C編譯器剖析_6.3.4 彙編代碼產生_為函數調用與返回產生彙編代碼

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6.3.4        為函數調用與返回產生彙編代碼

    在這一小節中，我們來討論一下如何為函數調用和函數返回產生彙編代碼。函數調用對應的中間指令如下所示：

         //中間指令的四元式： < opcode, DST, SRC1, SRC2>

         <CALL, 用於接收返回值的變數retVal, 函數名func,  參數列表[arg1,arg2, …,argn]>

    讓我們先熟悉一下C函數的呼叫慣例CallingConvention，我們需要把參數從右向左入棧（即從argn到arg1依次入棧），不妨記這些參數所佔用的總記憶體為stksize位元組。當函數調用返回後，主調函數要負責把這些參數出棧，這可通過形如“addl  stksize, %esp”的彙編指令來實現。{eax, ecx, edx}這3個寄存器要由主調函數負責儲存，在產生call彙編指令之前，要對這幾個寄存器進行必要的回寫操作。而{ebx,esi,edi}這3個寄存器則由被調函數負責儲存，UCC編譯器會在所有函數的入口處儲存這幾個寄存器。     為了加快返回值的傳遞，我們會盡量把返回值放在寄存器中。在x86平台上，按C標準的約定：

    (1) 若返回值為整型，則存於eax寄存器中(我們只考慮32位平台)；

    (2) 若返回值為浮點型，則存於x87棧頂寄存器中；

    (3) 按C的文法要求，返回值不可以是數群組類型。如果返回值是1、2或4位元組的結構體對象，則存於寄存器eax中，若是8位元組，則存於[edx: eax]中。若返回值是其他大小的結構體對象，則C編譯器會為函數添加結構體指標作為第1個參數，如下所示。

         typedef struct  Data{

             int  num[8];      //共32位元組

         } dt;

         dt =  GetData();

         //經C編譯器處理後，真正執行的函數調用為：

         GetData(&dt);

    因此，我們可按以下步驟來翻譯形如“<CALL, retVal, func, [arg1,arg2, … ,argn]>”的中間指令，對應的C函數調用相當於“retVal =func(arg1, …, argn);”。

    (1) 參數從右至左，即從argn到arg1依次入棧;

    (2) 對{eax,ecx,edx}這幾個寄存器進行必要的回寫操作；

    (3) 當retVal為結構體對象，且大小不為{1,2,4,8}時，我們要取retVal的地址，並把該地址入棧；

    (4) 若func為函數名myadd，則產生形如“call  myadd”的彙編指令；如果func為函數指標fptr，則產生形如“call  * fptr”的彙編指令。

    (5) 根據入棧參數所佔的記憶體總和，調整寄存器esp，即產生形如“addl  stksize，esp”的彙編指令，其中stksize代表所有參數總共佔用的棧記憶體大小。

    (6) 根據返回值的類型從相應寄存器中擷取返回值。對於大小不為{1，2，4，8}的結構體對象，不需要由主調函數來取返回值。由於已把形如“dt = GetData();”的函數調用改為“GetData(&dt)”，在被調函數內部，我們可通過指標對結構體對象dt進行賦值。

    例如，對於C程式中的函數調用myadd而言，UCC編譯器產生的彙編代碼如下所示：

         int  myadd(int  a,int  b)；

         result = myadd(num1,num2);

         ///////////////對應彙編代碼////////////

pushl  num2            //參數num2入棧

pushl  num1            //參數num1入棧

call  myadd             //函數調用

addl  $8, %esp        //所有參數出棧

movl  %eax,  result     //取返回值

    在此基礎上，我們來看一下用於產生這些彙編代碼的函數EmitCall，6.3.9所示。

第7至12行把參數從右至左依次入棧，第13至15行調用SpillReg函數對寄存器eax、ecx和edx進行必要的回寫。當返回值是大小不為{1，2，4，8}的結構體對象時，我們會在第19行取“返回值接收對象retVal”的地址，然後在第20行將該地址入棧。第23行用於產生函數調用指令，形如“call  myadd”或者“call  * fptr”，第25至28行會把所有參數出棧。

