- 环境及代码介绍
- 环境和源码
由于有时候要透彻的理解C里面的一些细节问题，所有有必要看看汇编，首先这一切的开始就是从汇编代码进入C的main函数过程。这里不使用编译器自动生成的这部分汇编代码，因为编译器自动生成的代码会涉及环境变量的传递，参数的传递等等一系列问题。以ARM汇编来进行分析。使用一个启动汇编文件和一个main.c的文件,在ARM 2440板子上调试这段程序，使用JLinkExe借助jlink来调试:
init.s:
1 .text 2 .global _start 3 _start: 4 ldr sp,=4096 @设置堆栈指针以便调用C函数 5 bl main 6 loop: 7 b loop
main.c:
1 void main(void) 2 { 3 }
为什么main函数没有使用 int main(int argc,char **argv) 这种形式？因为我这里是使用的自己写的启动汇编文件，由它来完成从汇编到C代码的进入。
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- 寄存器介绍
ARM在任何一种模式下，都可以访问16个通用寄存器（R0-R15）和1-2个状态寄存器(CPSR,SPSR),只是有些寄存器是每种模式下都共用的（R0-R7），另外一些是同名但是使用的是不同硬件单元(其他，每种模式下有所不同)。这里的寄存器有些有特定用途:
R15--PC：程序计数器，指向要取指的那条指令
R14--LR：链接寄存器，保存发生跳转时，下一条指令的地址，方便使用BL跳回
R13--SP：堆栈指针
R12--IP：暂存SP值
R11--FP: 保存堆栈frame的地址
后面的IP, FP可能需要结合实际代码来理解。
另外，编译器在处理C程序的时候，R0通常用作传递返回值，R1-R4用来传递函数参数。
稍微解释下这段汇编代码的 ldr sp,=4096 ，为什么设置为4096？有2个原因：
1.我这里使用的是nand启动，代码在内部4K SRAM里面执行。
2.ARM压栈时采用的是满递减堆栈。
我觉得更准确的讲是由编译器决定的，其实ARM指令里面有各种类型的堆栈操作指令而不是单单的满递减。满递减就是指堆栈的增长方向向下，堆栈指针指向堆栈的顶端。如果是空递减，它会指向堆栈顶端的下一个地址，这个地址未存放有效堆栈数据。其实这里sp = 4096这个内存地址是无法访问的，4K最大的地址是4096-4，因此进行数据压栈时，要先调整堆栈指针，然后再压入数据，这也是所有满类型堆栈要遵循的原则。
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- 反汇编分析压栈出栈
使用 arm-linux-objdump -DS main.elf > dump 进行反汇编
1 00000000 <_start>: 2 .text 3 .global _start 4 _start: 5 ldr sp,=4096 6 0: e3a0da01 mov sp, #4096 ; 0x1000 7 bl main 8 4: eb000000 bl c <main> 9 10 00000008 <loop>: 11 loop: 12 b loop 13 8: eafffffe b 8 <loop> 14 15 0000000c <main>: 16 void main(void) 17 { 18 c: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!) 19 10: e28db000 add fp, sp, #0 20 } 21 14: e28bd000 add sp, fp, #0 22 18: e8bd0800 pop {fp} 23 1c: e12fff1e bx lr
可以看到进入C函数第一步就是压栈操作，出C函数里面出栈操作，然后跳转返回。关于push,pop ARM官方的文档给出的说明:
PUSH is a synonym for STMDB sp!, reglist and POP is a synonym for LDMIA sp! reglist. PUSH and POP are the preferred mnemonics in these cases.
