C语言过程（函数）的机器级表示
一个函数调用包括将数据（包括参数和返回值）和控制从代码一部分传到另一部分。还包括对函数内局部变量分配空间，并在退出时释放空间。 其中，转移控制到过程 和 从过程转移出控制——使用指令；局部变量的分配和释放通过 程序栈 来实现。
1.栈帧结构
栈由高地址向低地址方向增长。对单个过程分配的栈称为 栈帧。以两个指针来界定：帧指针%ebp和栈指针%esp.栈指针是不断变化的，所以大多数信息基于帧指针%ebp.(注意在我的电脑上，帧指针是%esp，所以在汇编时总是由 movl 8(%esp) %eax来得到参数)。
从上图的栈帧结构中看到，假设P调用Q。
- P栈帧部分参数为传入Q的参数；
- P的返回地址形成P栈帧的末尾；
- Q在%ebp+4+4i的位置上得到其参数；
- 栈向低地址增长，故栈指针减小——分配空间；栈指针增大——释放空间。
2.转移控制
一个简单的sum调用函数：
int accum = 0;
int sum(int x, int y)
{
int t = x + y;
accum += t;
return t;
}
int main()
{
return sum(1,3);
}
该函数使用gcc –o sum sum.c –O1得到可执行文件sum。对该可执行文件使用objdump –d sum 得到反汇编代码如下：
080483b4 <sum>: 80483b4: 8b 44 24 08 mov 0x8(%esp),%eax 80483b8: 03 44 24 04 add 0x4(%esp),%eax 80483bc: 01 05 18 a0 04 08 add %eax,0x804a018 80483c2: c3 ret 080483c3 <main>: 80483c3: 83 ec 08 sub $0x8,%esp 80483c6: c7 44 24 04 03 00 00 movl $0x3,0x4(%esp) 80483cd: 00 80483ce: c7 04 24 01 00 00 00 movl $0x1,(%esp) 80483d5: e8 da ff ff ff call 80483b4 <sum> 80483da: 83 c4 08 add $0x8,%esp 80483dd: c3 ret
【汇编的一个习惯技巧】
对下面的一个代码片段：
call next next: popl %eax
这是一个汇编代码的习惯用法，结果是把popl指令地址放入%eax中——将程序计数器值放入整数寄存器的唯一方法。
这不是一个过程调用，因为跳转的结果与指令顺序相同：
执行call next前，PC设为popl指令的地址（PC始终设置为下条指令地址）；
执行call next后，%esp被设置为popl指令地址（因为它是调用者的返回地址）；程序同时也跳转到了popl指令，（此时帧指针和栈指针是重合的，栈指针%esp只有在声明新局部变量时会增大，所以%esp还存储的是popl的地址），根据: %eax = M[R[%esp]]，所以popl指令地址放入了%eax中
3.寄存器使用惯例
寄存器组是被所有过程共享的资源，但同一时刻只有一个过程激活，所以需要保证被调用者不会影响调用者在寄存器中的值。
将%eax, %edx, %ecx作为调用者保存寄存器，被调用者可以覆盖这些寄存器；
将%ebx, %ebi, %edi作为被调用者保存寄存器，需要在过程开始前pushl，在过程结束后popl到寄存器。
4.过程示例
int swap_add(int *xp, int *yp)
{
int x = *xp;
int y = *yp;
*xp = y;
*yp = x;
return x+y;
}
int caller()
{
int arg1 = 534;
int arg2 = 1057;
int sum = swap_add(&arg1, &arg2);
return sum;
}
汇编代码为：
swap_add: .LFB0: .cfi_startproc pushl %ebx .cfi_def_cfa_offset 8 .cfi_offset 3, -8 movl 8(%esp), %ebx movl 12(%esp), %ecx movl (%ebx), %edx movl (%ecx), %eax movl %eax, (%ebx) movl %edx, (%ecx) addl %edx, %eax popl %ebx .cfi_def_cfa_offset 4 .cfi_restore 3 ret .cfi_endproc caller: .LFB1: .cfi_startproc subl $24, %esp .cfi_def_cfa_offset 28 movl $534, 16(%esp) movl $1057, 20(%esp) leal 20(%esp), %eax movl %eax, 4(%esp) leal 16(%esp), %eax movl %eax, (%esp) call swap_add addl $24, %esp .cfi_def_cfa_offset 4 ret .cfi_endproc
对caller栈帧，分配如下：
共32个字节：
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+24 (一个空闲位，在书上该位用来存放了“保存的%ebp"） |
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+20 arg2 |
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+16 arg1 |
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…… |
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+8 |
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+4 &arg2 |
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&arg1（%esp保存该地址） |
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返回地址(from ret) |
对swap_add栈帧，%esp从上面的返回地址后面的地址开始，由于首先pushl %edx, %esp变为下一个地址：
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…… |
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&arg1 |
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返回地址(call调用会存储该地址) |
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Initial %ebx(%esp保存该地址，由于没有”保存的%ebp“，所以该位置就类似于书上的%ebp位置。) |
所以可以从%esp+8处取得参数值，注意此处与书上有所不同，因为一直没有用到%ebp帧地址，书上使用%edp帧地址，所以在每次初始部分多了：
pushl %ebp
movl %esp %ebp (这一步结束，就将%ebp指向了”保存的%ebp“的地址。）
在结束部分，要恢复%ebp的值：
popl %ebp
ret
练习3.32： 不论从书上还是实际试验都可以看到，前面位置的参数里%ebp越近（%ebp+4+4i为第i个参数的地址）。
练习3.33：不要犯下面三个错误：（1）注意地址相减表示由高位到低位的扩展；（2）注意做十六进制相加（每个寄存器4字节）；（3）C对应12，E对应14.
5.递归过程
栈规则的关键是：每次函数调用它都会保存自己的私有信息（包括返回地址、栈指针%ebp、被调用者保存寄存器值%ebp等，如果需要还有其他局部变量）。
