过程的机制 Link to 过程的机制

• 传递控制 当P调用Q时,程序必须以某种方式跳入Q中,执行Q的代码,然后当Q执行到退出时,程序需要以某种方式回到P. 因此为了返回到正确的位置,我们需要记录返回位置的信息.
• 传递参数 Q是一个函数,它能够接收参数并能在函数内部使用这个参数. 当P调用Q的时候,P给Q传递了一个具体值. 当Q返回值时,P也能够使用返回值.
• 内存管理 过程执行时分配内存,返回时释放内存.

栈的结构 Link to 栈的结构

栈不是单独的硬件,而是内存的某一部分.程序使用栈来管理过程调用与返回的状态. 当调用时,需要一些信息;当从调用中返回时,所有的信息可以被丢弃,符合栈的后进先出的规则. 在x86栈中,栈开始的地址实际上是一个非常高的地址,当栈增长时,通过减小栈指针%rsp来实现.%rsp的值是当前栈顶的地址,每次分配更多栈的空间时,都会递减该指针.

汇编当中有 push 和 pop 两个指令来对栈进行操作.

push入栈 Link to push入栈

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	pushq    src 

操作数src入栈,此操作数可以来自寄存器,内存或立即数: 首先%rsp减小8,然后把操作数复制到%rsp指向的内存处. 不能把内存中的数据直接放入到栈中,所以src是一个寄存器或者立即数.

pop出栈 Link to pop出栈

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	popq     dst

首先把%rsp地址指向的内存的值保存到dst寄存器中,然后%rsp增加8. dst只能是寄存器.

传递控制 Link to 传递控制

注意call, ret并不是完成了调用函数的全部工作,只是控制部分 使用栈来支持call和ret指令

call Link to call

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	call    label

1. 返回地址入栈
2. 跳转到label

返回地址 Link to 返回地址

返回地址是call的下一条指令

ret Link to ret

1. 返回地址出栈
2. 跳转到返回地址

举例 Link to 举例

对于

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400540 <multstore>:
	...
	400544: callq    400550 <mult2>
	400549: mov      %rax, (%rbx)
	...

400550 <mult2>:
	400550: mov     %rdi, %rax
	...
	400557: ret

首先当程序计数器%rip执行到0x400544的时候,%rsp减去8,0x400549入栈,%rip修改为调用的函数的地址;调用的函数返回后,0x400549出栈,%rsp增加8,%rip修改为0x400549,也就是执行call的下一条指令.

不像 push 和 pop指令能够用mov实现,由于没有指令能够之间操作%rip,所以 call 和 ret 不能用其他指令实现.

传递参数 Link to 传递参数

头6个参数(如果有)依次存放在这6个寄存器中:

函数返回值为%rax

管理局部数据 Link to 管理局部数据

面向堆栈的语言 Link to 面向堆栈的语言

• 支持递归的语言:例如C,Java等等大多数语言
  • “可重入”的函数:在任何给定的时间只有一个函数在运行
  • 需要一些空间来存储每个实例的状态:参数,局部变量,返回指针 我们把栈上用于特定调用的每个内存块称为栈帧.

栈帧 Link to 栈帧

在栈上为每个被调用且未返回的过程保留一个栈帧. 通常一个栈帧由两个指针分割,一个是栈顶指针%rsp,另一个是基底指针

• 栈帧的内容
  • 返回信息
  • 局部存储
  • 临时空间

• 调用者的栈帧 如果需要传递6个以上的参数,调用者实际上将使用自己的栈帧来存储这些参数 返回地址入栈

• 当前栈帧 如果使用%rbp,还需要存储之前的%rbp 参数,局部变量…

举例 Link to 举例

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/* incr */
long incr(long *p,long val){
	long x = *p;
	long y = x + val;
	*p = y;
	return x;
}// 以val增加p指向的整数

incr的汇编代码

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incr:
	movq    (%rdi), %rax
	addq    %rax, %rsi
	movq    %rsi, (%rdi)

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/* call_incr */
long call_incr(){
	long v1 = 12345;
	long v2 = incr(&v1, 1)
	return v1 + v2;
}

call_incr的汇编代码

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call_incr:
	subq    $16, %rsp
	movq    $12345, 8(%rsp)
	movl    $1, %esi           # 第二个参数1
	leaq    8(%rsp), %rdi      # 第一个参数*8(%rsp)
	call    incr
	addq    8(%rsp), %rax
	addq    $16, %rsp
	ret

编译器分配栈帧空间时会预留一些不一定会使用的空间

寄存器保存约定 Link to 寄存器保存约定

寄存器的数量是有限的,不同函数对寄存器重复进行操作可能会导致冲突,所以有些寄存器的值不得不先保存到内存当中,并遵循一定规则约定.

1. 调用者保存(caller saved) 调用者在调用前把临时数据保存在它的栈帧中.

2. 被调用者保存(callee saved) 被调用者在使用寄存器前把寄存器的数据保存在它的栈帧中.返回时重新存取.

阐述递归 Link to 阐述递归

使用递归计数unsigned int 的1位的个数

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/* Recursive popcount */
long pcount_r(unsigned long x){
	if(x==0)
		return 0;
	else 
		return (x & 1) + pcount_r(x>>1);
}

汇编代码

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pcount_r:
	movl    $0, %eax
	testq   %rdi, %rdi
	je      .L6
	pushq   %rbx
	movq    %rdi, %rbx       # x先存储到%rbx
	andl    $1, %eax      
	shrq    %rdi             # x>>=1,传给递归函数
	call    pcount_r
	addq    %rbx, %rax       # %rax是递归返回结果
	popq    %rbx             # x恢复到之前的值
.L6:
	rep; ret