了解aarch64汇编function调用，栈是如何操作的

Question

test.c（裸机）

#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aarch64-none-elf-gcc test.c -specs=rdimon.specs并得到 a.out。 我做aarch64-none-elf-objdump -d a.out并得到了汇编代码。 这里主要是function。

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 main1 (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

我用<--标记添加了我的理解。 有人可以看到代码并给我一些更正吗？ 任何小的评论将不胜感激。 （请参阅<main> ）

补充：感谢您的评论。 我想我忘了问我真正的问题。 在 main 的开头，调用 main 的程序应该把它的返回地址（在 main 之后）放在 x30 中。 由于 main 应该调用另一个 function 本身，它应该修改 x30，所以它将 x30 保存在它的堆栈中。 但是为什么它把它存储在 sp-#0x20 中呢？ 为什么变量 x,y,z 存储在 sp + #20, sp + #24, sp + #28 中？ 如果主 function 调用 printf，我猜 sp 和 x29 会减少一些。 这个数量是否取决于被调用函数（此处为 printf）使用多少堆栈区域？ 还是恒定的？ 以及 main 中的 x29、x30 存储位置是如何确定的？ 是否确定这两个值位于被调用函数（printf）的堆栈区域上方？ 抱歉问了太多问题。

Answer 1

在为main布置堆栈时，编译器必须满足以下约束：

• x29和x30需要保存在堆栈中。 它们每个占用 8 个字节。

• 局部变量x,y,z需要堆栈空间，每个 4 字节。 （如果您正在优化，您会看到它们被保存在寄存器中，或者完全不存在优化。）这使我们总共有8+8+4+4+4=28个字节。

• 堆栈指针sp必须始终保持对齐到 16 个字节； 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）。 所以我们不能只从sp中减去 28； 我们必须四舍五入到 16 的下一个倍数，即 32。

这就是您提到的 32 或0x20的来源。 请注意，它完全适用于main本身使用的堆栈 memory。 它不是一个普遍的常数。 如果您从main添加或删除了足够多的局部变量，您会看到它发生了变化。

它与printf需求无关。 如果printf需要堆栈空间来存放它自己的局部变量，那么printf中的代码将不得不相应地调整堆栈指针。 编译main时的编译器不知道会有多少空间，也不在乎。

现在编译器需要在它将为自己创建的 32 字节堆栈空间内组织这五个对象x29, x30, x, y, z 。 除了以下几点之外，放置什么的选择几乎完全是任意的。

该函数的序言需要从堆栈指针中减去 32，并将寄存器x29, x30存储在分配空间内的某个位置。 这一切都可以在一条指令中使用预索引存储对指令stp x29, x30, [sp, #-32]! . 它从sp中减去32 ，然后将x29和x30存储在从sp现在指向的地址开始的 16 个字节中。 因此，为了使用该指令，我们必须接受将x29和x30放置在分配空间的底部，相对于sp的新值偏移[sp+0]和[sp+8] 。 将它们放在其他任何地方都需要额外的说明并且效率较低。

（实际上，因为这是最方便的方法，所以ABI实际上要求堆栈帧以这种方式设置， x29, x30在堆栈上按顺序连续，当它们被使用时（5.2.3） .)

我们还有从[sp+16]开始的 16 个字节可供使用，其中必须放置x,y,z 。 编译器选择将它们分别放在地址[sp+28], [sp+24], [sp+20]处。 [sp+16]处的 4 个字节仍未使用，但请记住，我们必须在某处浪费 4 个字节才能获得正确的堆栈 alignment。 安排这些对象的选择，以及让哪个插槽不用，完全是任意的，任何其他安排都可以。