飞腾的函数调用GCC分析

飞腾的函数调用GCC分析

1. 堆栈和栈帧

64位的通用寄存器虽然可以随意被使用；但是针对函数调用，GCC编译器对通用寄存器的使用要符合下表的软件约定。

寄存器	说明
X0…X7	函数调用参数，其中X0也用于函数返回值
X8	保留
X9…X15	临时寄存器，使用时不保存到栈帧中
X16…X18	保留
X19…X28	临时寄存器，使用时保存到栈帧中
X29	栈帧寄存器FP，使用时需要保存
X30	链接寄存器LR，保存函数返回地址
X31	零寄存器XZR，该寄存器并不真正存在，WZR是对应的32位

注：如果是32/16/8位的变量，就使用Wn寄存器形式。

C语言程序的函数动态调用的关系体现在堆栈内的栈帧关系上，参见下图。

1. 每个函数最开始时会创建自己的栈帧区，在函数退出之前会撤销栈帧区。每个还没有退出的函数，在堆栈中都有对应的栈帧；当函数退出之后，对应的栈帧也就不存在。
2. 调用函数的栈帧和被调函数的栈帧在堆栈里是上下紧挨布局。
3. 堆栈寄存器SP指向当前正在运行的函数栈帧起始地址。

标准栈帧包括本地局部参数区、函数输入参数区、X19-X28寄存器保存区、64位返回地址和64位前一个栈帧地址。栈帧的长度都是C语言编译器GCC静态计算的。

输入参数区、本地变量区、或者X19-X28寄存器变量区，属于可选的；即栈帧中相应的区依赖于函数实现的具体情况。例如，函数实现中用到X19-X28临时寄存器时，那么该函数就会提前将用到的临时寄存器保存到栈帧区中，函数返回前恢复X19-X28临时寄存器的值。

标准栈帧对应的函数实现，会调用其他子函数；当函数实现中没有调用其他子函数时，对应的栈帧就不用保存64位返回地址和64位前一个栈帧地址，直接用寄存器X30和X29。

C语言标准函数执行的第一步是先把链接寄存器X30和X29保存在当前栈帧的底部，同时将堆栈寄存器SP都指向当前栈帧底部；然后将Xn/Wn（n=0/1/…）依次保存到函数输入参数区。在函数返回之前，先将返回值X0/W0准备好，再将前一栈帧地址和函数返回地址读取到寄存器X29和X30，最后执行ret返回指令。