超级玉米人の部屋

程序栈的核心作用#

1. 控制流管理

• call/ret 依靠栈来记住返回地址，实现了函数的嵌套调用和返回

2. 局部变量存储

• 函数的非静态局部变量在栈上分配。当函数返回的时，这些变量占用的空间会被释放

3. 参数传递：

• 在x86_64 的 System V ABI （1） 中，前6个整型/指针 参数通过寄存器传递，如果参数多余6个，或某些参数是大型结构体那么额外的参数会通过栈传递

4. 保存调用的上下文：

• 在调用一个新函数面前，调用者可能需要将一些”被调用者保存的寄存器”（rbx, r12-r15） 压栈，因此为新函数承诺不会改变这些寄存器的值
• 被调用函数也会保存 rbp 等寄存器以便返回时恢复

5. 提供临时的存储空间：

• 编译器可能会使用分配的空间来存储中间计算的结果

栈的操作与指令#

1. push <src>

• 机理：先将 rsp 减去 8（在 x86_64 架构中 一个单位的栈空间为 8位）， 然后将操作数存入 [rsp]
• 等价于

1
sub rsp, 8
2
mov <src>, rsp

2. pop <dest>

• 机理: 先将 [rsp] 的值存入目标操作数，然后将 rsp 加上8
• 等价于

1
mov <dest>, rsp
2
add rsp, 8

3. call <target>

• 机理：将下一条指令的地址（返回地址）压栈，然后跳转到目标地址
• 等价于：

1
push rip
2
jmp <target>

4. ret

• 机理: 从栈顶弹出返回地址，并跳转到该地址
• 等价于：

1
pop rip

1
mov rsp, rbp
2
pop rbp

1
my_function:
2
  # === 函数序言 ===
3
  push %rbp          # 1. 保存旧的帧指针
4
  mov  %rsp, %rbp    # 2. 建立新的帧指针（新栈帧开始）
5
  sub  $16, %rsp     # 3. 在栈上为局部变量分配空间
6

7
  # === 函数体 ===
8
  movl $0, -4(%rbp)  # 使用 rbp 偏移量来访问局部变量
9
  ...                # 函数逻辑
10

11
  # === 函数尾声 ===
12
  leave              # 1. 等效于 `mov rsp, rbp` 和 `pop rbp`
13
                     #    (这步会销毁当前栈帧，恢复旧的 rbp 和 rsp)
14
  ret                # 2. 返回到调用者

System V ABI包含内容#

1. 函数调用约定

• 参数传递（整数/指针）：

  • 前六个参数按顺序使用以下寄存器传递：
    • rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9
    • 第七个及以后的参数通过栈来传递
  • 返回值：
    • 整数或者指针类型的返回值存放在rax寄存器中
    • 如果返回值是较大的结构体（无法放入寄存器），调用者会分配一块内存，并将地址作为隐藏的第一个参数 通过 rdi 传递
  • 栈对齐：
  • 寄存器使用约定：
    • 被调用者保存的寄存器：rbp, rbx, r12, r13, r14, r15
      • 如果一个函数要使用这些寄存器，他必须在修改他们之前将他的原始值压栈，并在返回前恢复。调用者可以放心认为这些寄存器的值在函数调用前不变
    • 调用者保存的寄存器：rax, rcx, rdx, rsi, rdi, r8, r9, r10, r11
      • 如果一个函数希望在函数调用后还能使用这些寄存器的值，他必须在调用前自己保存他们，因为被调用者可以随意修改这些寄存器