armv7指令集 C函数调用堆栈指针SP的变化

ubeautqq · 发表于 2021-2-2 17:58

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首先说明一下，ARM中函数调用不同的编译器可能差别很大，即使都是arm-linux的交叉编译器，也有差别，有的编译器把r7寄存器作为栈帧寄存器(fp)，有的把r11寄存器作为栈帧指针(fp)，例如arm-linux-gnueabihf-gcc用的r7和arm-linux-gnueabi-gcc用的r11，另外在函数执行开头的处理也不一样

1. arm-linux-gnueabihf-gcc编译器先给函数中变量分配栈空间，然后将fp和sp指向栈顶

2. arm-linux-gnueabi-gcc编译器先让fp和sp指向栈顶（栈底），然后再给函数中的变量分配栈空间，之后sp指向新的栈顶，而fp指向的老的栈顶变成了函数的栈底。

个人感觉第二种比较好理解，但是总而言之，每次函数开始执行都需要保存fp指针到栈空间，这里的被保存fp指针是上一个函数的数据（一般是栈底数据），然后立即将本函数的栈底数据保存到fp指针，函数调用结束，根据fp的数据恢复sp指针，从而释放结束函数的栈空间。

这么看来，函数调用需要入栈的数据只有前一个函数的fp指针，然后跳转的时候会将跳转指令bl的下一条指令地址保存到 lr寄存器，方便函数调用结束后返回。当然如果函数入参很多，寄存器不够用，这些参数同样需要入栈。

下面贴出两种编译器的C代码以及反汇编：

下面我们看C程序：

int m = 8;
int fun(int a,int b)
{
int c = 0;
c = a + b;
return c;
}
int main()
{
int i = 4;
int j = 5;
m = fun(i, j);
return 0;
}* [6 D9 n& |4 Y

使用的编译器是arm-linux-gnueabihf-gcc，针对的芯片是I.Mx6ull，对应的反汇编代码：

Disassembly of section .text:
00010094 <fun>:
10094: b480 push {r7}
10096: b085 sub sp, #20
10098: af00 add r7, sp, #0
1009a: 6078 str r0, [r7, #4]
1009c: 6039 str r1, [r7, #0]
1009e: 2300 movs r3, #0
100a0: 60fb str r3, [r7, #12]
100a2: 687a ldr r2, [r7, #4]
100a4: 683b ldr r3, [r7, #0]
100a6: 4413 add r3, r2
100a8: 60fb str r3, [r7, #12]
100aa: 68fb ldr r3, [r7, #12]
100ac: 4618 mov r0, r3
100ae: 3714 adds r7, #20
100b0: 46bd mov sp, r7
100b2: f85d 7b04 ldr.w r7, [sp], #4
100b6: 4770 bx lr
000100b8 <main>:
100b8: b580 push {r7, lr}
100ba: b082 sub sp, #8
100bc: af00 add r7, sp, #0
100be: 2304 movs r3, #4
100c0: 607b str r3, [r7, #4]
100c2: 2305 movs r3, #5
100c4: 603b str r3, [r7, #0]
100c6: 6839 ldr r1, [r7, #0]
100c8: 6878 ldr r0, [r7, #4]
100ca: f7ff ffe3 bl 10094 <fun>
100ce: 4602 mov r2, r0
100d0: f240 03e4 movw r3, #228 ; 0xe4 全局变量m的地址
100d4: f2c0 0302 movt r3, #2
100d8: 601a str r2, [r3, #0]
100da: 2300 movs r3, #0
100dc: 4618 mov r0, r3
100de: 3708 adds r7, #8
100e0: 46bd mov sp, r7
100e2: bd80 pop {r7, pc}
Disassembly of section .data:
000200e4 <m>:
200e4: 00000008 andeq r0, r0, r8 /* 这里00000008是全局变量m的值，被解读成andeq指令了 */
; C$ V1 A' @/ [5 c+ |

使用arm-linux-gnueabi-gcc编译器对应的反汇编代码：

00010400 <fun>:
10400: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
10404: e28db000 add fp, sp, #0
10408: e24dd014 sub sp, sp, #20
1040c: e50b0010 str r0, [fp, #-16]
10410: e50b1014 str r1, [fp, #-20] ; 0xffffffec
10414: e3a03000 mov r3, #0
10418: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
1041c: e51b2010 ldr r2, [fp, #-16]
10420: e51b3014 ldr r3, [fp, #-20] ; 0xffffffec
10424: e0823003 add r3, r2, r3
10428: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
1042c: e51b3008 ldr r3, [fp, #-8]
10430: e1a00003 mov r0, r3
10434: e24bd000 sub sp, fp, #0
10438: e49db004 pop {fp} ; (ldr fp, [sp], #4)
1043c: e12fff1e bx lr
00010440 <main>:
10440: e92d4800 push {fp, lr}
10444: e28db004 add fp, sp, #4
10448: e24dd008 sub sp, sp, #8
1044c: e3a03004 mov r3, #4
10450: e50b300c str r3, [fp, #-12]
10454: e3a03005 mov r3, #5
10458: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
1045c: e51b1008 ldr r1, [fp, #-8]
10460: e51b000c ldr r0, [fp, #-12]
10464: ebffffe5 bl 10400 <fun>
10468: e1a02000 mov r2, r0
1046c: e59f3010 ldr r3, [pc, #16] ; 10484 <main+0x44> 全局变量m的地址
10470: e5832000 str r2, [r3]
10474: e3a03000 mov r3, #0
10478: e1a00003 mov r0, r3
1047c: e24bd004 sub sp, fp, #4
10480: e8bd8800 pop {fp, pc}
10484: 00021024 andeq r1, r2, r4, lsr #32
: E. E0 Q2 T; l2 ^7 L9 _2 R

个人感觉参考第二份反汇编代码比较好理解堆栈的变化过程，其实函数调用就两个要点：

1. 要保存好函数自己的栈底地址，保证函数结束栈空间能够正常释放，但只有一个fp指针，所以使用fp指针存储本函数的栈底地址之前，要将上一个函数的栈底地址入栈也就是，现将fp入栈，然后再使用fp保存新的栈底指针。

2. 使用bl指令，保证函数调用结束能跳回。将bl指令下一条地址保存到lr寄存器中。

StepPeng33 · 发表于 2021-2-2 18:06

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