x86-64 레지스터의 자동 Zero-Extension 규칙

x86-64 아키텍처를 공부하다 보면 만나게 되는 흥미로운 설계 특징이 있는데, 바로 32비트 레지스터에 값을 쓸 때 상위 32비트가 자동으로 0으로 클리어되는 규칙입니다.

핵심 규칙

32비트 레지스터(EAX, EBX 등)에 값을 쓰면, 대응하는 64비트 레지스터(RAX, RBX 등)의 상위 32비트가 자동으로 0이 됩니다.

코드 예시

기본 동작

mov eax, 0x12345678    ; EAX에 값을 씀
; 결과: RAX = 0x0000000012345678
; 상위 32비트가 자동으로 0으로 클리어됨!

산술 연산에서도 동일

add ebx, ecx           ; 32비트 덧셈 연산
; 결과: RBX의 상위 32비트는 자동으로 0으로 클리어됨

xor edi, edi          ; EDI를 0으로 만드는 일반적인 패턴
; 결과: RDI = 0x0000000000000000 (64비트 전체가 0)

주의: 다른 크기는 다르게 동작합니다

32비트 레지스터만 특별한 대우를 받습니다. 8비트와 16비트는 자동 zero-extension이 없습니다.

8비트 레지스터 (AL, BL, CL 등)

mov rax, 0xFFFFFFFFFFFFFFFF   ; RAX를 모두 1로 채움
mov al, 0x00                  ; AL만 0으로 변경
; 결과: RAX = 0xFFFFFFFFFFFFFF00
; 상위 비트들은 그대로 유지됨!

16비트 레지스터 (AX, BX, CX 등)

mov rax, 0xFFFFFFFFFFFFFFFF   ; RAX를 모두 1로 채움
mov ax, 0x0000                ; AX만 0으로 변경
; 결과: RAX = 0xFFFFFFFFFFFF0000
; 상위 48비트는 그대로 유지됨!

레지스터 크기별 비교표

레지스터 크기 자동 Zero-Extension 명시적 확장 명령어 필요

8비트 (AL)	없음	MOVZX 필요
16비트 (AX)	없음	MOVZX 필요
32비트 (EAX)	자동	불필요

왜 이렇게 설계했을까?

1. 성능 최적화

별도의 zero-extension 명령어 없이도 32비트 값을 64비트로 확장할 수 있어 코드가 간결해집니다.

; 32비트 값을 64비트 레지스터로 로드
mov edi, [some_value]    ; 이것만으로 충분!

; 만약 자동 zero-extension이 없었다면?
mov edi, [some_value]
and rdi, 0xFFFFFFFF      ; 추가 명령어 필요 (비효율적)

2. 32비트 호환성

32비트 x86 코드를 64비트로 포팅할 때 더 쉽고 자연스럽게 동작합니다.

3. 일반적인 사용 패턴

대부분의 경우 32비트 unsigned 값을 64비트로 확장할 때 zero-extension이 필요하므로, 이를 기본 동작으로 만든 것입니다.

실전 활용 예시

함수 인자 전달 (System V AMD64 ABI)

; 32비트 정수를 함수 인자로 전달
mov edi, 42              ; RDI의 상위 32비트 자동 클리어
call some_function       ; RDI를 안전하게 사용 가능

배열 인덱스 계산

mov eax, [index]         ; 32비트 인덱스 로드
lea rbx, [array + rax*8] ; RAX를 64비트 주소 계산에 안전하게 사용

명시적 확장이 필요한 경우

16비트나 8비트 값은 여전히 명시적 확장이 필요합니다:

; 16비트 → 64비트 zero-extension
movzx rax, word ptr [addr]

; 8비트 → 64비트 zero-extension  
movzx rax, byte ptr [addr]

; 32비트는 자동!
mov eax, dword ptr [addr]  ; 명시적 확장 불필요

정리

• 32비트 레지스터 연산 = 상위 32비트 자동 클리어
• 8비트/16비트는 자동 클리어 없음 (기존 값 유지)
• 성능과 편의성을 위한 x86-64의 똑똑한 설계
• 코드 작성 시 이 규칙을 활용하면 더 효율적인 어셈블리 작성 가능

이 규칙을 이해하면 x86-64 어셈블리 코드를 읽고 쓸 때 훨씬 수월해집니다.