【问题标题】:MIPS - Why restore the stack when calling subroutinesMIPS - 为什么在调用子程序时恢复堆栈
【发布时间】:2021-03-31 20:41:15
【问题描述】:

假设我们使用堆栈帧将参数传递给子程序,如下所示:

addi $sp, $sp, -8
sw $s0, 0($sp)
jal sub
lw $s1, 4($sp)
addi $sp, $sp, 8

sub: lw $t0, 0($sp)
... do stuff ...
sw $t1, 4($sp)
jr $ra

我了解通过堆栈传递参数并使用 $ra 寄存器返回给调用者的概念。

我不太清楚的是:

addi $sp, $sp, 8

这会恢复堆栈帧中的空间。谁能帮我理解:

  1. 如果我不这样做会怎样?
  2. 如果我不恢复空间,汇编器会“关心”吗?
  3. 这是否类似于 c++ 中的内存管理? (即:删除指针、析构函数等)

【问题讨论】:

  • 1) 你的调用者会很不高兴,因为它的$sp 不会指向它所在的位置,也不会找到它自己的局部变量 2) 没有 3) 有点

标签: assembly mips calling-convention stack-frame


【解决方案1】:

堆栈指针是call-preserved register,就像$s0 .. $s7 - 调用者希望它的值在jal 之后保持不变,因此它可以找到它自己的 堆栈内容(就像它自己保存的一样)返回地址)。

另请参阅我在 google 上找到的 MIPS 调用约定摘要:https://courses.cs.washington.edu/courses/cse410/09sp/examples/MIPSCallingConventionsSummary.pdf

想想如果你想调用一个函数会发生什么,但那个函数会让$sp指向更远的未知距离。你会如何从中恢复过来?这会很痛苦,所以我们需要函数来恢复$sp(或者一开始就不要碰它)。

在 C 语言中,它是在离开函数时释放自动存储(本地变量,如 int i;)的机制。 (即使您通过 longjmp 离开,也可以在多个级别的父函数上备份而不是一次返回一个级别。)

不像像分别为每个变量运行析构函数,这就是为什么您可以使用一个大的addiu $sp, $sp, 16 一次释放四个单词的空间。


如果我不恢复空间,汇编器会“关心”吗?

不,汇编程序本身只是将源代码行转换为输出文件(或当前部分)中的字节,一次一行。唯一引用其他行的是符号和宏。它对强制结构化编程没有任何作用。

【讨论】:

  • 当你说“或者一开始就不要碰它”你的意思是最好使用 $a0.... 来传递参数和 $v0.. 来返回值使用堆栈指针?
  • @hendrix:是的,当然,如果您不需要存储/重新加载任何内容,请不要。查看优化的编译器输出,例如godbolt.org/z/s9WTKn7aT。标准 MIPS 调用约定/ABI 最多只能在寄存器中传递 4 个参数,因此将它们命名为 $a0..3 。 $v0 / $v1 传统上用于返回值,而不是 args。 IDK 你所说的“通过堆栈指针返回值”是什么意思 - 这很奇怪。如果你想返回一个大的结构或数组,通常你会传递一个指向它的指针,而不是让函数把它留在堆栈上。
  • 如果你不需要调用或被 C 编译器生成的代码调用,你当然可以使用更多的寄存器参数或做任何你想做的事情,不过,只要你写调用者到期待您的函数实际执行的操作。
  • 谢谢!现在更有意义了。
【解决方案2】:

每次我们想要保存任何寄存器的值,我们将在覆盖它之前将它保存在一个堆栈中。

例如,如果我们覆盖返回地址寄存器 $ra,程序将崩溃或陷入无限循环。

为了克服覆盖每个函数的返回地址,我们将其存储在堆栈中。

所以回答你的问题:

1- 你最好清理(设置为零)你使用的内存。

2- 汇编器不在乎

3- 不,它不像 c++。 在 c++ 中,使用 malloc 或构造函数分配空间的指针在堆中而不是堆栈中占用空间。 堆具有由块和标题组成的有组织的结构。每个标头都包含有关块的信息,例如块大小 - 下一个空闲块 - 此块是空闲/保留的。

当我们在 c/c++ 中释放这些块时,我们基本上会将标头重置为空闲状态。

顺便说一句,您提供的代码应该更像:

addi $sp, $sp, -8
sw $s0, 4($sp)
sw $ra, 0($sp)
jal sub
lw $ra, 0($sp)
lw $s0, 4($sp)
addi $sp, $sp, 8
jr $ra

sub: lw $t0, 0($sp)
... do stuff ...
sw $t1, 4($sp)
jr $ra

【讨论】:

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