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CIL nop操作码的目的是什么？

assemblybytecodecil
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我正在查看MSIL并注意到有很多nop指令。

MSDN文章说它们不执行任何操作，并且如果需要修补，它们用于填充空间。在调试版本中使用得比发布版要多。

我知道这些语句在汇编语言中用于对齐后面的指令，但为什么MSIL需要使用nop指令呢？

（编辑说明：被接受的答案是关于机器码NOP而不是最初问题所问的MSIL/CIL NOPs。）

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这些答案中存在对编程语言编译器发出的MSIL nop指令和JIT编译器运行程序时发出的x86 nop指令（在该平台上）之间的混淆。[实际上，被接受的答案是关于x86 nops的，与MSIL无关。]理想情况下，这个问题应该分成两个不同的问题：MSIL :: nop的目的？本地平台nop的目的？ - Steve Steiner
18个回答
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NOP指令有几个用途：

  • 它们允许调试器在即使在生成的代码中它与其他行合并时，仍可以在该行上设置断点。
  • 它允许加载程序使用不同大小的目标偏移量修补跳转指令。
  • 它允许将一段代码块对齐到特定边界，这对于缓存很有好处。
  • 它允许增量链接覆盖代码块并调用新部分，而不必担心整个函数体的大小改变。
NOP最常用于计时目的，强制内存对齐，防止危险，占据分支延迟槽，使现有指令无效（例如跳转），或作为占位符，在程序开发中稍后替换为活动指令（或在重构会很困难或耗时的情况下替换已删除的指令）。在某些情况下，NOP可能会产生轻微的副作用；例如，在Motorola 68000系列处理器上，NOP操作码会导致流水线同步。 - mbomb007
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这是MSIL/CIL nops（不是x86机器码的nop）在调试中的使用方式：
Nops被语言编译器（C#、VB等）用于定义隐式序列点。这些序列点告诉JIT编译器在哪里确保机器指令可以映射回IL指令。
Rick Byer在DebuggingModes.IgnoreSymbolStoreSequencePoints的博客文章中解释了一些细节。
C#还在调用指令后放置Nops，以便源中的返回站点位置是调用站点而不是调用后的行。
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C#还在调用指令后面放置Nops，以便源中的返回站点位置是调用而不是调用后的行。我不确定是否理解这一点。您有任何可用的参考资料吗？ - user492238
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它为基于行的标记（例如断点）提供了一个机会，在这些代码中，发布构建不会发出任何标记。

断点需要放在nop上吗？为什么不直接在常规操作码上设置断点？ - Dan Goldstein
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在发布版本中，许多常规操作码都被优化掉了。这会破坏你的断点，除非在那里有一个占位符nop，否则断点仍然会指向该位置。 - Jimmy
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在调试版本中，它们也用于提供一个指令，在代码没有指令的地方中断。例如，开放括号。 - Greg D
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你可能想要添加一个引用到http://blogs.msdn.com/oldnewthing/archive/2007/08/17/4422794.aspx作为来源。 - Greg D
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感谢Greg和Jimmy将此转化为实际答案。 - harpo
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伙计！无操作指令太棒了！它是一条什么都不做，但消耗时间的指令。在遥远的旧时代，您会使用它在关键循环中进行微调，或更重要的是作为自修改代码的填充。

我理解当它直接在硬件上运行时的用法，但 MSIL 是 JITed 的。 - Dan Goldstein
MSIL 只有在具有 JIT 的系统上才会进行 JIT 编译 - MSIL 不要求 JIT。 - plinth
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它还可以使代码在针对特定处理器或架构进行优化时运行更快：
长期以来，处理器采用多个大致并行工作的流水线，因此两个独立指令可以同时执行。在具有两个流水线的简单处理器上，第一个可能支持所有指令，而第二个只支持子集。此外，在流水线之间存在一些停顿，当一个必须等待尚未完成的先前指令的结果时，就会发生这种情况。
在这些情况下，专用的nop指令可以强制将下一个指令放入特定的流水线（第一个或不是第一个），并改善后续指令的配对，以使nop指令的成本得到摊销。
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我曾在一家处理器公司工作了四年，他们使用NOP指令来确保前一个操作完成后再开始下一个操作。例如：

将值加载到寄存器（需要8个周期） nop 8 将1加到寄存器

这确保了在执行添加操作之前，寄存器具有正确的值。

NOP指令还可以用于填充执行单元，例如中断向量必须具有特定大小（32个字节），因为向量0的地址是0，向量1的地址是0x20等等，所以编译器在必要时会插入NOP指令。

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虽然有些晚了50年，但还是来得及。

Nop指令在手动编写汇编代码时非常有用。如果您需要删除代码，则可以将旧的操作码替换为nop指令。

同样地，您可以通过覆盖某些操作码并跳转到其他位置来插入新代码。在那里，您放置被覆盖的操作码，并插入新代码。准备好后再跳回原来的位置。

有时候必须使用可用的工具。在某些情况下，这只是一个非常基本的机器码编辑器。

现在，随着编译器的出现，这些技术已经没有任何意义了。

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他们可能会在调试时使用它们来支持编辑并继续。这为调试器提供了空间，以便替换旧代码而不更改偏移量等内容。

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我在VS中为"编辑和继续"实现了调试器支持（我没有实现CLR或编译器部分）。Nop是故事的一部分，以确保从旧版本到新版本方法的正确映射（特别是在跳出异常处理代码的情况下）。然而，替换MSIL是按整个函数来完成的。对于CLR托管代码，不需要在msil中留出空间来完成该部分。你在这里说的是关于本地Edit and continue的正确性。 - Steve Steiner
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一种有些不正统的用法是 NOP-Slides，它们被用于缓冲区溢出漏洞。

找到了这个，太棒了 :) - Suraj Jain
请更正您的链接，它无法工作。请确保您提交的是网络存档链接，因为它们不会出现404未找到错误。 - Suraj Jain
目前正在研究shellcode并希望了解更多关于NOP的上下文。不得不回溯一下，但这是一个存档链接：https://web.archive.org/web/20110124015428/http://www.phreedom.org:80/solar/honeynet/scan20/scan20.html - saniboy
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其中一个经典用途是使您的调试器始终将源代码行与IL指令相关联。

由于MSIL是在运行时JIT编译的，因此可能会丢失映射（例如，本机指令没有唯一的MSIL指令）。 NOPs被用作语言编译器到JIT编译器的通信机制，以保持这种映射。 - Steve Steiner
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