函数执行中的栈和寄存器调用

函数执行中的栈和寄存器调用

函数执行过程中主要用到的寄存器有程序计数器、栈指针和帧指针。

程序计数器（IP）：指向下一条执行指令的地址，其值用%rip来表示

栈指针：指向栈顶地址，其值用%rsp来表示

帧指针：在函数调用时，指向函数栈帧的基准位置，从而将栈上的变量表示为帧指针+偏移量形式，用%rbp来表示。

当过程P调用过程Q时，其栈帧结构可能如下图所示：

地址转移

注意：当过程P调用过程Q时，会将返回地址压入栈中，从而确定当执行完Q后在哪个地址继续运行，而这个返回地址是P的栈帧的一部分。在x86-64中，用指令call Q来记录。这个指令会把返回地址压入栈中，并将程序计数器设为过程Q的起始地址。而在x86-64中，指令ret会从栈中弹出返回地址，并把程序计数器的值设为该返回地址。

数据传输

过程P最多可以通过寄存器向Q传递6个整数值，如果过程的参数小于等于6个，那么所有参数都可以通过寄存器来传递，而如果大于6个则需要额外分配栈帧来保存参数。如上图，参数数量n>6，则P分配的栈帧需要容纳7到n号参数，即为P的参数构造区。对于函数：

其栈帧结构为：

对于过程P，其对多个参数过程Q的栈帧调用过程可以总结为：

1. 移动栈顶指针，为变量分配内存（遵循内存对齐原则）
2. 对于前六个参数，设置其对应寄存器的值
3. 对于其他参数，将其表示为栈顶指针+偏移量

对于不同位置和大小的参数，其和寄存器的对应关系为：

寄存器的局部存储空间

由于寄存器组是唯一被所有过程共享的资源，因此需要确保在过程之间进行调用时不会出现寄存器覆盖情况。为此x86-64采用了一组同一的寄存器使用惯例。

被调用者保存寄存器：过程P调用过程Q时，Q必须保存这些寄存器的值，保证它们的值在Q返回到P时与Q被调用时是一样的。（将其保存到Q的栈帧上）

调用者保存寄存器：除了被调用者保存寄存器和栈指针以外所有其他的寄存器，这意味着任何函数都能修改它们。

参考文献

《深入理解计算机系统（第三版）》