C/C++函数调用分析

• 1.调用惯例
• 2.相关寄存器
• 3.相关汇编指令
• 4.代码分析
• 5.函数返回值传递

调用惯例函数调用方和被调用函数对函数调用的统一理解，一般包含如下几个方面的内容：

• 函数参数的传递顺序和方式： 最常见的方式是通过栈传递，也可以使用寄存器传递参数，提高性能
• 栈的维护方式： 函数调用后，被压入栈中的参数需要被弹出，以使得栈在函数调用前后保持一致。这个弹出的工作可以由调用函数来完成，也可以有被调用函数来完成
• 名字修饰策略： 不同的调用管理有着不同的修饰策略

x86_64中的常见寄存器和位数如下两幅图所示。

从图中可以看出64位是向前兼容32位，16位和8位寄存器的。

分析函数调用过程中的栈帧变化主要涉及到mov，push，pop，call，ret，leave这几条汇编指令，这几条指令的作用如下表所示

有时候会在指令后面加上后缀，表明操作数的大小。常见的后缀有b，w，l，q，分别表示操作数大小位1字节，2字节，4字节，8字节。

call指令

call指令虽然是一条函数调用指令，但实际上它包含两步。第一步：将函数的返回地址入栈，即将函数调用后的第一条指令地址入栈；第二步：将被调用函数的地址装载入rip，从而跳转到被调函数。

ret指令

当执行ret指令时，rsp指向的栈顶被弹出值rip，完成被调函数返回

leave指令

leave指令是将栈顶指针指向帧指针，然后POP备份的原帧指针到%rbp，相当于如下两条指令：

mov %rbp %rsp
pop %rbp

int sum(int num1, int num2, int num3, int num4, int num5, int num6, int num7, int num8) {
    int ans;
    ans = num1 + num2 + num3 + num4 + num5 + num6 + num7 + num8;
    return ans;
}

int main() {
    int ans = sum(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
    return 0;
}

对其进行编译后，然后进行反汇编，得到对应的反汇编文件。

$ gcc func_call.c -o func_call
$ objdump -d func_call > func_call.txt

涉及到的相关核心部分如下所示：

从上述示例中可以发现，函数将返回值存储在eax寄存器中，然后函数的调用放再读取eax。eax本身只有4字节，那么大于4字节的返回值是如何传递的呢？

对于返回5-8字节的返回值，几乎所有的调用惯例都是采用eax和edx联合返回的方式进行的。eax存储返回值的低4个字节，edx存储放回置的高1-4字节。

对于字节数更大的返回值，是无法通过寄存器进行返回的。一种可能的实现方式是：先将返回值拷贝到栈上的临时区域内（临时对象），函数返回后再将该临时区域的值拷贝给函数调用方的接收变量。这也是为什么C++返回对象会调用两次拷贝构造函数的原因。