C&Golang函数调用过程详解（二）

末蓝、 2022-09-15 05:34 251阅读 0赞

上篇文章聊到在main中执行了调用sum函数的call指令。

这时CPU跳到sum开始执行如下命令：

0x0000000000400526 <+0>:push   %rbp          0x0000000000400527 <+1>:mov   %rsp,%rbp 0x000000000040052a <+4>:mov   %edi,-0x14(%rbp)  0x000000000040052d <+7>:mov   %esi,-0x18(%rbp)  0x0000000000400530 <+10>:mov   -0x14(%rbp),%edx0x0000000000400533 <+13>:mov   -0x18(%rbp),%eax0x0000000000400536 <+16>:add   %edx,%eax0x0000000000400538 <+18>:mov   %eax,-0x4(%rbp)0x000000000040053b <+21>:mov   -0x4(%rbp),%eax0x000000000040053e <+24>:pop   %rbp0x000000000040053f <+25>:retq

sum前两条指令与main的一样。

0x0000000000400526 <+0>:push   %rbp            # sum函数序言，保存调用者的rbp0x0000000000400527 <+1>:mov   %rsp,%rbp   # sum函数序言，调整rbp寄存器指向自己的栈帧起始位置

它们都是在保存调用者的rbp然后设置新值来指向当前函数栈帧起始地址，这时sum保存了main的rbp的值（0x7fffffffe510），并将rbp的值修改为sum自己的栈帧的起始位置（0x7fffffffe4e0）。

通过上述指令可以看到，sum的函数序言并没有像main的序言一样，通过调整rsp的值，给sum的局部变量和临时变量预留栈空间。

这是不是说明sum没有使用栈来存储局部变量呢？

从后文的分析中可以看到，sum局部变量s还是存在栈上的，没有预留也可以使用的原因之前也提到过，栈上的内存不需要在应用层代码中进行分配，操作系统已经分配好了，直接使用就可以了。

main之所以还要调整rsp的值来预留局部变量和临时变量使用的栈空间，是因为main还需要使用call调用sum，而call会自动将rsp的值减去8，然后将函数的返回地址存到rsp所指的栈内存位置，如果main不调整rsp的值，则call保存函数返回地址的值时就会覆盖main的局部变量或临时变量的值，而sum中没有任何指令会自动使用rsp来保存数据到栈上，所以不需要调整rsp的值。

看下紧接着执行的四条指令。

0x000000000040052a <+4>:mov   %edi,-0x14(%rbp)  # 把第1个参数a放入临时变量0x000000000040052d <+7>:mov   %esi,-0x18(%rbp)  # 把第2个参数b放入临时变量0x0000000000400530 <+10>:mov   -0x14(%rbp),%edx # 从临时变量中读取第1个到edx寄存器0x0000000000400533 <+13>:mov   -0x18(%rbp),%eax # 从临时变量中读取第2个到eax寄存器

上述指令通过rbp加偏移量的方式将main传递给sum的两个参数保存在当前栈帧的合适位置，然后又取出来放入寄存器，看着有点儿多此一举，这是因为在编译时未给gcc指定优化级别，而gcc编译程序时，默认不做任何优化，所以看起来比较啰嗦。

再来看紧接着的三条指令。

0x0000000000400536 <+16>:add   %edx,%eax            # 执行a + b并把结果保存到eax寄存器0x0000000000400538 <+18>:mov   %eax,-0x4(%rbp)  # 把加法结果赋值给变量s0x000000000040053b <+21>:mov   -0x4(%rbp),%eax  # 读取s变量的值到eax寄存器

上述第一条指令负责执行加法运算并将并将结果存入eax中，第二条指令将eax中的值存入局部变量s所在的内存，第三条指令将局部变量s的值读取到eax中，可以看到，局部变量s被编译器安排到了rbp  -0x4这个地址对应的内存中。

到这里，sum主要功能已运行完毕，来看下当前栈和寄存器的状态图：

![4bc71b2127a2fb8e072958b41be1096e.png][]

