C語言中主函數調用另外一個函數，匯編代碼理解

棧的理解

由於主函數在執行過程中，需要從主函數跳到被調用的函數，這就涉及到保存當前函數狀態，進入被調函數的操作。這個保存狀態的操作就需要用到棧。
棧的結構如下：

關於棧的理解有幾點要注意的：

• 棧是由高地址向低地址方向增長
• rsp是堆棧寄存器，裏面存放的是棧頂指針的地址
• 棧頂指針只有在需要擴大棧大小或者縮小棧大小的時候，才會向低地址移動，否則向入棧和出棧是根據棧頂指針的偏移量來操作的，棧頂指針不需要移動。

示例代碼

主函數call_proc.c

#include"proc.h"
long call_proc()
{
    
        long  x1 = 1; int  x2 = 2;
        short x3 = 3; char x4 = 4;
        proc(x1, &x1, x2, &x2, x3, &x3, x4, &x4);
        return (x1+x2)*(x3-x4);
}

被調函數proc.c

void proc(long  a1, long  *a1p,
          int   a2, int   *a2p,
          short a3, short *a3p,
          char  a4, char  *a4p)
{
    
        *a1p += a1;
        *a2p += a2;
        *a3p += a3;
        *a4p += a4;
}

匯編代碼

利用執行gcc -Og -S xxx.c分別生成兩者的匯編代碼call_proc.s和proc.s如下(只列出關鍵部分)：
call_proc.s

.file   "call_proc.c"
        .text
        .globl  call_proc
        .type   call_proc, @function 
call_proc: 
.LFB0:
        .cfi_startproc
        endbr64
        pushq   %rbx
        .cfi_def_cfa_offset 16
        .cfi_offset 3, -16
        subq    $32, %rsp
        .cfi_def_cfa_offset 48
        movl    $40, %ebx
        movq    %fs:(%rbx), %rax
        movq    %rax, 24(%rsp)
        xorl    %eax, %eax
        movq    $1, 16(%rsp)
        movl    $2, 12(%rsp)
        movw    $3, 10(%rsp) 
        movb    $4, 9(%rsp)
        leaq    12(%rsp), %rcx
        leaq    16(%rsp), %rsi
        leaq    9(%rsp), %rax
        pushq   %rax  
        .cfi_def_cfa_offset 56
        pushq   $4    
        .cfi_def_cfa_offset 64
        leaq    26(%rsp), %r9
        movl    $3, %r8d
        movl    $2, %edx
        movl    $1, %edi
        call    [email protected]
        movslq  28(%rsp), %rcx
        addq    32(%rsp), %rcx
        movswl  26(%rsp), %edx
        movsbl  25(%rsp), %eax
        subl    %eax, %edx
        movslq  %edx, %rax
        imulq   %rcx, %rax
        addq    $16, %rsp
        .cfi_def_cfa_offset 48
        movq    24(%rsp), %rdi
        xorq    %fs:(%rbx), %rdi
        jne     .L4
        addq    $32, %rsp
        .cfi_remember_state
        .cfi_def_cfa_offset 16
        popq    %rbx
        .cfi_def_cfa_offset 8
        ret

proc.s

       .file   "proc.c"
        .text
        .globl  proc
        .type   proc, @function
proc:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        endbr64
        movq    16(%rsp), %rax
        addq    %rdi, (%rsi)
        addl    %edx, (%rcx)
        addw    %r8w, (%r9)
        movl    8(%rsp), %edx
        addb    %dl, (%rax)
        ret
        .cfi_endproc

匯編代碼分析

先分析call_proc.s中的匯編代碼

更改棧的大小

subq $32, %rsp //將rsp减少32個字節，因為棧的增長方向是大地址往小地址，相當於增大棧的容量

保存局部變量

//將局部變量壓棧，rsp前面的數字是相當於棧頂指針的偏移量
movq    $1, 16(%rsp) 
movl    $2, 12(%rsp)
movw    $3, 10(%rsp)
movb    $4, 9(%rsp)

做完上述操作，棧的示意圖如下：

保存被調函數的形參

因為該被調函數有8個形參，但是最多只有6個形參能保存到寄存器中，因此有兩個被保存到了棧中，且是形參的最後兩個值。

 //將形參保存到寄存器中
 leaq    12(%rsp), %rcx  //load effective adress，用於一個內存地址直接賦給目的操作數
 leaq    16(%rsp), %rsi
 
 //將形參保存到棧中，
 leaq    9(%rsp), %rax
 pushq   %rax  //將寄存器中的數壓棧
 pushq   $4  // 將立即數壓棧
 
 //將形參保存到寄存器中
 leaq    26(%rsp), %r9
 movl    $3, %r8d
 movl    $2, %edx
 movl    $1, %edi

參數和形參的對應關系如下圖所示：

調用被調函數

call    [email protected]

調用被調函數前，會把調用代碼的的下一條執行指令壓棧，方便從被調函數中返回到主函數時候，還能往下執行。

返回

... //一系列邏輯操作
ret

被調函數匯編代碼

邏輯運算

movq    16(%rsp), %rax

// 直接從寄存器中取出運算數
addq    %rdi, (%rsi)
addl    %edx, (%rcx)
addw    %r8w, (%r9)

//從棧中取出運算數
movl    8(%rsp), %edx
addb    %dl, (%rax)

返回

ret

總結

• 嵌套的函數調用，需要用棧來保存局部變量、形參、返回時候的指令地址
• C語言的參數是按照從右到左的順序壓到棧中的

參考

C語言函數調用的底層實現
匯編語言中mov和lea的區別有哪些？