为什么GCC产生的机器码包含nop指令

Question

每次我运行 objdump -d 命令时，我总是看到一堆 nop 指令（即不执行任何操作的指令）的汇编代码。

例如，看看这个程序：

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main()
{
    printf("Hello World!\n");
    printf("cos:  %f\n", cos(1));
    return 1;
}

例如，objdump在入口点末尾有两个nop。

0000000000400450 <_start>:
400450: 31 ed                   xor    %ebp,%ebp
400452: 49 89 d1                mov    %rdx,%r9
400455: 5e                      pop    %rsi
400456: 48 89 e2                mov    %rsp,%rdx
400459: 48 83 e4 f0             and    $0xfffffffffffffff0,%rsp
40045d: 50                      push   %rax
40045e: 54                      push   %rsp
40045f: 49 c7 c0 00 06 40 00    mov    $0x400600,%r8
400466: 48 c7 c1 70 05 40 00    mov    $0x400570,%rcx
40046d: 48 c7 c7 34 05 40 00    mov    $0x400534,%rdi
400474: e8 bf ff ff ff          callq  400438 <__libc_start_main@plt>
400479: f4                      hlt    
40047a: 90                      nop
40047b: 90                      nop 

这只是其中许多例子之一，但你已经了解到了。为什么C代码要以这种方式编译？谢谢您的帮助。

- PuercoPop

Answer 1

为了使下一个函数对齐到4字节边界，添加了nop。 （请注意，最后一个nop之后的地址将是40047c，可被4整除）

- kennytm

---

在x86_64上，我也注意到一个函数中间有一个4字节的nop（在“call”之前）：0f 1f 40 00 nop DWORD PTR [rax+0x0] 你知道这是做什么的吗？发生在“-O3”。 - Kerrek SB

@Kerrek 如果我没记错的话，这会告诉处理器清除其缓存并重新加载指向地址处的数据。在这种情况下，处理器将使用[rax]处的数据（我假设这是调用跳转到的地址）来清除其缓存。这使得处理器能够在跳转之前开始重新加载正确的数据到其缓存中。 - Cole Tobin

Answer 2

很多时候，这些只是用来填充的，以便后续的内容再次从单词或边界开始，因为访问未对齐的任意代码对于CPU来说更加昂贵。

- Heiko Rupp