另另外一个东西。

好了,明白了这一点后,我们来开始吧!

首先回忆一下OpCode的组成格式:

  1. Prefixes
  2. code
  3. ModR/M
  4. SIB
  5. Displacement
  6. Immediate

请注意第三项:ModR/M,它占一个字节,其格式为:

7 6  5        3  2 0
Mod  Reg/Opcode  R/M

可见,ModR/M是由ModReg/OpcodeR/M三个部分组成的。每个部分所占的bit大小为:

       Mod: 占最高位的6~7共2个bit
Reg/Opcode: 占中间位的3~5共3个bit
       R/M: 占最低位的0~2共3个bit

呵呵,正好是2:3:3的格式!

ModR/M的具体描述如下面两个表,第一个是16位的,第二个是32位的:
(截图自《IA-32 Intel Architecture Software Developer's Manual Volume 2: Instruction Set Reference》,页码2-5,2-6,希望Intel不要因为版权问题找我的麻烦)

- 16位 -

- 32位 -

哇,这两个图好复杂呀!你是不是已经有了这个感慨了呢?

呵呵不要紧,让我们来举个例子看看ModR/M到底是怎么来看的:

mov edi, ecx	8B F9
sub edi, ecx	2B F9

注意这两个OpCode的第二个字节——都是F9,再来看看OpCode的格式:

Prefixes  Code  ModR/M  SIB  Displacement  Immediate

我们在前面说过,在OpCode的格式中,只有Code是必须有的,别的都是可选的。所以,在8B F9和2B F9这两组OpCode中,8B和2B就是Code,(这里没有Prefixes,因为Prefixes只有在前面的章节中所介绍过的那几个:66、67、F2、F3、2E、36、3E、26、64、65、F0)。

紧接着在Code后面的就是ModR/M了,所以在这两组OpCode中的F9就是ModR/M。(在这里也没有SIBDisplacementImmediate

F9的4:4格式的二进制是1111 1001,我们把它分解成2:3:3的二进制看看:

16进制      2进制的2:3:3格式
F9          11 111 001

也就是:

       Mod: 11
Reg/Opcode: 111
       R/M: 001

晕头转向了?呵呵,让我们来对其分而治之吧!

假设是在32位模式下。从上面的第二个图中可以看到,Mod总共分为00、01、10、11四种情况,每种情况又分别有8种情况。现在Mod是11,所以我们应该看Mod为11的那一栏。

OK,现在来讨论第二个:Reg/Opcode

Reg/Opcode中间的那个“/”表示“或”,意思就是,这个地方可以表示为Reg或者Opcode——至于到底什么时候表示Reg,什么时候表示Opcode,这就要由Code来决定了。目前我们不必去深究它,后面会讲明白的,我们只要知道,如果它是表示Opcode,则这个指令必定是2个字节的。

Reg由3个bit的二进制组成,因此,它可以表示:

2 ^ 3 = 8

一共8种可能的值。我们知道,常用的通用寄存器恰好也有8个,因此,根据组合数学的常识,可以得到:

REG && Register
REGRegister
000EAX
001ECX
010EDX
011EBX
100ESP
101EBP
110ESI
111EDI

这是在32位的模式下得到的。

在16位的模式下,Reg则是表示另外一种“局部”的格式,它的低4位表示寄存器的低地址,高4位表示寄存器的高地址,如下表:

REG && Register
REGRegister
000AL
001CL
010DL
011BL
100AH
101CH
110DH
111BH

好了,把目光返回到上面的32位ModR/M图,看看最上面,在r32(/r)那一栏中,REG=111表示的就是寄存器EDI

到目前为止,最后剩下还没讨论的就是R/M。这一栏要与Mod结合起来。我们来看Mod为11的那一栏——R/M为001对应的寄存器是ECX

好了!大功告成!整理如下:

       Mod: 11  表示应该查看Mod为11的那一栏
Reg/Opcode: 111 表示的是寄存器EDI
       R/M: 001 表示的是ECX

因此,通过OpCode:

8B F9
2B F9

不难得到:

mov edi, ecx	8B F9
sub edi, ecx	2B F9

(注:8B是助记符“MOV”的Code,2B是助记符“SUB”的Code



(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!)