为什么GCC垫可与NOP一起使用？

Question 1

我已经使用C了很短的时间，最近才开始涉足ASM。当我编译程序时：

int main(void)
  {
  int a = 0;
  a += 1;
  return 0;
  }

objdump反汇编具有代码，但在重新输入后会提示：

...
08048394 <main>:
 8048394:       55                      push   %ebp
 8048395:       89 e5                   mov    %esp,%ebp
 8048397:       83 ec 10                sub    $0x10,%esp
 804839a:       c7 45 fc 00 00 00 00    movl   $0x0,-0x4(%ebp)
 80483a1:       83 45 fc 01             addl   $0x1,-0x4(%ebp)
 80483a5:       b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
 80483aa:       c9                      leave  
 80483ab:       c3                      ret    
 80483ac:       90                      nop
 80483ad:       90                      nop
 80483ae:       90                      nop
 80483af:       90                      nop
...

从我学到的知识，nops什么都不做，因为ret后甚至不会被执行。

我的问题是：为什么要打扰？ELF（linux-x86）不能使用任何大小的.text部分（+ main）吗？

我将不胜感激，只是尝试学习。

Question 2

首先，gcc并不总是这样做。填充由控制-falign-functions，由-O2和自动打开-O3：

-falign-functions
-falign-functions=n

将函数的开头对齐到下一个大于2的2的幂n，并跳至n字节。例如，-falign-functions=32将函数对齐到下一个32字节的边界，但是-falign-functions=24仅当可以跳过23个字节或更少的字节才能对齐时，才将函数对齐到下一个32字节的边界。

-fno-align-functions和-falign-functions=1是等效的，表示功能将不对齐。

某些汇编程序仅在n为2的幂时才支持此标志。在这种情况下，将其四舍五入。

如果未指定n或为n，则使用与机器有关的默认值。

在-O2，-O3级别启用。

这样做可能有多种原因，但是x86上的主要原因可能是：

大多数处理器以对齐的16字节或32字节块来获取指令。将关键循环条目和子例程条目对齐16以便将代码中16字节边界的数量最小化可能是有利的。或者，请确保关键循环条目或子例程条目之后的前几条指令中没有16字节边界。

（引自Agner Fog的“使用汇编语言优化子例程”。）

编辑：这是一个演示填充的示例：

// align.c
int f(void) { return 0; }
int g(void) { return 0; }

当使用带有默认设置的gcc 4.4.5进行编译时，我得到：

align.o:     file format elf64-x86-64

Disassembly of section .text:

0000000000000000 <f>:
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   4:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
   9:   c9                      leaveq 
   a:   c3                      retq   

000000000000000b <g>:
   b:   55                      push   %rbp
   c:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   f:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  14:   c9                      leaveq 
  15:   c3                      retq

指定-falign-functions给出：

align.o:     file format elf64-x86-64

Disassembly of section .text:

0000000000000000 <f>:
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   4:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
   9:   c9                      leaveq 
   a:   c3                      retq   
   b:   eb 03                   jmp    10 <g>
   d:   90                      nop
   e:   90                      nop
   f:   90                      nop

0000000000000010 <g>:
  10:   55                      push   %rbp
  11:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  14:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  19:   c9                      leaveq 
  1a:   c3                      retq

Question 3

这样做是为了使下一个函数按8、16或32字节边界对齐。

摘自A.Fog的“使用汇编语言优化子例程”：

11.5代码对齐

大多数微处理器以对齐的16字节或32字节块来获取代码。如果一个重要的子例程条目或跳转标签恰好在16字节块的末尾附近，则微处理器在获取该代码块时将仅获得一些有用的代码字节。它可能还必须获取下一个16个字节，然后才能解码标签后的第一条指令。可以通过将重要的子例程条目和循环条目对齐16来避免这种情况。

[...]

对齐子例程条目就像在子例程条目之前放置所需数量的NOP一样简单，以根据需要使地址可被8、16、32或64整除。

Question 4

据我所知，指令在cpu中流水线化，不同的cpu块（加载器，解码器等）处理后续指令。当RET正在执行的指令，几下一指令已经被加载到CPU流水线。这是一个猜测，但是您可以在这里开始挖掘，如果您发现了（也许NOP安全的s的特定数量，请分享您的发现。