assembly 了解aarch64汇编函数调用,栈是如何操作的?

z5btuh9x  于 2022-11-13  发布在  其他
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test. c(裸金属)

#include <stdio.h>

int add1(int a, int b)
{
int c;
c = a + b;
return c;
}

int main()
{
int x, y, z;
x = 3;
y = 4;
z = add1(x,y);
printf("z = %d\n", z);
}

我做了aarch64-none-elf-gcc test.c -specs=rdimon.specs得到了a. out,我做了aarch64-none-elf-objdump -d a.out得到了汇编代码,这是主函数。

00000000004002e0 <add1>:
  4002e0:   d10083ff    sub sp, sp, #0x20       <-- reduce sp by 0x20 (just above it are saved fp and lr of main)
  4002e4:   b9000fe0    str w0, [sp, #12]       <-- save first param x at sp + 12
  4002e8:   b9000be1    str w1, [sp, #8]        <-- save second param y at sp + 8
  4002ec:   b9400fe1    ldr w1, [sp, #12]       <-- load w1 with x
  4002f0:   b9400be0    ldr w0, [sp, #8]        <-- load w0 with y
  4002f4:   0b000020    add w0, w1, w0          <-- w0 = w1 + w0
  4002f8:   b9001fe0    str w0, [sp, #28]       <-- store x0 to sp+28
  4002fc:   b9401fe0    ldr w0, [sp, #28]       <-- load w0 with the result (seems redundant)
  400300:   910083ff    add sp, sp, #0x20       <-- increment sp by 0x20
  400304:   d65f03c0    ret
0000000000400308 <main>:
  400308:   a9be7bfd    stp x29, x30, [sp, #-32]!   <-- save x29(fp) and x30(lr) at sp - 0x20
  40030c:   910003fd    mov x29, sp                 <-- set fp to new sp, the base of stack growth(down)
  400310:   52800060    mov w0, #0x3                    // #3
  400314:   b9001fe0    str w0, [sp, #28]           <-- x is assigned in sp + #28
  400318:   52800080    mov w0, #0x4                    // #4
  40031c:   b9001be0    str w0, [sp, #24]           <-- y is assiged in sp + #24
  400320:   b9401be1    ldr w1, [sp, #24]            <-- load func param for y
  400324:   b9401fe0    ldr w0, [sp, #28]           <-- load func param for x
  400328:   97ffffee    bl  4002e0 <add1>           <-- call add1 (args are in w0, w1)
  40032c:   b90017e0    str w0, [sp, #20]           <-- store x0(result z) to sp+20
  400330:   b94017e1    ldr w1, [sp, #20]           <-- load w1 with the result (why? seems redundant. it's already in w0)
  400334:   d0000060    adrp    x0, 40e000 <__sfp_handle_exceptions+0x28>
  400338:   91028000    add x0, x0, #0xa0  <-- looks like loading param x0 for printf
  40033c:   940000e7    bl  4006d8 <printf>
  400340:   52800000    mov w0, #0x0                    // #0 <-- for main's return value..
  400344:   a8c27bfd    ldp x29, x30, [sp], #32  <-- recover x29 and x30 (look's like values in x29, x30 was used in the fuction who called main)
  400348:   d65f03c0    ret
  40034c:   d503201f    nop

我添加了我的理解与<--标记。有人可以看到代码,并给予我一些更正吗?任何小的评论将不胜感激。(请从<main>看到)
附加:谢谢你的评论。我想我忘了问我真实的的问题了。在main的开头,调用main的程序应该把它的返回地址(在main之后)。既然main应该自己调用另一个函数,它应该修改x30,所以它把x30保存在它的堆栈中。但是为什么它把它保存在sp - #0x20中呢?为什么变量x,y,如果主函数调用printf,我猜sp和x29会减少一些。这个数量取决于被调用函数的堆栈区域大小吗(此处为printf)使用?还是常量?以及x29 x30在main中的存储位置是否已确定?是否已确定这两个值正好位于被调用函数(printf)的堆栈区域上方?抱歉,问题太多。

zhte4eai

zhte4eai1#

在为main布局堆栈时,编译器必须满足以下约束:

  • x29x30需要保存在堆栈上,它们各占用8个字节。
  • 局部变量x,y,z需要堆栈空间,每个4字节。(如果进行优化,您会看到它们被保存在寄存器中,或者被优化后完全不存在。)这样,我们总共需要8+8+4+4+4=28字节。
  • 堆栈指针sp必须始终保持与16字节对齐;这是一个架构和ABI约束(操作系统可以选择放宽此要求,但通常不会)。我们必须四舍五入到16的下一个倍数,即32。

这就是你提到的32或0x20的来源。注意,它完全是main本身使用的堆栈内存。它不是一个通用常量;如果在main中添加或删除了足够多的局部变量,就会发现它发生了变化。
它与printf的需求无关。如果printf需要为它自己的局部变量提供堆栈空间,那么printf中的代码就必须相应地调整堆栈指针。编译器在编译main时不知道需要多少空间,也不关心。
现在,编译器需要将这五个对象x29, x30, x, y, z组织在它为自己创建的32字节堆栈空间中。除了以下几点之外,选择将什么放在哪里几乎是完全任意的。
该函数的序言需要从堆栈指针中减去32,并将寄存器x29, x30存储在所分配的空间内的某个位置。这都可以通过预先变址的存储对指令stp x29, x30, [sp, #-32]!在单个指令中完成。它从sp中减去32。然后将x29x30存储在从sp现在指向的地址开始的16个字节中。因此,为了使用此指令,我们必须接受将x29x30放置在分配空间的底部,在相对于spnew 值的偏移量[sp+0][sp+8]处。将它们放在其他位置将需要额外的指令,并且效率较低。
(实际上,因为这是最方便的方式,所以ABI实际上要求堆栈帧以这种方式设置,当使用它们时,x29, x30在堆栈上以这种顺序连续(5.2.3)。)
[sp+16]开始,我们还有16个字节要处理,其中必须放置x,y,z。编译器选择将它们分别放在[sp+28], [sp+24], [sp+20]地址。[sp+16]处的4个字节未使用,但请记住,为了实现正确的堆栈对齐,我们不得不在某处浪费4个字节。排列这些对象的选择,以及哪些时隙不使用完全是任意的,任何其他的安排也会同样有效。

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