函数调用与汇编指令的关系

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写一段简单的C代码分析其背后与汇编指令的关系

最近在看hotspot的代码，hotspot解释器会将字节码翻译成汇编指令，所以要先复习下这个基础

C代码

#include <stdio.h>

int  main(int args, char** argv){
    printf("%d", add1(100, 200, 500, 600));
}

int add1(int i, int j, int k, int m){
    return i + j + k + m;
}

gcc编译验证执行结果：

gcc -g2 FunctionInvokedAssembly.c -o FunctionInvokedAssembly
./FunctionInvokedAssembly  
#1400

gcc编译成汇编代码

gcc -S -o FunctionInvokedAssembly.s FunctionInvokedAssembly.c

汇编代码如下：

    .file   "FunctionInvokedAssembly.c"
    .section    .rodata
.LC0:
    .string "%d"
    .text
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    subq    $16, %rsp
    movl    %edi, -4(%rbp)
    movq    %rsi, -16(%rbp)
    movl    $600, %ecx
    movl    $500, %edx
    movl    $200, %esi
    movl    $100, %edi
    movl    $0, %eax
    call    add1
    movl    %eax, %esi
    movl    $.LC0, %edi
    movl    $0, %eax
    call    printf
    leave
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .globl  add1
    .type   add1, @function
add1:
.LFB1:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    movl    %edi, -4(%rbp)
    movl    %esi, -8(%rbp)
    movl    %edx, -12(%rbp)
    movl    %ecx, -16(%rbp)
    movl    -8(%rbp), %eax
    movl    -4(%rbp), %edx
    addl    %eax, %edx
    movl    -12(%rbp), %eax
    addl    %eax, %edx
    movl    -16(%rbp), %eax
    addl    %edx, %eax
    popq    %rbp
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE1:
    .size   add1, .-add1
    .ident  "GCC: (Ubuntu 4.8.5-4ubuntu8) 4.8.5"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

汇编用到的一些寄存器及一些指令

• eax, ebx, ecx, edx, esi, edi, ebp(rbp), esp(rbp)等都是X86 汇编语言中CPU上的通用寄存器的名称。
  
• rbp 调用函数的栈帧栈底地址
• rsp 被调函数的栈帧栈底地址
• eip：寄存器存放下一个CPU指令存放的内存地址，当CPU执行完当前的指令后，从EIP寄存器中读取下一条指令的内存地址，然后继续执行
• 减少esp(rsp)寄存器的值表示扩展栈帧
• X86-64中，所有寄存器都是64位，相对32位的x86来说，标识符发生了变化，比如：从原来的%ebp变成了%rbp。为了向后兼容性，%ebp依然可以使用，不过指向了%rbp的低32位。
• X86-64有16个64位寄存器，分别是：%rax，%rbx，%rcx，%rdx，%esi，%edi，%rbp，%rsp，%r8，%r9，%r10，%r11，%r12，%r13，%r14，%r15。%rax 作为函数返回值使用。%rsp 栈指针寄存器，指向栈顶。%rdi，%rsi，%rdx，%rcx，%r8，%r9 用作函数参数，依次对应第1参数，第2参数...%rbx，%rbp，%r12，%r13，%14，%15 用作数据存储，遵循被调用者使用规则，简单说就是随便用，调用子函数之前要备份它，以防他被修改。%r10，%r11 用作数据存储，遵循调用者使用规则，简单说就是使用之前要先保存原值

一条call指令，完成了两个任务：

• 将调用函数(main)中的下一条指令入栈，被调函数返回后将取这条指令继续执行，64位rsp寄存器的值减8
• 修改指令指针寄存器rip的值，使其指向被调函数的执行位置

寄存器图示

63              31             0
+------------------------------+
|%rax           |%eax          | 返回值
+------------------------------+
|%rbx           |%ebx          | 被调用保护者
+------------------------------+
|%rcx           |%ecx          | 第四个参数
+------------------------------+
|%rdx           |%edx          | 第三个参数
+------------------------------+
|%rsi           |%esi          | 第二个参数
+------------------------------+
|%rdi           |%edi          | 第一个参数
+------------------------------+
|%rbp           |%ebp          | 被调用者保护
+------------------------------+
|%rsp           |%esp          | 堆栈指针
+------------------------------+
|%r8            |%r8d          | 第五个参数
+------------------------------+
|%r9            |%r9d          | 第六个参数
+------------------------------+
|%r10           |%r10d         | 调用者保护
+------------------------------+
|%r11           |%r11d         | 调用者保护
+------------------------------+
|%r12           |%r12d         | 被调用者保护
+------------------------------+
|%r13           |%r13d         | 被调用者保护
+------------------------------+
|%r14           |%r14d         | 被调用者保护
+------------------------------+
|%r15           |%r15d         | 被调用者保护
+------------------------------+

