ASM_02_栈与调用约定

x86-64 汇编 —— 栈与调用约定

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栈（Stack）

栈是一块从高地址向低地址增长的内存区域，由 rsp（栈顶指针）管理。

高地址
┌──────────────┐
│  argv, envp  │  ← 程序启动时的栈
├──────────────┤
│  函数参数 n   │  ← 第7+个参数（超出入寄存器范围的）
├──────────────┤
│  返回地址     │  ← call 指令压入
├──────────────┤
│  旧的 rbp    │  ← 被调用者保存
├──────────────┤
│  局部变量     │  ← 函数内部分配
├──────────────┤
│  ...         │
├──────────────┤
│  (空闲)      │
└──────────────┘  ← rsp（栈顶，低地址）
低地址

基本栈操作

push rax        ; rsp = rsp - 8; [rsp] = rax（入栈）
pop  rax        ; rax = [rsp]; rsp = rsp + 8（出栈）
sub  rsp, 32    ; 分配 32 字节栈空间
add  rsp, 32    ; 释放 32 字节栈空间

函数调用全过程

以 int add(int a, int b) 为例（Linux System V ABI）：

; 调用者：
mov edi, 3       ; 第1参数 → rdi
mov esi, 5       ; 第2参数 → rsi
call add         ; 压入返回地址，跳转到 add
; rsp 指向返回地址
 
; 被调用者 (add)：
push rbp         ; 保存调用者的 rbp
mov  rbp, rsp    ; 建立自己的栈帧
mov  eax, edi    ; eax = a
add  eax, esi    ; eax = a + b（返回值在 eax）
pop  rbp         ; 恢复调用者的 rbp
ret              ; 弹出返回地址，返回调用者

调用约定（Calling Convention）

调用约定定义了函数参数的传递顺序和寄存器使用规则。C++ 教程中常出现两套 ABI：

System V AMD64 ABI（Linux / macOS / BSD）

参数位置	寄存器
第1参数（整数/指针）	rdi
第2参数	rsi
第3参数	rdx
第4参数	rcx
第5参数	r8
第6参数	r9
第7+ 参数	栈（从右向左压入）
返回值	rax

C++ 非静态成员函数的隐式第一参数是 this 指针，因此在 Linux 上 this 通过 rdi 传递。这是 C++ 教程 05_面向对象(一)类与对象基础 中讲解 this 指针底层机制的基础。

Microsoft x64 ABI（Windows）

参数位置	寄存器
第1参数	rcx
第2参数	rdx
第3参数	r8
第4参数	r9
第5+ 参数	栈
返回值	rax

Windows 上 this 通过 rcx 传递（因为它是第一个参数）。

对比示例

int add(int a, int b) { return a + b; }
 
struct Foo {
    int val;
    int addTo(int x) { return val + x; }
};

Linux 上的汇编：

; int add(int a, int b)
; a→edi, b→esi
add:
    lea eax, [rdi+rsi]   ; eax = a + b
    ret
 
; int Foo::addTo(int x)
; this→rdi, x→esi
Foo::addTo:
    mov eax, [rdi]       ; eax = this->val（val 在偏移 0）
    add eax, esi         ; eax = this->val + x
    ret

Windows 上的汇编：

; int add(int a, int b)
; a→ecx, b→edx
add:
    lea eax, [rcx+rdx]   ; eax = a + b
    ret
 
; int Foo::addTo(int x)
; this→rcx, x→edx
Foo::addTo:
    mov eax, [rcx]       ; eax = this->val
    add eax, edx         ; eax = this->val + x
    ret

同一份 C++ 代码，Linux 和 Windows 生成不同的汇编，但语义等价。理解这一差异后就不会在看到不同平台的汇编时困惑。

被调用者保存 vs 调用者保存

分类	寄存器	规则
被调用者保存	rbx, rbp, r12~r15	函数使用前必须保存原值，返回前恢复
调用者保存	rax, rcx, rdx, rsi, rdi, r8~r11	函数可自由修改，调用者需自行保存

编译器会处理这些细节。手动写汇编或阅读编译输出时需了解。

栈对齐

x86-64 ABI 要求 call 指令执行前 rsp 必须 16 字节对齐。push/pop 操作 8 字节，编译器自动插入 sub rsp, 8 等调整。在 C++ 教程 05_面向对象(一)类与对象基础 的内存对齐章节中，对象大小必须是最大对齐值的整数倍，与此要求一脉相承。