C语言函数调用实现
通过一个简单的C语言程序分析
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| #include <stdio.h>
int add();
int main(int argc, char const *argv[])
{
int c = add();
printf("%d", c);
return 0;
}
int add() {
int z = 1 + 2;
return z;
}
|
将这段C程序编译成汇编程序：
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| .file ".\\sampleAdd.c"
.section .rodata
.LC0:
.string "%d"
.text
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB13:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
subq $32, %rsp
movl %edi, -20(%rbp)
movq %rsi, -32(%rbp)
movl $0, %eax
call add
movl %eax, -4(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
movl %eax, %esi
movl $.LC0, %edi
movl $0, %eax
call printf
movl $0, %eax
leave
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE13:
.size main, .-main
.globl add
.type add, @function
add:
.LFB14:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movl $3, -4(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE14:
.size add, .-add
.ident "GCC: (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.11) 5.4.0 20160609"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
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去除宏定义，保留主要指令如下：
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| main:
pushq %rbp
movq %rsp, %rbp
subq $32, %rsp
movl %edi, -20(%rbp)
movq %rsi, -32(%rbp)
movl $0, %eax
call add
movl %eax, -4(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
movl %eax, %esi
movl $.LC0, %edi
movl $0, %eax
call printf
movl $0, %eax
leave
ret
add:
pushq %rbp
movq %rsp, %rbp
movl $3, -4(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
popq %rbp
ret
|
汇编程序有两个标号main, add。这不是巧合，而是编译器处理的结果，编译器会把函数名处理成汇编程序中的标号。 有了标号，汇编程序就能执行函数调用，即call指令，有一条call and指令，就是汇编中执行函数调用的指令。
接下来逐段分析：
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| # 保存调用者栈基地址，并为main()函数分配新栈空间
pushq %rbp
movq %rsp, %rbp
subq $32, %rsp # 分配新栈，一共32字节
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在mian，add代码段的开始都包含这3条指令，add代码段第3行是movl $3, -4(%rbp)该指令与mian代码段的subq $32, %rsp作用是相同的——分配栈空间。
这3条指令的作用为：保存段调用者基址，为新方法分配方法栈。这几乎是汇编程序执行方法调用的标准定式。
main() 函数的方法栈内存布局如下图所示：
// 这里需要插入一张图片
带入参的C程序
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| #include <stdio.h>
int add(int a, int b);
int main(int argc, char const *argv[])
{
int a = 5, b = 3;
int c = add(a, b);
return 0;
}
int add(int a, int b) {
int z = 1 + 2;
return z;
}
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将这段C程序编译成汇编程序(去除宏定义，保留主要指令)：
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| main:
pushq %rbp
movq %rsp, %rbp
subq $32, %rsp
movl %edi, -20(%rbp)
movq %rsi, -32(%rbp)
movl $5, -12(%rbp)
movl $3, -8(%rbp)
movl -8(%rbp), %edx
movl -12(%rbp), %eax
movl %edx, %esi
movl %eax, %edi
call add
movl %eax, -4(%rbp)
movl $0, %eax
leave
ret
add:
pushq %rbp
movq %rsp, %rbp
movl %edi, -20(%rbp)
movl %esi, -24(%rbp)
movl $3, -4(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
popq %rbp
ret
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C语言函数的调用机制
- 压栈
main函数调用add()函数之前，会将两个入参压栈（压入调用者的栈），压栈之后add()就可以获取这两个入参。
- 参数传递顺序
Linux平台，调用者函数向被调用者函数传递参数，采用逆向顺序压栈，即最后一个参数第一个压栈，第一个参数最后压栈
- 读取入参
读取入参的方式是：通过add()函数的栈基地址rbp的相对地址，从main()函数中读取，最后一位入参在8(%rbp)，依次12(%rbp)…
真实物理机器上执行函数调用的步骤：
- 保存调用者栈基地址，当前IP寄存器入栈
- 调用函数时，在x86平台参数从右到左依次入栈
- 一个方法所分配的栈空间大小，取决于方法内部局部变量空间、为被调用者所传递的入参大小
- 被调用者在接收入参时，从8(%rbp)处开始，往上逐个获取参数
- 被调用者将返回结果保存在eax寄存器中，调用者从该寄存器取值
补充（关于寄存器）
- %rax 作为函数返回值使用。
- %rsp 栈指针寄存器，指向栈顶
- %rdi，%rsi，%rdx，%rcx，%r8，%r9 用作函数参数，依次对应第1参数，第2参数。。。
- %rbx，%rbp，%r12，%r13，%14，%15 用作数据存储，遵循被调用者使用规则，简单说就是随便用，调用子函数之前要备份它，以防他被修改
- %r10，%r11 用作数据存储，遵循调用者使用规则，简单说就是使用之前要先保存原值
Reference
