[assembly] 콜 스택은 정확히 어떻게 작동합니까?

호출 스택은 프레임 스택이라고도합니다. LIFO 원칙 이후
에 스택 되는 것은 지역 변수가 아니라 호출되는 함수의 전체 스택 프레임 ( “호출”)입니다 . 지역 변수는 소위 함수 프롤로그 및 에필로그 에서 해당 프레임과 함께 푸시 및 팝됩니다. 각각 .

프레임 내에서 변수의 순서는 완전히 지정되지 않습니다. 컴파일러 는 프레임 내에서 지역 변수의 위치를 적절하게 “재정렬”하여 정렬을 최적화하여 프로세서가 최대한 빨리 가져올 수 있도록합니다. 중요한 사실은 일부 고정 주소에 대한 변수의 오프셋이 프레임의 수명 내내 일정하다는 것입니다. 따라서 프레임 자체의 주소와 같은 앵커 주소를 가져 와서 해당 주소의 오프셋을 사용하여 작업하는 것으로 충분합니다. 변수. 이러한 앵커 주소는 실제로 소위 기본 또는 프레임 포인터에 포함되어 있습니다.EBP 레지스터에 저장됩니다. 반면 오프셋은 컴파일 타임에 명확하게 알려져 있으므로 기계 코드에 하드 코딩됩니다.

Wikipedia 의이 그래픽 은 일반적인 호출 스택의 구조를 보여줍니다 ¹ :

프레임 포인터에 포함 된 주소에 액세스하려는 변수의 오프셋을 추가하고 변수의 주소를 얻습니다. 간단히 말해, 코드는 기본 포인터에서 상수 컴파일 시간 오프셋을 통해 직접 액세스합니다. 간단한 포인터 산술입니다.

예

#include <iostream>

int main()
{
    char c = std::cin.get();
    std::cout << c;
}

gcc.godbolt.org 는 우리에게

main:
    pushq   %rbp
    movq    %rsp, %rbp
    subq    $16, %rsp

    movl    std::cin, %edi
    call    std::basic_istream<char, std::char_traits<char> >::get()
    movb    %al, -1(%rbp)
    movsbl  -1(%rbp), %eax
    movl    %eax, %esi
    movl    std::cout, %edi
    call    [... the insertion operator for char, long thing... ]

    movl    $0, %eax
    leave
    ret

.. for main. 코드를 세 개의 하위 섹션으로 나누었습니다. 함수 프롤로그는 처음 세 가지 작업으로 구성됩니다.

• 기본 포인터가 스택으로 푸시됩니다.
• 스택 포인터는 기본 포인터에 저장됩니다.
• 스택 포인터는 지역 변수를위한 공간을 만들기 위해 뺍니다.

이어서 cin레지스터 EDI로 이동 ² 및 get호출; 반환 값은 EAX입니다.

여태까지는 그런대로 잘됐다. 이제 흥미로운 일이 발생합니다.

8 비트 레지스터 AL로 지정된 EAX의 하위 바이트를 취해 기본 포인터 바로 뒤의 바이트에 저장합니다 . 즉 , 기본 포인터-1(%rbp) 의 오프셋은입니다 -1. 이 바이트는 우리의 변수c 입니다. x86에서 스택이 아래쪽으로 커지기 때문에 오프셋은 음수입니다. 다음 작업 저장 cEAX에서는 : ESI EAX가 이동되어, cout함께 EDI로 이동하고, 삽입 조작을 호출 cout하고 c인자 인.

드디어,

• 의 반환 값은 mainEAX : 0에 저장됩니다. 이는 암시 적 return문 때문입니다 . xorl rax rax대신을 볼 수도 있습니다 movl.
• 나가고 콜 사이트로 돌아갑니다. leave이 에필로그를 축약하고 암시 적으로
  • 스택 포인터를 기본 포인터로 교체하고
  • 기본 포인터를 팝합니다.

이 작업을 ret수행하고 수행 한 후에 는 프레임이 효과적으로 팝되었지만 호출자는 cdecl 호출 규칙을 사용하므로 인수를 여전히 정리해야합니다. stdcall과 같은 다른 규칙에서는 호출 수신자가 바이트 양을에 전달하여 정리해야합니다 ret.

프레임 포인터 생략

기본 / 프레임 포인터의 오프셋을 사용하지 않고 대신 스택 포인터 (ESB)의 오프셋을 사용하는 것도 가능합니다. 이로 인해 프레임 포인터 값을 포함하는 EBP 레지스터는 임의적으로 사용할 수 있지만 일부 시스템 에서는 디버깅을 불가능 하게 만들 수 있으며 일부 기능에 대해서는 암시 적으로 해제됩니다 . x86을 포함하여 레지스터가 거의없는 프로세서를 컴파일 할 때 특히 유용합니다.

이 최적화를 FPO (프레임 포인터 생략)라고하며 -fomit-frame-pointerGCC 및 -OyClang 에서 설정합니다 . 디버깅이 여전히 가능한 경우에만 모든 최적화 수준> 0에 의해 암시 적으로 트리거됩니다. 그와는 별도로 비용이 들지 않기 때문입니다. 자세한 내용은 여기 와 여기를 참조 하십시오 .

¹ 주석에서 지적했듯이 프레임 포인터는 아마도 반환 주소 뒤의 주소를 가리키는 것을 의미합니다.

² R로 시작하는 레지스터는 E로 시작하는 레지스터의 64 비트 대응 요소입니다. EAX는 RAX의 하위 4 바이트를 지정합니다. 명확성을 위해 32 비트 레지스터의 이름을 사용했습니다.

답변

.
.
.
[ebp - 4]  (1st local variable)
[ebp]      (old ebp value)
[ebp + 4]  (return address)
[ebp + 8]  (1st argument)
[ebp + 12] (2nd argument)
[ebp + 16] (3rd function argument)

void MyFunction(int x, int y, int z)
{
     int a, int b, int c;
     ...
}

MyFunction(10, 5, 2);

^
| call _MyFunction  ; Equivalent to:
|                   ; push eip + 2
|                   ; jmp _MyFunction
| push 2            ; Push first argument
| push 5            ; Push second argument
| push 10           ; Push third argument

^
| _MyFunction:
|  sub esp, 12 ; sizeof(a) + sizeof(b) + sizeof(c)
|  ;x = [ebp + 8], y = [ebp + 12], z = [ebp + 16]
|  ;a = [ebp - 4] = [esp + 8], b = [ebp - 8] = [esp + 4], c = [ebp - 12] =   [esp]
|  mov ebp, esp
|  push ebp

void X()
{
  int a = 1;
  int b = 2;

  // T1
  Y(a);

  // T3
  Y(b);

  // T5
}

void Y(int p)
{
  int q;
  q = p + 2;
  // T2 (first time through), T4 (second time through)
}