关于x64架构中16位寄存器的REX前缀及0x66前缀的技术疑问

背景 #

文档中定义的REX前缀位结构如下：

REX Bits:
|7|6|5|4|3|2|1|0|
|0|1|0|0|W|R|X|B|
W bit = 操作数大小，1表示64位，0表示传统模式（取决于操作码）
R bit = 将ModR/M寄存器字段扩展为4位，0选择rax-rsi，1选择r8-r15
X bit = 扩展SIB的'index'字段，作用与R类似，针对SIB字节（内存操作数）
B bit = 扩展ModR/M的r/m或'base'字段，或SIB字段。  

我理解**legacy（传统模式）**指的是32位模式；也明确所有REX字节均以0100开头。

通过汇编实验得到以下结果：

$ echo 'mov %al, %al' | as -al -o /dev/null - | tail -1
   1 0000 88C0      mov %al,%al
$ echo 'mov %ax, %ax' | as -al -o /dev/null - | tail -1
   1 0000 6689C0    mov %ax,%ax
$ echo 'mov %eax, %eax' | as -al -o /dev/null - | tail -1
   1 0000 89C0      mov %eax,%eax
$ echo 'mov %rax, %rax' | as -al -o /dev/null - | tail -1
   1 0000 4889C0    mov %rax,%rax

疑问 #

• 针对%ax的0x66是REX前缀吗？该字节是否有其他名称？
• 0x66的二进制是0110 0110，不符合REX前缀以0100开头的规则，这是怎么回事？
• 这是否意味着我必须翻转第三位来设置16位模式寄存器？

解答 #

1. 0x66不是REX前缀，它的正式名称是操作数大小前缀（Operand Size Override Prefix），属于x86架构早于AMD64（x86-64）就存在的传统前缀。
2. 你说得没错，REX前缀的高位4位固定是0100（对应十六进制0x40~0x4F范围），0x66的二进制结构和REX前缀完全无关，二者是两套独立的前缀机制：REX是专门为64位模式设计的扩展前缀，而0x66是用来临时修改操作数大小的传统前缀。
3. 不需要翻转任何位。在x86-64模式下，默认操作数大小是32位，当你要使用16位操作数（比如%ax这类16位寄存器）时，就需要通过0x66前缀来覆盖默认的操作数大小规则。这和REX前缀的作用完全不同：REX前缀是用来启用64位操作数或扩展寄存器（r8~r15）的寻址，而0x66是用来在64位模式下临时切换回16位操作数模式。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ton