函数调用的基础知识

当讲解有关嵌入式C或嵌入式C++编程的课程时，我们常常遇到需要解决的一个话题是“函数的实参来自哪块内存？”

以下面这个简单的C函数为例：

1. void test_function(int a, int b, int c, int d);
   

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当我们调用该函数时，函数的实参存储在哪？

1. int main(void)
   
2. {
   
3.   //...
   
4.   test_function(1,2,3,4);
   
5.   //...
   
6. }

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最常见的答案是“不知道”，然后是“在堆栈里”，这一点也不奇怪。当然如果你是在编译X86，这个结果是正确的。可以从下面的main函数的X86汇编看出来，该main函数设置了调用test_function（注意：如果你变异的是64位的处理器会有所不同）。

1. ...
   
2.   subl $16, %esp
   
3.   movl $4, 12(%esp)
   
4.   movl $3, 8(%esp)
   
5.   movl $2, 4(%esp)
   
6.   movl $1, (%esp)
   
7.   call _test_function
   
8.   ...

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堆栈减少了16个字节，然后这四个整形在调用test_function之前移到堆栈。

除了压入函数的实参外，该调用也会压入返回地址（即调用后下一个指令的程序计数器）。在X86术语中，通常被称为栈的保存帧指针。帧指针用来引用局部变量以及保存在栈上的其他数据。

这个栈帧的格式很容易理解，同时历史上也是通过修改返回地址的恶意缓冲区溢出的目标。

不过，我们在这里不是讨论X86，我们感兴趣的是ARM架构。

AAPCS

ARM是RISC架构，而X86是CISC架构。自2003年以来ARM已经发布了文档，详细阐述了单独编译和链接的代码单元如何协同工作。几年里，该文档更换过很多名称，但现在它正式称为《ARM 体系结构的过程调用标准》(Procedure Call Standard for the ARM Architecture)或者是AAPCS。

如果我们使用armcc编译器重新编译ARM平台下的main.c：

1. > armcc -S main.c

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我们得到如下：

1. ...
   
2.      MOV      r3,#4
   
3.      MOV      r2,#3
   
4.      MOV      r1,#2
   
5.      MOV      r0,#1
   
6.      BL       test_function
   
7.      ...

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在这里，我们可以看到四个参数已放在寄存器r0-r3中。其测试是“与链接相关分支”指令。那么该调用使用了多少栈呢。简短的回答是没有使用，因为BL指令将返回地址放入到链接寄存器（lr/r14)而不是像X86模式中的压入到堆栈中。

寄存器组

我想很多读者都熟悉ARM寄存器组，复习一下：

     ■    有16个数据/内核寄存器r0-r15

     ■    在这16个中，有是哪个是专用的寄存器

            ■    寄存器R13用作堆栈指针（SP）

            ■    寄存器R14用作链接寄存器（LR）

            ■    寄存器r15用作程序计数器（PC）

基本模型

如果有4个或者更少的32位参数，那么以上就是基本的函数调用模型，R0到R3用来传递参数，并且调用返回的地址存储在链接寄存器。

如果我们添加了第五个参数，如下：

1. void test_function2(int a, int b, int c, int d, int e);
   
2. int main(void)
   
3. {
   
4.   //...
   
5.   test_function2(1,2,3,4,5);
   
6.   //...;
   
7. }

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我们得到如下：

1.       ...
   
2.         MOV      r0,#5
   
3.         MOV      r3,#4
   
4.         MOV      r2,#3
   
5.         STR      r0,[sp,#0]
   
6.         MOV      r1,#2
   
7.         MOV      r0,#1
   
8.         BL       test_function2
   
9.         ...

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在这里，第五个参数在调用之前存入到栈中。

但是请注意，在较大的代码库中，你可能会看到至少有一个其他的栈压入在这（通常是R4），在调用函数中从没有访问过。这是因为AAPCS定义的堆栈对齐要求，在相同的交换单元里的函数调用不同于交叉的交换单元。该栈的基本要求是：

1. SP % 4 == 0

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但是，如果调用用作公共接口时，那么栈也必须符合：

1. SP % 8 == 0

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该译文翻译自：Function Parameters and Arguments on 32-bit ARM

--- 未完待续