需要说明的是，sum的两个参数和返回值都是int，在内存中只占4个字节，而图中每个栈内存单元都是8个字节且按8字节地址边界进行了对齐，所以才是上图这个样子。

接下来继续执行pop %rbp这个指令，它包含以下两个操作：

1.  将当前rsp所指的栈内存中的值放到rbp，如此rbp就恢复到未执行sum的第一条指令时的值，也就是重新指向了main栈帧的起始位置。
2.  将rsp的值加8，如此rsp就指向了包含0x40055e这个值的栈内存，而这个栈单元中的值是当初main调用sum时call放入的，放入的这个值就是紧跟在call后面的下一条指令的值。

状态图如下：

![d48b08820d5ec118a2e06aeb0e19b878.png][]

继续执行retq指令，上述指令将rsp指向的栈单元中0x40055e取出存入rip，同时将rsp的值加8，这样一来，rip的值就变成main调用sum的call指令的下一条指令，于是就返回到main中继续执行。

此时eax中的值是3，也就是sum执行后返回的值，来看下状态图：

![4fbbe0df3ac58b4f2cc7a7a4c9b4bf9f.png][]

继续执行下面这条指令：

mov   %eax,-0x4(%rbp)  # 把sum函数的返回值赋给变量n

上述指令将eax中的值（3）放入rbp  -0x4所指的内存中，这里也是main的局部变量n所在位置，所以此指令的含义就是将sum返回值赋值给局部变量n，此时状态图如下：

![0d0e7da2bf11a6d6d238b999fc62c776.png][]

再往后的指令如下：

0x0000000000400561 <+33>:mov   -0x4(%rbp),%eax0x0000000000400564 <+36>:mov   %eax,%esi0x0000000000400566 <+38>:mov   $0x400604,%edi0x000000000040056b <+43>:mov   $0x0,%eax0x0000000000400570 <+48>:callq 0x400400 <printf@plt>0x0000000000400575 <+53>:mov   $0x0,%eax

上述指令首先为printf准备参数，然后调用printf，具体过程和调用sum的过程相似，让CPU直接执行到main倒数第二条leaveq指令处，此时栈和寄存器状态如下：

![a9f01d926c54e5924da685805fc610f0.png][]

leaveq指令的上一条mov $0x0, %eax指令作用是将main返回值0放到寄存器eax，等main返回后调用main可拿到这个值。

执行leaveq指令相当于执行如下两天指令：

mov %rbp, %rsppop %rbp

leaveq指令首先将rbp的值复制给rsp，如此rsp就指向rbp所指的栈单元，之后leaveq指令将该栈单元的值pop给rbp，如此rsp和rbp就恢复成刚进入main时的状态。如下：

![f1b25ef7fc1eb153a07fe3feb2979ef8.png][]

此时main就只剩下retq指令了，之前分析sum时介绍过，此指令执行完后会完全返回到调用main的函数中继续执行。

到此，关于C的函数调用过程就介绍完毕了，下文接着聊一下Go函数调用过程。

好啦，到这里本文就结束了，喜欢的话就来个三连击吧。

**扫码关注公众号，获取更多优质内容。**

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbHV5YXJhbg_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

[4bc71b2127a2fb8e072958b41be1096e.png]: /images/20220828/740364cc9fc24b87aaa8a7546b7f2088.png
[d48b08820d5ec118a2e06aeb0e19b878.png]: /images/20220828/c550d24f0255489398de237eae32d4c2.png
[4fbbe0df3ac58b4f2cc7a7a4c9b4bf9f.png]: /images/20220828/3d1967df10c640b29bd66a03dea12ddd.png
[0d0e7da2bf11a6d6d238b999fc62c776.png]: /images/20220828/800f701686f749a2a5b7b02d87bb747b.png
[a9f01d926c54e5924da685805fc610f0.png]: /images/20220828/feafe30a1b854a2db4e98cc25fb50704.png
[f1b25ef7fc1eb153a07fe3feb2979ef8.png]: /images/20220828/b69971fca9604c43b53b91cf18bcfff1.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbHV5YXJhbg_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/e2cccc3bdcfc44d18670604a153cd1d0.png