.code16与.code32的区别及i386保护模式相关执行疑问

1. 保护模式下执行.code16代码是否有效？ #

分两种情况：

• 如果当前代码段是16位保护模式段（段描述符的D位设为0），.code16生成的代码可以正常执行，此时CPU按16位指令规则解码。
• 如果当前是32位保护模式段（D位设为1），直接执行.code16代码会出错。因为.code16是按16位模式编码的指令，而32位模式下CPU默认按32位规则解码，会把16位指令识别成错误的32位指令，导致程序崩溃。

2. 汇编器生成的.code16与.code32机器码有何差异？ #

核心差异体现在默认操作数/地址大小、指令前缀、跳转偏移长度这几点：

• 默认操作数与前缀：
  • .code16下，默认使用16位寄存器（如ax、bx），要使用32位寄存器（如eax、ebx）或32位操作数，需要加0x66前缀。
  • .code32下，默认使用32位寄存器，要使用16位寄存器或操作数，需要加0x66前缀。
• 默认地址大小与前缀：
  • .code16下默认是16位寻址（比如用bx+si这种16位基址+变址），要使用32位寻址（如eax+ebx），需要加0x67前缀。
  • .code32下默认是32位寻址，要使用16位寻址需加0x67前缀。
• 跳转指令偏移：
  • 近跳转（如jmp near）：.code16下是2字节偏移，.code32下是4字节偏移。
  • 远跳转（如ljmp）：.code16下是2字节段选择子+2字节偏移，.code32下是2字节段选择子+4字节偏移。

3. 设置CR0寄存器后、跳转前可执行.code16代码的原因是什么？ #

CR0的PE位置1只是开启了保护模式的硬件支持，但CPU的指令解码模式由当前代码段的**D位（默认操作数大小位）**决定。在执行远跳转前，我们仍处于原来的16位段（实模式下的段本质是隐含的16位描述符，D位为0），CPU依然按16位指令规则解码，所以.code16生成的代码能正常运行。只有当执行ljmp跳转到32位代码段时，CPU才会加载新的段描述符（D位为1），正式切换到32位指令解码模式。

4. .code16和.code32的具体含义是什么？ #

这两个是汇编器的伪指令，用来告诉汇编器生成对应模式下的指令编码：

• .code16：让汇编器生成适配16位执行模式的机器码。默认用16位寄存器、16位寻址方式，跳转指令生成16位偏移；如果要使用32位操作数或寻址，会自动添加必要的前缀（0x66/0x67）。
• .code32：让汇编器生成适配32位执行模式的机器码。默认用32位寄存器、32位寻址方式，跳转指令生成4字节偏移；如果要使用16位操作数或寻址，自动添加对应前缀。
  简单说，就是给汇编器指定“默认的操作数/地址大小”，让它生成符合对应模式解码规则的机器码。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Markity