调用约定

2019-11-13  本文已影响0人  tommwq

对于常见的指令集，在指令层面没有所谓的“函数”概念，只有“子程序”概念。子程序是存储在“主程序”之外的一段指令。子程序通过call指令调用，通过ret指令返回。子程序可以使用内存、堆栈和寄存器。通常主程序会传递参数给子程序，子程序将执行结果返回给主程序。这些参数和返回值如何传递，可以由开发者决定。不过如果程序中同时使用了高级语言和汇编语言，为了让编译器生成的汇编代码可以正确的汇编和连接，必须采用一个双方都遵守的传递参数和返回值的方法。这就是调用约定。换言之，调用约定是为了保证了不同函数可以正确汇编和链接而设计的，主程序和子程序之间传递数据的方式。

从上面的说明可以看到，调用约定涉及参数和返回值两部分。早期的高级语言（比如C）只有一个返回值，因此返回值的传递也较为简单。下表总结了几个平台上返回值的传递方法：

| 平台 | 整型 | 结构体 | 浮点型 |
| x86 | eax | eax | st(0) |
| x86-64 | rax | rax | xmm0 |
| ARM | R0 | R0 | R0 |
| ARM64 | R0 | R0 | R0 |

调用约定中比较复杂的是参数传递方法，其中又以x86平台的调用约定种类繁多。

| 关键字 | 清理堆栈 | 参数传递 |
| __cdecl | caller | 从右向左将参数压栈。 |
| __clrcall | n/a | 将参数从左向右加入CLR表达式栈。 |
| __stdcall | callee | 从右向左将参数压栈。 |
| __fastcall | callee | 优先使用寄存器ecx和edx传递参数，然后才使用堆栈。 |
| __thiscall | callee | 通过ecx传递this指针，其他参数通过栈传递。 |
| __vectorcall | callee | 从右向左传递参数，优先使用寄存器ecx和edx，然后才使用堆栈。 |

通过栈传递参数时，栈的结构如下：

16(%ebp) - third function parameter
12(%ebp) - second function parameter
8(%ebp) - first function parameter
4(%ebp) - old %EIP (the function's "return address")
0(%ebp) - old %EBP (previous function's base pointer)
-4(%ebp) - first local variable
-8(%ebp) - second local variable
-12(%ebp) - third local variable

x86-64拥有比较多的寄存器，因此主要通过寄存器传递参数，调用约定也较为统一。MSVC编译器通过rcx、rdx、r8、r9传递前4个参数，其余参数同过栈传递，正如下面的例子：

void func1(int a, int b, int c, int d, int e);
// a: rcx, b: rdx, c: r8, d: r9, e: stack

如果函数的参数是结构体，编译器将这个结构体的指针作为实际参数传递。如果参数是浮点数，将通过寄存器xmm0、xmm1、xmm2和xmm3传递。如果参数中既有整数又有浮点数，编译器将按照下面的例子传递参数：

void func2(int a, fouble b, int c, float d);
// a: rcx b: xmm1 c: r8 d: xmm3

如果参数通过栈传递，调用者（caller）负责清理堆栈。C++程序的this指针通常作为第一个参数，通过rcx传递。

在Linux上，GCC优先通过rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9传递参数。对于浮点数参数，GCC使用xmm0-xmm7寄存器。和MSVC一样，GCC也要求调用者清理堆栈。同时，GCC也将C++的this指针作为第一个参数。因此在GCC中，this指针通过rdi传递。

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