鸿蒙内核源码分析(汇编传参篇) | 逐句分析汇编如何传递复杂参数? | 中文注解HarmonyOS源码 | v23.02
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汇编如何传复杂的参数?
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汇编基础篇中很详细的介绍了一段具有代表性很经典的汇编代码，有循环，有判断，有运算，有多级函数调用。但有一个问题没有涉及,就是很复杂的参数如何处理?
在实际开发过程中函数参数往往是很复杂的参数,(比如结构体)汇编怎么传递呢?
先看一段C语言及汇编代码,传递一个稍微复杂的参数来说明汇编传参的过程
#include //编译器: armv7-a gcc (9.2.1)
framePoint(reg):
sub sp, sp, #16 @申请栈空间
str fp, [sp, #-4]! @保护fp帧指针,等同于push {
fp}
add fp, sp, #0 @fp新值,同时也指向了栈顶
add ip, fp, #4 @定位到入栈口,让剩余参数依次入栈
stm ip, {
r0, r1, r2, r3}@r0-r3入栈保存
ldr r3, [fp, #4] @取值cpu.pc = 2
ldr r2, [fp, #404] @取值cpu.Rn[0] = 1
mul r3, r2, r3 @cpu.Rn[0] * cpu.pc
mov r0, r3 @返回值r0带回
add sp, fp, #0 @重置sp
ldr fp, [sp], #4 @重置fp
add sp, sp, #16 @归还栈空间
bx lr @跳回main函数
main:
push {
fp, lr} @入栈保存调用函数现场
add fp, sp, #4 @fp指向sp+4,即main栈帧的底部
sub sp, sp, #800 @分配800个线性地址,即main栈帧的顶部
mov r3, #1 @r3 = 1
str r3, [fp, #-408] @将1放置 fp-408处,即:cpu.Rn[0]处
mov r3, #2 @r3 = 2
str r3, [fp, #-8] @将2放置 fp-8处,即:cpu.pc
mov r0, sp @r0 = sp
sub r3, fp, #392 @r3 = fp - 392
mov r2, #388 @只拷贝388,剩下4个由寄存器传参
mov r1, r3 @保存由r1保存r3,用于memcpy
bl memcpy @拷贝结构体部分内容,将r1的内容拷贝r2的数量到r0
sub r3, fp, #408 @定位到结构体剩余未拷贝处
ldm r3, {
r0, r1, r2, r3} @将剩余结构体内容通过寄存器传参
bl framePoint(reg) @执行framePoint
mov r3, r0 @返回值给r3
nop @用于程序指令的对齐
mov r0, r3 @再将返回值给r0
sub sp, fp, #4 @恢复SP值
pop {
fp, lr} @出栈恢复调用函数现场
bx lr @跳回调用函数
两个函数对应两段汇编,干净利落,去除中间各项干扰,只有一个结构体reg,以下详细讲解如何传递它,以及它在栈中的数据变化是怎样的?
入参方式
结构体中共101个栈空间(一个栈空间单位四个字节),对应就是404个线性地址.
main上来就申请了 sub sp, sp, #800 @申请800个线性地址给main,即 200个栈空间
int main()
{
reg cpu;
cpu.Rn[0] = 1;
cpu.pc = 2;
return framePoint(cpu);
}
但main函数只有一个变量,只需101个栈空间,其他都算上也用不了200个.为什么要这么做呢?
而且注意下里面的数字 388, 408, 392 这些都是什么意思?
