MSVC X64 函数中的 RSP, RBP 和 Calling Convention

2024-05-20 15:23:58

上一篇博文提到了 X64 下 MSVC 如何传递参数，但是没有涉及到当参数个数大于 4 的时候如何分配内存空间的问题，接下来我们来探究这个问题。

RSP 和 RBP

按照上面提到的博文，我们进行如下实验：

所有参数都是 struct Arg, 并且 sizeof(Arg) == 16。
实验中，参数的个数 k = 6, 7, 8，先观察汇编后 rsp 和 rbp 寄存器的变化。

实验：
1. k = 6

; 28   : void Call() {$LN3:
00000   40 55        push    rbp
00002   56       push    rsi
00003   57       push    rdi
00004   48 81 ec f0 03
00 00        sub     rsp, 1008      ; 000003f0H
0000b   48 8d 6c 24 30   lea     rbp, QWORD PTR [rsp+48]
00010   48 8b fc     mov     rdi, rsp

k = 7

; 28   : void Call() {
$LN3:00000   40 55        push    rbp00002   56       push    rsi00003   57       push    rdi00004   48 81 ec 60 0400 00        sub     rsp, 1120      ; 00000460H0000b   48 8d 6c 24 40   lea     rbp, QWORD PTR [rsp+64]00010   48 8b fc     mov     rdi, rsp

k = 8

; 28   : void CallFuck() {$LN3:00000   40 55        push    rbp00002   56       push    rsi00003   57       push    rdi00004   48 81 ec c0 0400 00        sub     rsp, 1216      ; 000004c0H0000b   48 8d 6c 24 40   lea rbp, QWORD PTR [rsp+64]

这里我们需要明确一点，就是 rbp 的意义和 rsp 的意义是什么。
rbp 是属于当前函数的栈空间基地址，rsp 是包含当前函数为被调用函数准备的栈空间的基地址。

这点可以在汇编代码中看出来。

我们可以看出，当 k=6 的时候，MSVC 利用 lea rbp, QWORD PTR [rsp+48] 使得 rbp == rsp + 48
k = 7, 8 时 rbp == rsp + 64
根据 X64 下的传参规则，当 sizeof(struct) 不为 8, 16, 32, 64 bits 时，将指向参数本体的指针放在对应的位置，因此，一个参数(这里指这个指针，64 bits = 8 bytes)在栈上所占用的内存应该为 M = 8 * (#arg - 4)。
所以， k = 6, M = 16; k = 7, M = 24; k = 8, M = 32; 再加上分配的 32 bytes 影子空间，那么应该是

k = 6, rbp == rsp + 48
k = 7, rbp == rsp + 56
k = 8, rbp == rsp + 64·

实际情况呢，k = 7 我们和编译器结果不一样，实际情况是 rbp == rsp + 64，原因在于

为这些聚合类型作为指针的传递 (包括__m128)，调用方分配的临时内存将是 16 字节对齐。

因此这些指针虽然单个大小是 8，所以在奇数个的时候为了对齐要额外增加 8 ！

Calling Convention

根据这个简单的调用约定，我们可以画出64位下函数调用时到底是个怎么样的内存结构。（时机应该是 call 指令执行完毕）

这张图片认真理解，就解决了所有调用时对于内存空间如何分配的疑问。

See also:

https://docs.microsoft.com/zh-cn/cpp/build/stack-allocation

本篇基于实验得出，除了某些叫法不同，和微软的官方文档是一致的。

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