7、ARM_栈

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概述

什么是栈：

栈的本质就是一段内存，程序运行时用于保存一些临时数据，如局部变量、函数的参数、返回值、以及程序跳转时需要保护的寄存器等

什么是压栈和出栈：

压栈就是把数据写入栈，就是写内存。

出栈就是把栈中的数据读出来，就是读内存。

什么是增栈和减栈：

增栈和减栈是对于压栈过程中的地址偏移方向的分类，增栈就是新的数据向高地址存，减栈就是新的数据向低地址存。

在下图中，DATA1存放到SP后，下一个数据DATA2存在高地址位置，这就是增栈；下一个数据DATA2存在低地址位置，这就是减栈

增栈与减栈的压栈和出栈过程中的SP指针偏移关系如下：

栈的分类	压栈	出栈
增栈	SP向高地址偏移	SP向低地址偏移
减栈	SP向低地址偏移	SP向高地址偏移

什么是满栈和空栈：

满栈与空栈是对于压栈过程中SP指针指向的位置是否有数据的分类，满栈就是SP指向的空间中就是栈中的数据，空栈就是SP指向的空间是一个没有数据的空间。

在下图中，当DATA2想要压栈时，SP指向的位置是DATA1的位置，这就是满栈；SP指向的位置是DATA1的下一个地址的位置，这就是空栈。究竟下一个地址是高地址还是低地址，这与增栈和减栈有关。

满栈与空栈的压栈过程中SP移动的过程如下：

栈的分类	压栈	出栈
满栈	SP先偏移，再压栈	先出栈，再SP偏移
空栈	先压栈，再SP偏移	SP先偏移，再出栈

栈的分类总结：

栈的分类就是 "增栈与满栈" 和 "满栈与空栈" 这两者的结合：空增EA、空减ED、满增FA、满减FD

其中：E代表empty、F代表full、A代表ascendant、D代表descendant。ARM中常用FD的栈。

栈的类型与压栈出栈(STM、LDM)指令的关系如下：

栈的分类	压栈	出栈
空增EA	STMIA	LDMDB
空减ED	STMDA	LDMIB
满增FA	STMIB	LDMDA
满减FD	STMDB	LDMIA

栈的类型与专门后缀的压栈出栈(STM、LDM)指令的关系如下：

栈的分类	压栈	出栈
空增EA	STMEA	LDMEA
空减ED	STMED	LDMED
满增FA	STMFA	LDMFA
满减FD	STMFD	LDMFD

注意：这些EA、ED、FA、FD并不是新的指令，编译器会把他们编译为相应的指令。如：STMFD最终编译成汇编依旧是STMDB

栈的应用

1、叶子函数调用过程

什么是叶子函数：

叶子函数就是只有一层的函数，即：main中调用了fun函数，fun函数中没有调用其他的函数。

实现功能：

使用汇编实现函数调用，main中计算1+2并调用fun，fun中计算20-10。要求只能使用R1、R2、R3这三个寄存器。

设计思路：

初始化栈指针SP
入栈当前寄存器中的数据，即：压栈保护现场
进行函数相关的操作
出栈数据到寄存器中，即：出栈恢复现场
移动PC到断点下一条指令位置

代码实现：

.text 
.global _start
_start:

MOV SP,#0x40000020 	   @初始化栈指针sp

MAIN:
	MOV R1,#1
	MOV R2,#2
	BL FUN
	ADD R3,R1,R2
	B STOP
	
FUN:
	STMFD SP!,{R1,R2}  @入栈保护现场
	MOV R1,#10
	MOV R2,#20
	SUB R3,R2,R1
	LDMFD SP!,{R1,R2}  @出栈恢复现场
	MOV PC,LR          @PC指向断点下一个指令位置

STOP:
	B STOP

.end

2、非叶子函数调用过程

什么是非叶子函数：

非叶子函数就是有多层的函数，即：main中调用了fun函数，fun函数中还调用其他的函数。

实现功能：

使用汇编实现函数调用，main中计算1+2并调用fun，fun中计算20-10并调用fun2，fun2中计算300-200。要求只能使用R1、R2、R3这三个寄存器。

设计思路：

初始化栈指针SP
入栈当前寄存器和LR中的数据，即：压栈保护现场
进行函数相关的操作
出栈数据到寄存器中，即：出栈恢复现场
移动PC到断点下一条指令位置

代码实现：

.text 
.global _start
_start:

MOV SP,#0x40000020 	      @初始化栈指针sp

MAIN:
	MOV R1,#1
	MOV R2,#2
	BL FUN
	ADD R3,R1,R2
	B STOP
	
FUN:
	STMFD SP!,{R1,R2,LR}  @入栈保护现场，注意这里入栈了LR
	MOV R1,#10
	MOV R2,#20
	BL FUN2
	SUB R3,R2,R1
	LDMFD SP!,{R1,R2,LR}  @出栈恢复现场
	MOV PC,LR             @PC指向断点下一个指令位置

FUN2:
	STMFD SP!,{R1,R2,LR}  @入栈保护现场，注意这里入栈了LR
	MOV R1,#200
	MOV R2,#300
	SUB R3,R2,R1
	LDMFD SP!,{R1,R2,LR}  @出栈恢复现场
	MOV PC,LR             @PC指向断点下一个指令位置

STOP:
	B STOP

.end