汇编中 main 函数开头的堆栈内存操作答案

【问题标题】：Stack memory operations at the beginning of main function in assembly汇编中 main 函数开头的堆栈内存操作
【发布时间】：2020-04-05 16:56:46
【问题描述】：

我把一个很简单的C程序转成汇编文件（这里是RISC-V ISA），对栈指针做了一些我看不懂的操作。

C 程序：

int main()
{
        int a = 10;
        return 0;
}

相关的汇编代码：

        .file   "alternating_branches_2.c"
        .option nopic
        .text
        .align  1
        .globl  main
        .type   main, @function
main:
        addi    sp,sp,-32
        sd      s0,24(sp)
        addi    s0,sp,32
        li      a5,10
        sw      a5,-20(s0)
        li      a5,0
        mv      a0,a5
        ld      s0,24(sp)
        addi    sp,sp,32
        jr      ra
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (GNU) 8.3.0"

这是我的理解。

sp 包含栈内存的最后地址。因此，压入堆栈会降低 sp 的值。 s0是帧指针，指向sp之前的值。

在第一行中，从堆栈指针开始减少 32 的偏移量。这是要创建堆栈帧吗？通常，在堆栈中，推送操作会减少堆栈指针。但是，由于已经创建了一个栈帧，并且 sp 现在指向栈的较低内存，所以 push 会增加 sp 的值吗？

-------------| <--sp
-------------|
-------------|
-------------|
-------------|
-------------|
-------------|

栈帧创建后：

-------------| <--s0
-------------|
-------------|
-------------|
-------------|
-------------|
-------------| <--sp

现在，压入堆栈必须导致 sp 增加，对吗？或者也可以使用帧指针 s0 来完成推送？如果这是一个非常基本的问题，我深表歉意。谢谢。

【问题讨论】：

risc-v 没有推送指令，编译器无论如何都无法使用push 来初始化变量。它只是通过移动sp 为堆栈框架创建空间，然后定期存储到堆栈框架中，而不是推送或弹出。
@Peter Cordes 我明白了，谢谢。第一条指令：addi sp, sp, -32 创建一个堆栈帧吗？另外我很抱歉没有在问题中提出这个问题，但是 OFFSET(SP) 是否将数据从偏移存储到更高的内存或更低的内存？
寻址方式一如既往的offset + register。是加的，不是减的。是的，移动sp 会分配或释放堆栈上的空间。在这种情况下，为堆栈帧分配 32 个字节。
@Peter Cordes 谢谢。此外，由于已经创建了堆栈帧，创建局部变量（在堆栈帧内）是否会增加 sp，而不是通常将数据“推送”到堆栈以减少 sp？
不，当然不是。这有什么意义？如果 SP 增加，它将缩小堆栈帧。相反，本地变量被放置在编译器希望在堆栈帧中的任何地方。带有gcc -fverbose-asm 的编译器让它在每条指令上放置 cmets。 How to remove "noise" from GCC/clang assembly output?（对于您的情况，您可能确实想要未优化的-O0 代码，或者在您的变量上使用volatile，这样它们就不会被优化。）

标签： assembly callstack riscv

【解决方案1】：

与 x86 ISA 不同——它具有用于压入和弹出堆栈的专用指令，RISC-V ISA 只能通过 load 和 store 指令访问内存。它没有访问堆栈（即内存）和修改堆栈指针的 push 和 pop 指令。

由于堆栈向下增长，减少堆栈指针sp 会在堆栈上分配空间，而增加它会释放空间。也就是说，addi sp,sp,-32 在堆栈上分配 32 个字节，addi sp,sp,32 从堆栈中释放 32 个字节。前者创建新的栈帧，后者销毁它。

s0 寄存器 - 与 fp 相同 - 是 帧指针 并指向堆栈帧的开头。它的当前值保存在新创建的堆栈帧的最开始处 (sd s0,24(sp))。然后，将其设置为指向堆栈帧开头的地址（addi s0,sp,32）。最后，在离开函数之前，帧指针恢复为之前的值（ld s0,24(sp)）。

堆栈帧创建和帧指针设置后的堆栈表示为：

|     ...     |
|-------------|<- s0 | beginning of stack frame
| previous s0 |
|-------------|<- sp-24
|-------------|
|-------------|
|-------------|
|-------------|
|-------------|
|-------------|
|-------------|<- sp | end of stack frame

【讨论】：