32 位 x86 汇编中堆栈对齐的责任

Question

我试图清楚地了解谁（调用者或被调用者）负责堆栈对齐。 64 位汇编的情况相当清楚，它是由 caller 完成的。

参考 System V AMD64 ABI，第 3.2.2 节 堆栈框架：

输入参数区域的结尾应对齐在 16（32，如果 __m256 在堆栈上传递）字节边界。

换句话说，应该安全地假设，对于被调用函数的每个入口点：

16 | (%rsp + 8)

持有（额外的八个是因为call 隐式地将返回地址压入堆栈）。

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它在 32 位世界中的外观（假设为 cdecl）？我注意到gcc 将对齐放置在内部具有以下构造的调用函数中：

and esp, -16

这似乎表明，这是被调用者的责任。

为了更清楚，请考虑以下 NASM 代码：

global main
extern printf
extern scanf
section .rodata
    s_fmt   db "%d %d", 0
    s_res   db `%d with remainder %d\n`, 0
section .text
main:
    start   0, 0
    sub     esp, 8
    mov     DWORD [ebp-4], 0 ; dividend
    mov     DWORD [ebp-8], 0 ; divisor

    lea     eax, [ebp-8]
    push    eax
    lea     eax, [ebp-4]
    push    eax
    push    s_fmt
    call    scanf
    add     esp, 12

    mov     eax, [ebp-4]
    cdq
    idiv    DWORD [ebp-8]

    push    edx
    push    eax
    push    s_res
    call    printf

    xor     eax, eax
    leave
    ret

在调用scanf 之前是否需要对齐堆栈？如果是这样，那么在将这两个参数推送到scanf 之前，这需要将%esp 减少四个字节：

4 bytes (return address)
4 bytes (%ebp of previous stack frame)
8 bytes (for two variables)
12 bytes (three arguments for scanf)
= 28

Answer 1

GCC only 在main 中进行这种额外的堆栈对齐；该功能很特殊。如果您查看任何其他功能的代码生成，您将看不到它，除非您有一个带有alignas(32) 或其他东西的本地。

GCC 只是对-m32 采取了一种防御方法，而不是假设main 是使用正确的16B 对齐堆栈调用的。或者这种特殊待遇是在 -mpreferred-stack-boundary=4 只是一个好主意而不是法律时遗留下来的。

多年来，i386 System V ABI 一直保证/要求 ESP+4 在进入函数时与 16B 对齐。 （即 ESP 必须在 CALL 指令之前 对齐 16B，因此堆栈上的 args 从 16B 边界开始。这与 x86-64 System V 相同。）

ABI 还保证新的 32 位进程以 16B 边界上对齐的 ESP 开始（例如，_start，ELF 入口点，其中 ESP 指向 argc，而不是返回地址），以及 glibc CRT 代码保持这种对齐方式。

就调用约定而言，EBP 只是另一个保留调用的寄存器。但是，是的，带有-fno-omit-frame-pointer 的编译器输出确实会在其他保留调用的寄存器（如EBX）之前注意push ebp，因此保存的EBP 值形成一个链表。 （因为它还做了mov ebp, esp 在推送之后设置帧指针的部分。）

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也许 gcc 是防御性的，因为一个极其古老的 Linux 内核（从之前的版本到 i386 ABI，当所需的对齐只有 4B 时）可能会违反这个假设，而且它只是在生命中运行一次的额外的一对指令-进程的时间（假设程序不递归调用main）。

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与 gcc 不同，clang 假定堆栈在进入 main 时正确对齐。 （clang 也 assumes that narrow args have been sign or zero-extended to 32 bits，尽管当前的 ABI 版本没有指定该行为（还）。gcc 和 clang 都发出在调用方执行的代码，但只有 clang 在被调用方中依赖它。这发生在 64 -bit 代码，但我没有检查 32 位。）

如果您好奇，请查看 http://gcc.godbolt.org/ 上的编译器输出，了解 main 和 main 以外的函数。

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前几天我刚刚更新了 x86 标签 wiki 中的 ABI 链接。 http://x86-64.org/ 仍然死了，似乎不会回来，所以我更新了 System V 链接以指向 HJ Lu 的 github 存储库中当前修订版的 PDF 和 his page with links。

请注意，last version on SCO's site 不是当前版本，并且不包括 16B 堆栈对齐要求。

我认为一些 BSD 版本仍然不需要/维护 16 字节堆栈对齐。