ASM空间优化：EAX vs EBX

Question

我正在解决一个x86汇编代码高尔夫难题。我正在使用NASM汇编源文件：

nasm -f elf32 -O0 main.s
ld -m elf_i386 -s -O0 -o main main.o

使用-O0，所有优化都应关闭。目标是减小ELF二进制文件的大小。

在为难题编写“参考实现”时，我遇到了奇怪的行为。这是一个简化的代码示例：

section .text
    global _start        ; Must be declared for linker

_start:                  ; Entry point for linker

read_stdin:
    add    esp, 8        ; Ignore argc and argv[0] on stack
    pop    eax           ; Store pointer to 'argv[1]' into EAX
    mov    eax, [eax]    ; Dereference pointer
    and    eax, 0xff     ; We only want the least significant byte
    add    eax, -0x30    ; Subtract ascii offset

exit:
    mov    eax, 1        ; Syscall: sys_exit
    mov    ebx, 0        ; Exit code 0
    int    0x80          ; Invoke syscall

这个二进制文件大小为264字节：

$ wc -c main
264 main

现在，当我只是将read_stdin部分中所有的eax替换为ebx、ecx或edx时，二进制文件变得更大了：

$ wc -c main
268 main

当比较目标文件的大小时，差异更大（480比496字节）。eax寄存器有什么特别之处导致出现这种情况？即使指定了-O0，NASM是否进行了某种优化？

- Danilo Bargen

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你用二进制差异比较器看了吗？ - Devolus

当使用EAX寄存器时，确实可以更短地编码一些特定的指令组合（有时也可以使用AX或AL寄存器）。 - 500 - Internal Server Error

如果你想要减小文件大小，你应该使用 -Os。 - phuclv

@LưuVĩnhPhúc 我是创建这个谜题的人，所以我希望人们能够自己优化代码，而不是依赖于某些自动优化 :) - Danilo Bargen

请注意，在现代的 ld 中，您还需要使用 -n 选项来避免将节对齐到页面边界。 - Peter Cordes

Answer 1

EAX是累加寄存器。它有专门的单字节操作码，用于所有九个基本运算（ADD, ADC, AND, CMP, OR, SBB, SUB, TEST和XOR）。此外，MOV指令还有一个单字节操作码，用于将数据从常量内存位置移动到累加寄存器。

挑选英特尔寄存器的技巧

- spudone

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谢谢，那很有道理。我找到了几个相关的有用链接：http://www.swansontec.com/sregisters.html http://www.swansontec.com/sintel.html http://www.mathemainzel.info/files/x86asmref.html#add - Danilo Bargen

已更新以引用，抱歉。 - spudone

@DaniloBargen：奇怪的是NASM -O0 选择了 add eax, imm32 编码来处理 add eax, -0x30。这仍然比 add r/m32, imm32 更优化。(但是当然，如果你正常汇编，即使对于EAX，你也会得到 add r/m32, imm8，因为它更小。) 当然，如果你想手动优化，你可以使用movzx加载和/或 and al, 0x0f，如果你想假设输入是ASCII 0..9数字。无论如何，除非你希望人们手动编码指令来解决这个挑战，否则需要 -O0 将删除对 r/m32, imm8 编码的访问。 - Peter Cordes

还有相关的内容：x86/x64机器码高尔夫技巧，提供了许多关于通过选择寄存器、指令及其编码来节省代码大小的技巧。 - Peter Cordes