c & gcc : 堆栈增长和对齐 - 用于 64 位机器

Question

我有以下程序。我想知道为什么它在下面的 64 位机器上输出 -4？我的哪个假设出错了？

[Linux ubuntu 3.2.0-23-generic #36-Ubuntu SMP Tue Apr 10 20:39:51 UTC 2012 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux]

1. 在上述机器和 gcc 编译器中，默认情况下应该先推送 b，然后再推送。 堆栈向下增长。所以 b 应该有更高的地址，而 a 应该有更低的地址。所以结果应该是积极的。但我得到-4。谁能解释一下？

2. 参数是两个字符，占用堆栈帧中的 2 个字节。但我看到差异为 4，而我期望为 1。即使有人说这是因为对齐，那么我想知道具有 2 个字符的结构在 4 个字节处未对齐。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void CompareAddress(char a, char b)
{
    printf("Differs=%ld\n", (intptr_t )&b - (intptr_t )&a);
}

int main()
{
    CompareAddress('a','b');
    return 0; 
}

/* Differs= -4 */

Answer 1

这是我的猜测：

在 x64 的 Linux 上，calling convention 声明前几个参数是通过寄存器传递的。

因此，在您的情况下，a 和 b 都通过寄存器而不是堆栈传递。但是，由于您获取了它的地址，编译器会将其存储在堆栈中函数被调用后的某个位置。
（在向下的顺序中没有必要。）

函数也有可能是完全内联的。

在任何一种情况下，编译器都会腾出临时堆栈空间来存储变量。这些可以按任何顺序排列并进行优化。因此，它们可能不会按照您所期望的任何特定顺序排列。

Answer 2

回答这类问题（关于特定平台上特定编译器的行为）的最佳方法是查看汇编程序。您可以通过传递-S 标志（并且-fverbose-asm 标志也很好）来让gcc 转储其汇编程序。运行

gcc -S -fverbose-asm file.c

给出一个看起来有点像的file.s（我已经删除了所有不相关的部分，括号中的部分是我的注释）：

CompareAddress:
        # ("allocate" memory on the stack for local variables)
        subq    $16, %rsp       
        # (put a and b onto the stack)
        movl    %edi, %edx      # a, tmp62
        movl    %esi, %eax      # b, tmp63
        movb    %dl, -4(%rbp)   # tmp62, a
        movb    %al, -8(%rbp)   # tmp63, b 
        # (get their addresses)
        leaq    -8(%rbp), %rdx  #, b.0
        leaq    -4(%rbp), %rax  #, a.1
        subq    %rax, %rdx      # a.1, D.4597 (&b - &a)
        # (set up the parameters for the printf call)
        movl    $.LC0, %eax     #, D.4598
        movq    %rdx, %rsi      # D.4597,
        movq    %rax, %rdi      # D.4598,
        movl    $0, %eax        #,
        call    printf  #

main:
        # (put 'a' and 'b' into the registers for the function call)
        movl    $98, %esi       #,
        movl    $97, %edi       #,
        call    CompareAddress

（This question 很好地解释了 [re]bp 和 [re]sp 是什么。）

差异为负的原因是堆栈向下增长：即，如果您将两个东西压入堆栈，则您首先压入的一个将具有更大的地址，并且a 在b 之前被压入。

它是-4 而不是-1 的原因是编译器已经决定将参数对齐到 4 字节边界“更好”，可能是因为 32 位/64 位 CPU 处理 4 字节的时间比它处理单个字节。

（另外，查看汇编程序显示了-mpreferred-stack-boundary 的效果：它本质上意味着堆栈上的内存被分配在不同大小的块中。）

Answer 3

我认为程序给你的答案是正确的，GCC的默认preferred-stack-boundary是4，你可以将-mpreferred-stack-boundary=num设置为GCC选项来改变堆栈边界，然后程序会给你不同的答案你的一套。