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X64的函数调用规则

(2011-06-21 22:40:21)
标签:

参数

整数

浮点数

r9

传递

分类: x86-Ref
闲着没事想研究一下gcc的函数调用方式和m$的__stdcall、__fastcall之类有何区别,本想是了解一下关于参数的入栈顺序和清理方,就随便写了个C函数,编译成.s文件,一看发现根本就没有push和pop之类的指令...两个int参数都是利用rsi和rdi传递!网上百度了一个关于m$平台x64的调用约定

 看完ddk里相关的部分,总结下吧,规则倒是不复杂,相对x86时代的stdcall cdecl fastcall 三分天下要简明的多。按ddk里的说法,m$就是要趁这次统一调用规则…… -__-

在x64下函数调用的前4个参数总是放在寄存器中传递,剩余的参数则压入堆栈中。而x86上则是全部压入堆栈中(除了fastcall方式)。这4个用于存放参数的寄存器分别是:存放整数参数的RCX,RDX,R8,R9;存放浮点数参数的XMM0,XMM1,XMM2,XMM3。

按照所传参数是整数还是浮点数的不同,寄存器的使用规则如下:

全部整数参数:
func1(int a, int b, int c, int d, int e);

参数a放入RCX,参数b放入RDC,参数c放入R8,参数d放入R9,参数e么压栈。

参数传递规则:按照参数表声明的顺序,从左向右,前4个参数依次放入RCX,RDX,R8,R9中。

全部浮点数参数:
func1(float a, float b, float c, double d, float e);
a放入XMM0,b放入XMM1,c放入XMM2,d放入XMM3,e压栈
参数传递规则:按照参数声明的顺序,从左向右,前4个参数依次放入XMM0,XMM1,XMM2,XMM3中

整数和浮点数参数混合出现:
func3(float a, int b, double c, int d)
a放入XMM0中,b放入RDX,c放入XMM2,d放入R9。
这里比较特殊,其实就是按照这个规则:
a b c d
RDX R9
XMM0 XMM2
也就是说4个整数寄存器严格的一一对应前4个参数,同样前4个XMM寄存器严格的一一应前4个参数,如果是整数浮点数间隔出现,那么就保持对应关系,选择对应的寄存器即可。

指针参数:
指针的传递遵循整数参数传递方式。

结构体参数:
结构体特殊一点,按照ddk的描述,如果结构体长度小于64bit,则使用整数参数的传递规则。但如果是一个很大的结构体,那么应该还是要在堆栈中申请临时空间的(但ddk没有明说这一点,参考x86的规则应该如此)。


未声明函数的调用:
ddk里特别列举了这样一个例子:
func1();
func2(){
func1(2, 1.0, 7)
}

在这种情况下,func1()的参数表其实不明确,那么参数的传递要怎样进行?这里采用了一个比较保守的规则,就是:整数参数还是按照寄存器映射关系放入对应的寄存器中,浮点数在按照映射关系放入XMM寄存器后,还需要按照整数参数的寄存器映射关系放入整数寄存器中一次,这就是为啥我说是“比较保守的规则”。就现在这个例子而言,结果如下:
2在RCX中,1.0在RDX和XMM1中,7在R8中。

然而gcc的用法却与此截然不同:

 

版权为 win_hate 所有, 转载请保留作者名字

我这段时间要把以前的一个 x86_32 的 linux 程序移植到 x86_64(AMD) 的 linux 环境里. 由于写的是数学算法, 64 与 32 位有很大不同, 代码实际上要重写. 看了点资料后, 觉得 AMD64 的扩展于以前 16 到 32 位的扩展很类似, e**, 扩展为 r**, 此外还多了8个通用寄存器 r8~r15.指令格式与32位的极为相似. 我觉得比较容易, 所以没再仔细看, 就开始动手写了.

我的程序由若干个汇编模块于与若干个c模块构成, 很多c模块要调用汇编模块. 作为试验, 我先写了个简单的汇编函数, 然后用c来调用. 结果算出来的值始终是错误的. 这令我很恼火, 因为函数很简单, 没有多少出错的余地. 后来我把程序反汇编出来, 错误马上浮现出来了, 函数的参数居然是通过寄存器来传递的. 我凭以前的经验, 从堆栈里取参数, 算出的结果当然不对了. 我以前不是没碰到过用寄存器传递参数的情况, 但所在的环境都不是 pc. 在 x86_32/linux 中, 即使用 -O3 优化选项, gcc 仍通过栈来传递参数的.

所以我们现在知道, 在 x86_64/linux/gcc3.2 中, 即使不打开优化选项, 函数的参数也会通过寄存器来传递, 这肯定是阔了的表现(通用寄存器多了).

我试验了多个参数的情况,发现一般规则为, 当参数少于7个时, 参数从左到右放入寄存器: rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9。当参数为 7 个以上时, 前 6 个与前面一样, 但后面的依次从 "右向左" 放入栈中。

例如:
CODE

(1) 参数个数少于7个:
f (a, b, c, d, e, f);
a->%rdi, b->%rsi, c->%rdx, d->%rcx, e->%r8, f->%r9

g (a, b)
a->%rdi, b->%rsi

有趣的是, 实际上将参数放入寄存器的语句是从右到左处理参数表的, 这点与32位的时候一致.

CODE

2) 参数个数大于 7 个的时候
H(a, b, c, d, e, f, g);
a->%rdi, b->%rsi, c->%rdx, d->%rcx, e->%rax
g->8(%esp)
f->(%esp)
call H


易失寄存器:
%rax, %rcx, %rdx, %rsi, %rdi, %r8, %r9 为易失寄存器, 被调用者不必恢复它们的值。
显然,这里出现的寄存器大多用于参数传递了, 值被改掉也无妨。而 %rax, %rdx 常用于
数值计算, %rcx 常用于循环计数,它们的值是经常改变的。其它的寄存器为非易失的,也
就是 rbp, rbx, rsp, r10~r15 的值如果在汇编模块中被改变了,在退出该模块时,必须将
其恢复。

教训:
用汇编写模块, 然后与 c 整合, 一定要搞清楚编译器的行为, 特别是参数传递的方式. 此外, 我现在比较担心的一点是, 将来如果要把程序移植到 WIN/VC 环境怎么办? 以前我用cygwin的gcc来处理汇编模块, 用vc来处理c模块, 只需要很少改动. 现在的问题是, 如果VC用不同的参数传递方式, 那我不就麻烦了?

补充:
前面的参数 a, b, c, d 等, 都是整数, 长整数, 或指针, 也就是说, 能放到寄存器里头的. 如果你要传递一个很大的结构, 我估计编译器也只能通过栈来传递了.

环境为 AMD Athlon64, Mandrak linux 9.2, GCC3.3.1

 
对比上下两篇文章可知,gcc和vc在x64的函数调用方式完全不同,gcc和vc编译的模块想要互相调用貌似不太可能,除非其中的一种推出兼容模式

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