过程调用的机器级表示

本文介绍了过程调用在32位IA-32和64位x86-64架构下的实现,包括运行时栈的结构、过程调用的执行步骤、数据传递方式以及寄存器使用约定。在x86-64中,栈帧通常是定长的,参数通过寄存器和栈传递,而IA-32则主要依赖栈来传递参数。此外,详细阐述了栈帧中参数和局部变量的分配以及调用者和被调用者保存的寄存器规则。

一、运行时栈

可执行文件的存储映像

在 32 位机器中,指针 %esp 指向栈顶,在 64 位机器中,指针 %rsp 指向栈顶。x86-64 的栈向低地址方向存储。也就是说,如果给这个栈分配空间,那么栈顶指针的值减小。

当 x86-64 过程中,需要的存储空间超过寄存器能够存放的大小时,就会在栈上分配空间,这个部分成为过程的栈帧(stack fram)。大多数过程的栈帧都是定长的。

为了提高空间和时间的效率,x86-64 值分配自己所需要的栈帧部分。例如,许多过程有六个或更少的参数,那么所有的参数都可通过寄存器来传递。

下图中的某些栈帧部分其实时可以省略的。当所有的局部变量都可以用寄存器保存,而且该函数不会调用其他函数,这个函数甚至根本不需要栈帧。

通用的栈帧结构
通用的栈帧结构

二、过程调用的执行步骤(P为调用函数,Q为被调用函数)

(1)P:P将入口参数(实参)放在 Q 能访问到的地方

(2)P:执行 call 指令,P 保存放回地址,并将控制权转移给Q

(3)Q:保存 P 的现场,并为自己的非静态局部变量分配空间

(4)Q:执行 Q 的过程体(函

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