堆栈上的数组内存分配

Question

我在 C 中有 2 个函数：

void func1(unsigned char x)
{
    unsigned char a[10][5];

    a[0][0] = 1;
    a[9][4] = 2;
}

void func2(unsigned char x)
{
    unsigned char a[10][5];

    a[0][0] = 1;
    a[9][4] = 2;

    unsigned char b[10];

    b[0] = 4;
    b[9] = 5;
}

编译：

gcc 7.3 x86-64

-O0 -g

操作系统：

16.04.1-Ubuntu x86-64

生产的intel函数汇编：

func1(unsigned char):
  pushq %rbp
  movq %rsp, %rbp
  movl %edi, %eax
  movb %al, -68(%rbp)
  movb $1, -64(%rbp)
  movb $2, -15(%rbp)
  nop
  popq %rbp
  ret

func2(unsigned char):
  pushq %rbp
  movq %rsp, %rbp
  movl %edi, %eax
  movb %al, -84(%rbp)
  movb $1, -64(%rbp)
  movb $2, -15(%rbp)
  movb $4, -74(%rbp)
  movb $5, -65(%rbp)
  nop
  popq %rbp
  ret

我可以看到，对于 50 字节数组，分配了 64 个字节。似乎它在 16 字节边界上分配堆栈，因为对于 10 字节 - 分配了 16 字节。

我的问题：

1) 数组的 16 字节边界是否有一些堆栈对齐标准？ 因为 int、long int 等变量显然没有分配在 16 字节边界上。

2) 为什么数组分配的方式如此奇怪？我们可以看到数组 a，14 字节 作为对齐填充添加了就在我们的 50 字节有效负载之后，但对于数组 @ 987654325@，6 个对齐字节被分配在我们的 10 个字节的有效负载之前。我错过了什么吗？

3) 为什么函数参数传入EDI (unsigned char x)，放置在距离我们数组内存开头4字节的堆栈上（包括填充）。那么字节变量（AL register）也被填充了还是什么？为什么是 4 个字节？

Answer 1

x86_64 abi 需要 16 字节堆栈对齐（进入函数时堆栈指针必须是 16 字节对齐）。但是你看到的overalignment是-O0造成的；使用-O1 或更高版本，数组对齐更有效。例如

void func2(unsigned char x)
{
    unsigned char a[10][5];

    a[0][0] = 1;
    a[9][4] = 2;

    unsigned char b[10];

    b[0] = 4;
    b[9] = 5;

    __asm__ __volatile__("" :: "r"(a), "r"(b) : "memory");
}

原因：

gcc -O1 -g x.c -c
objdump -d x.o
0000000000000010 <func2>:
  10:   c6 44 24 c0 01          movb   $0x1,-0x40(%rsp)
  15:   c6 44 24 f1 02          movb   $0x2,-0xf(%rsp)
  1a:   c6 44 24 b6 04          movb   $0x4,-0x4a(%rsp)
  1f:   c6 44 24 bf 05          movb   $0x5,-0x41(%rsp)
  24:   48 8d 44 24 c0          lea    -0x40(%rsp),%rax
  29:   48 8d 54 24 b6          lea    -0x4a(%rsp),%rdx
  2e:   c3                      retq   

-Os 或 -O3 创建其他布局。