圖6.3.9  EmitCall()

    當返回值為浮點數時，如果主調函數不需要該返回值，我們要在第31行把x87棧頂寄

存器彈出，以避免x87副處理器的寄存器棧過滿。如果主調函數需要浮點數返回值，則通過第35至39行從x87棧頂寄存器中取出返回值，並彈出x87棧頂寄存器。而第40至55行則用於從寄存器eax或edx中擷取“整數返回值”或者“大小為{1，2，4，8}的結構體返回值”。

    接下來，我們來分析一6.3.9第9行調用的函數PushArgument，其代碼6.3.10第1至24行所示。第3至5行壓入float類型的參數，而第6至8行壓入double類型的參數，第9至20行用於把結構體對象複製到棧中，第17行的opds[1]記錄要複製的位元組數ty->size，第18行的opds[2]是在棧中為結構體對象預留的記憶體大小，opds[2]要大於或等於opds[1]的大小。第21至22行把4位元組的整數入棧。

圖6.3.10  PushArgument()

    在圖6.3.10第26行，我們還給出了形如“*ptr = number;”的中間指令，UCC稱這樣的指令為IndirectMove，我們會在第35行把ptr載入到寄存器中，不妨設其為eax，然後在36至37行把形如“<IMOV,ptr,number,NULL>”的中間指令改為“<MOV,(%eax),number,NULL>”，再通過第19行的EmitMove函數，我們就可以為“*ptr = number;”產生以下彙編代碼，我們已在前面的章節中分析過EmitMove函數，這裡不再重複。

         movl  num, %ecx

         movl  %ecx, (%eax)

    與此類似的，圖6.3.10第48至58行的EmitDeref函數用來處理形如“t2: *ptr”的中間指令，對應的四元式為<DEREF,t2, ptr, NULL>，我們先在第51行把ptr載入到寄存器中，不妨設其為eax，第52至53行會把中間指令“<DEREF, t2, ptr, NULL>”改為“<MOV，t2，(%eax)，NULL>”，之後通過第55行的EmitMove函數產生以下彙編代碼：

         movl (%eax), %ecx   ；     //臨時變數t2對應的寄存器為ecx

         當遇到C程式裡的return語句時，UCC編譯器會產生以下中間代碼：

         return   retVal;

         /////////對應中間代碼////////////

         <RET, retVal, NULL,NULL>       //中間指令RET只是準備好返回值

         <JMP, exitBB,NULL,NULL>       //跳往函數的唯一出口exitBB

    在函數的唯一出口exitBB中，UCC編譯器會通過EmitEpilogue函數產生以下彙編代碼，用於從被調函數返回到主調函數。

exitBB:

         movl  %ebp, %esp

         popl  %edi

         popl  %esi

         popl  %ebx

         popl  %ebp

         ret

   因此，中間指令“<RET, retVal, NULL,NULL>”所要完成的工作只是傳遞返回值，相關代碼6.3.11所示。當返回值為浮點數且返回值不在x87棧頂寄存器時，我們在第9行調用PutASMCode函數把返回值載入到x87棧頂寄存器中。如果返回值是大小不為{1，2，4，8}的結構體對象，我們通過第31至33行，把形如“<RET，retVal，NULL，NULL>”的中間指令改為“<IMOV,&dt,retVal, NULL>”，第16至28行的注釋對此進行了說明，之後我們可在第34行調用EmitIndirectMove函數進行結構體對象的複製。

圖6.3.11  EmitReturn()

   圖6.3.11第37至55行用於把“整數返回值或者大小為{1，2，4，8}的結構體對象”傳送到“寄存器eax或者edx”中。

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