看完main汇编能得到一个结论是 200个栈空间中除了存放了main函数本身的变量外 ,还存放了要传递给framePoint函数的部分参数值,存放了多少个?答案是 388/4 = 97个. 注意变量没有共用,而是拷贝了一部份出来.如何拷贝的?继续看
memcpy汇编调用
mov r0, sp @r0 = sp
sub r3, fp, #392 @r3 = fp - 392
mov r2, #388 @只拷贝388,剩下4个由寄存器传参
mov r1, r3 @保存由r1保存r3,用于memcpy
bl memcpy @拷贝结构体部分内容,将r1的内容拷贝r2的数量到r0
sub r3, fp, #408 @定位到结构体剩余未拷贝处
ldm r3, {
r0, r1, r2, r3} @将剩余结构体内容通过寄存器传参
看这段汇编拷贝,意思是从r1开始位置拷贝r2数量的数据到r0的位置,注意只拷贝了 388个,也就是 388/4 = 97个栈空间.剩余的4个通过寄存器传的参数.ldm代表从fp-408的位置将内存地址的值连续的给r0 - r3寄存器,即位置(fp-396,fp-400,fp-404,fp-408)的值.
执行下来的结果就是
r3 = fp-408的值
r2 = fp-404的值
r1 = fp-400的值
r0 = fp-396的值
逐句分析 framePoint
framePoint(reg):
sub sp, sp, #16 @申请栈空间
str fp, [sp, #-4]! @保护fp帧指针,等同于push {
fp}
add fp, sp, #0 @fp新值,同时也指向了栈顶
add ip, fp, #4 @定位到入栈口,让剩余参数依次入栈
stm ip, {
r0, r1, r2, r3}@r0-r3入栈保存
ldr r3, [fp, #4] @取值cpu.pc = 2
ldr r2, [fp, #404] @取值cpu.Rn[0] = 1
mul r3, r2, r3 @cpu.Rn[0] * cpu.pc
mov r0, r3 @返回值r0带回
add sp, fp, #0 @重置sp
ldr fp, [sp], #4 @重置fp
add sp, sp, #16 @归还栈空间
bx lr @跳回main函数
framePoint申请了4个栈空间目的是用来存放四个寄存器值的,以上汇编代码逐句分析.
第一句: sub sp, sp, #16 @申请栈空间,用来存放r0-r3四个参数
第二句: str fp, [sp, #-4]! @保护main的fp,等同于push {
fp},为什么这里要把main函数的fp放到 [sp, #-4]! 位置,注意 !号,表示SP的位置要变动,因为这里必须要保证参数的连续性.
第三句: add fp, sp, #0 @指定framePoint的栈帧位置,同时指向了栈顶 SP
第四句: add ip, fp, #4 @很关键,用了ip寄存器,因为此时 fp sp 都已经确定了,但别忘了 r0 - r3 还没有入栈呢.从哪个位置入栈呢, fp+4位置,因为 main函数的栈帧已经入栈了,在已经fp的位置.中间隔了四个空位,就是给 r0-r3留的.
第五句: stm ip, {
r0, r1, r2, r3}@r0-r3入栈,填满了剩下的四个空位.
第六句: ldr r3, [fp, #4] @取的就是cpu.pc = 2的值,因为上一句就是从这里依次入栈的,最后一个当然就是cpu.pc了.
第七句: ldr r2, [fp, #404] @取值cpu.Rn[0] = 1,其实这一句已经是跳到了main函数的栈帧取值了,所以看明白了没有,并不是在传统意义上理解的在framePoint的栈帧中取值.
第八句: mul r3, r2, r3 @cpu.Rn[0] * cpu.pc 做乘法运算
第九句: mov r0, r3 @返回值r0保存运算结构, 目的是return
第十句: add sp, fp, #0 @重置sp,其实这一句可以优化掉,因为此时sp = fp
第十一句: ldr fp, [sp], #4 @恢复fp,等同于pop {
fp},因为函数运行完了,需要回到main函数了,所以要拿到main的栈帧
第十二句: add sp, sp, #16 @归还栈空间,等于把四个入参抹掉了.
最后一句: bx lr @跳回main函数,如此 fp 和 lr 寄存器中保存的都是 main函数的信息,就可以安全着陆了.
总结
因为寄存器数量有限,所以只能通过这种方式来传递大的参数,想想也只能在main函数栈中保存大部分参数,同时又必须确保数据的连续性,好像也只能用这种办法了,一部分通过寄存器传,一部分通过拷贝的方式倒是挺有意思的.
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