仅仅是个别名而已，并且是针对sp寄存器进行操作。
由于我这里的main过于简单，所有并看不出说明名堂，在main中增加点东西:
1 int main(void) 2 { 3 int a; 4 a = 3; 5 6 return 0; 7 }
继续反汇编,只关注main:
1 0000000c <main>: 2 int main(void) 3 { 4 c: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!) 5 10: e28db000 add fp, sp, #0 6 14: e24dd00c sub sp, sp, #12 7 int a; 8 a = 3; 9 18: e3a03003 mov r3, #3 10 1c: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 11 12 return 0; 13 20: e3a03000 mov r3, #0 14 } 15 24: e1a00003 mov r0, r3 16 28: e28bd000 add sp, fp, #0 17 2c: e8bd0800 pop {fp} 18 30: e12fff1e bx lr
可以看到有一对互为逆向操作的指令组合 push {fp}； add fp, sp, #0 <-------> add sp, fp, #0；pop {fp}，在这对组合指令之间的代码是不会去修改fp的值的，这样就实现了恢复调用前fp sp的值，而在它们之间的指令是通过修改sp来访问堆栈。但是这里有个问题，此处我仅定义了一个int型变量，为何堆栈向下偏移了12个字节？按道理sp-4即可。未找到原因，虽然对于堆栈，Procedure Call Standard for the ARM Architecture，要求遵守几个约定，比如堆栈指针必须是4字节对齐，此外，对于public interface即全局的接口，要求sp 8字节对齐。这里我的main算是个public interface，因此8字节对齐必须遵守，但是sp-4也是8字节对齐啊，搞不清为什么-12。增加局部变量可以很明细看出8字节对齐的约定。
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- 传参
1 int foo(int a, int b, int c, int d) 2 { 3 int A,B,C,D; 4 A = a; 5 B = b; 6 C = c; 7 D = d; 8 9 return 0; 10 } 11 void main(void) 12 { 13 int a; 14 a = foo(1,2,3,4); 15 }
反汇编:
1 00000000 <_start>: 2 .text 3 .global _start 4 _start: 5 ldr sp,=4096 6 0: e3a0da01 mov sp, #4096 ; 0x1000 7 bl main 8 4: eb000014 bl 5c <main> 9 10 00000008 <loop>: 11 loop: 12 b loop 13 8: eafffffe b 8 <loop> 14 15 0000000c <foo>: 16 int foo(int a, int b, int c, int d) 17 { 18 c: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!) 19 10: e28db000 add fp, sp, #0 20 14: e24dd024 sub sp, sp, #36 ; 0x24 21 18: e50b0018 str r0, [fp, #-24] 22 1c: e50b101c str r1, [fp, #-28] 23 20: e50b2020 str r2, [fp, #-32] 24 24: e50b3024 str r3, [fp, #-36] ; 0x24 25 int A,B,C,D; 26 A = a; 27 28: e51b3018 ldr r3, [fp, #-24] 28 2c: e50b3014 str r3, [fp, #-20] 29 B = b; 30 30: e51b301c ldr r3, [fp, #-28] 31 34: e50b3010 str r3, [fp, #-16] 32 C = c; 33 38: e51b3020 ldr r3, [fp, #-32] 34 3c: e50b300c str r3, [fp, #-12] 35 D = d; 36 40: e51b3024 ldr r3, [fp, #-36] ; 0x24 37 44: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 38 39 return 0; 40 48: e3a03000 mov r3, #0 41 } 42 4c: e1a00003 mov r0, r3 43 50: e28bd000 add sp, fp, #0 44 54: e8bd0800 pop {fp} 45 58: e12fff1e bx lr 46 47 0000005c <main>: 48 void main(void) 49 { 50 5c: e92d4800 push {fp, lr} 51 60: e28db004 add fp, sp, #4 52 64: e24dd008 sub sp, sp, #8 53 int a; 54 a = foo(1,2,3,4); 55 68: e3a00001 mov r0, #1 56 6c: e3a01002 mov r1, #2 57 70: e3a02003 mov r2, #3 58 74: e3a03004 mov r3, #4 59 78: ebffffe3 bl c <foo> 60 7c: e1a03000 mov r3, r0 61 80: e50b3008 str r3, [fp, #-8] 62 } 63 84: e24bd004 sub sp, fp, #4 64 88: e8bd4800 pop {fp, lr} 65 8c: e12fff1e bx lr
可以看到参数通过R0-R3寄存器传递过去，函数里面将寄存器值压栈，要用时从栈里面取出值即可。当寄存器不够用时，总共超过4个字长度，就会通过堆栈传递了：
void main(void) { 64: e92d4800 push {fp, lr} 68: e28db004 add fp, sp, #4 6c: e24dd010 sub sp, sp, #16 int a; a = foo(1,2,3,4,5); 70: e3a03005 mov r3, #5 74: e58d3000 str r3, [sp] @通过堆栈传递多出来的参数 78: e3a00001 mov r0, #1 7c: e3a01002 mov r1, #2 80: e3a02003 mov r2, #3 84: e3a03004 mov r3, #4 88: ebffffdf bl c <foo> 8c: e1a03000 mov r3, r0 90: e50b3008 str r3, [fp, #-8] } 94: e24bd004 sub sp, fp, #4 98: e8bd4800 pop {fp, lr} 9c: e12fff1e bx lr
返回值好像也是通过寄存器或者堆栈传递。