栈帧

           +-------------------+
           |                   |
           |                   |
           | other frames      |
           |                   |
           |                   |
           +-------------------+
           |                   |
           |                   |
           | last frame        |
           |                   |
           |                   |
           +-------------------+
           | argument 1        |
           +-------------------+
           | argument 2        |
           +-------------------+
           | return address    |
           +-------------------+
%ebp->     | last frame %ebp   |
           +-------------------+
           |                   |
           |                   |
           | current frame     |
           |                   |
           |                   |
           +-------------------+
%esp->     |                   |
           +-------------------+

入口函数是main，然后调用各个子函数。在对应机器语言中，GCC把过程转化成栈帧（frame），简单的说，每个栈帧对应一个过程。X86-32典型栈帧结构中，由%ebp指向栈帧开始，%esp指向栈顶。

gcc边调试边反编译汇编代码

gdb FunctionInvokedAssembly
> b main
> r
>  disassemble /rm
Breakpoint 1, main (args=1, argv=0x7fffffffdf48) at FunctionInvokedAssembly.c:11
11      printf("%d", add1(100, 200, 500, 600));
(gdb) disassemble /rm
Dump of assembler code for function main:
9   int  main(int args, char** argv){
   0x00000000004004fd <+0>: 55  push   %rbp
   0x00000000004004fe <+1>: 48 89 e5    mov    %rsp,%rbp
   0x0000000000400501 <+4>: 48 83 ec 10 sub    $0x10,%rsp
   0x0000000000400505 <+8>: 89 7d fc    mov    %edi,-0x4(%rbp)
   0x0000000000400508 <+11>:    48 89 75 f0 mov    %rsi,-0x10(%rbp)

10  //  printf("%d", add1(100, 200, 500, 600, 700, 800, 900, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13));
11      printf("%d", add1(100, 200, 500, 600));
=> 0x000000000040050c <+15>:    b9 58 02 00 00  mov    $0x258,%ecx
   0x0000000000400511 <+20>:    ba f4 01 00 00  mov    $0x1f4,%edx
   0x0000000000400516 <+25>:    be c8 00 00 00  mov    $0xc8,%esi
   0x000000000040051b <+30>:    bf 64 00 00 00  mov    $0x64,%edi
   0x0000000000400520 <+35>:    b8 00 00 00 00  mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400525 <+40>:    e8 13 00 00 00  callq  0x40053d <add1>
   0x000000000040052a <+45>:    89 c6   mov    %eax,%esi
   0x000000000040052c <+47>:    bf f4 05 40 00  mov    $0x4005f4,%edi
   0x0000000000400531 <+52>:    b8 00 00 00 00  mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400536 <+57>:    e8 b5 fe ff ff  callq  0x4003f0 <printf@plt>

12  }
   0x000000000040053b <+62>:    c9  leaveq 
   0x000000000040053c <+63>:    c3  retq   

End of assembler dump.

> info register
rax            0x4004fd 4195581
rbx            0x0  0
rcx            0x400570 4195696
rdx            0x7fffffffdf58   140737488346968
rsi            0x7fffffffdf48   140737488346952
rdi            0x1  1
rbp            0x7fffffffde60   0x7fffffffde60
rsp            0x7fffffffde50   0x7fffffffde50
r8             0x7ffff7dd0d80   140737351847296
r9             0x7ffff7dd0d80   140737351847296
r10            0x0  0
r11            0x0  0
r12            0x400400 4195328
r13            0x7fffffffdf40   140737488346944
r14            0x0  0
r15            0x0  0
rip            0x40050c 0x40050c <main+15>
eflags         0x206    [ PF IF ]
cs             0x33 51
ss             0x2b 43
ds             0x0  0
es             0x0  0
fs             0x0  0
gs             0x0  0

参考

X86-64寄存器和栈帧
函数调用过程探究
X86 Opcode and Instruction Reference
你会swap吗，按值传递还是按引用？
寄存器理解 及 X86汇编入门

函数调用与汇编指令的关系

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原文地址：https://www.cnblogs.com/simoncook/p/11141240.html