第5篇-调用Java方法后弹出栈帧及处理返回结果

2022-10-29 14:23:20

在前一篇第4篇-JVM终于开始调用Java主类的main()方法啦介绍了通过callq调用entry point，不过我们并没有看完generate_call_stub()函数的实现。接下来在generate_call_stub()函数中会处理调用Java方法后的返回值，同时还需要执行退栈操作，也就是将栈恢复到调用Java方法之前的状态。调用之前是什么状态呢？在第2篇-JVM虚拟机这样来调用Java主类的main()方法中介绍过，这个状态如下图所示。

generate_call_stub()函数接下来的代码实现如下：

// 保存方法调用结果依赖于结果类型，只要不是T_OBJECT, T_LONG, T_FLOAT or T_DOUBLE，都当做T_INT处理

// 将result地址的值拷贝到c_rarg0中，也就是将方法调用的结果保存在rdi寄存器中，注意result为函数返回值的地址

__ movptr(c_rarg0, result);     

Label is_long, is_float, is_double, exit;

// 将result_type地址的值拷贝到c_rarg1中，也就是将方法调用的结果返回的类型保存在esi寄存器中

__ movl(c_rarg1, result_type);  

// 根据结果类型的不同跳转到不同的处理分支

__ cmpl(c_rarg1, T_OBJECT);

__ jcc(Assembler::equal, is_long);

__ cmpl(c_rarg1, T_LONG);

__ jcc(Assembler::equal, is_long);

__ cmpl(c_rarg1, T_FLOAT);

__ jcc(Assembler::equal, is_float);

__ cmpl(c_rarg1, T_DOUBLE);

__ jcc(Assembler::equal, is_double);

// 当逻辑执行到这里时，处理的就是T_INT类型，

// 将rax中的值写入c_rarg0保存的地址指向的内存中

// 调用函数后如果返回值是int类型，则根据调用约定

// 会存储在eax中

__ movl(Address(c_rarg0, 0), rax); 

__ BIND(exit);

// 将rsp_after_call中保存的有效地址拷贝到rsp中，即将rsp往高地址方向移动了，

// 原来的方法调用实参argument 1、...、argument n，

// 相当于从栈中弹出，所以下面语句执行的是退栈操作

__ lea(rsp, rsp_after_call);  // lea指令将地址加载到寄存器中

这里我们要关注result和result_type，result在调用call_helper()函数时就会传递，也就是会指示call_helper()函数将调用Java方法后的返回值存储在哪里。对于类型为JavaValue的result来说，其实在调用之前就已经设置了返回类型，所以如上的result_type变量只需要从JavaValue中获取结果类型即可。例如，调用Java主类的main()方法时，在jni_CallStaticVoidMethod()函数和jni_invoke_static()函数中会设置返回类型为T_VOID，也就是main()方法返回void。

生成的汇编代码如下：

mov    -0x28(%rbp),%rdi  // 栈中的-0x28位置保存result

mov    -0x20(%rbp),%esi  // 栈中的-0x20位置保存result type

cmp    $0xc,%esi         // 是否为T_OBJECT类型

je     0x00007fdf450007f6

cmp    $0xb,%esi         // 是否为T_LONG类型

je     0x00007fdf450007f6

cmp    $0x6,%esi         // 是否为T_FLOAT类型

je     0x00007fdf450007fb

cmp    $0x7,%esi         // 是否为T_DOUBLE类型

je     0x00007fdf45000801

mov    %eax,(%rdi)       // 如果是T_INT类型，直接将返回结果%eax写到栈中-0x28(%rbp)的位置

// -- exit --

lea    -0x60(%rbp),%rsp  // 将rsp_after_call的有效地址拷到rsp中

为了让大家看清楚，我贴一下在调用Java方法之前的栈帧状态，如下：

由图可看到-0x60(%rbp)地址指向的位置，恰好不包括调用Java方法时压入的实际参数argument word 1 ... argument word n。所以现在rbp和rsp就是图中指向的位置了。

接下来恢复之前保存的caller-save寄存器，这也是调用约定的一部分，如下：

__ movptr(r15, r15_save);

__ movptr(r14, r14_save);

__ movptr(r13, r13_save);

__ movptr(r12, r12_save);

__ movptr(rbx, rbx_save);

__ ldmxcsr(mxcsr_save);

生成的汇编代码如下：

mov      -0x58(%rbp),%r15

mov      -0x50(%rbp),%r14

mov      -0x48(%rbp),%r13

mov      -0x40(%rbp),%r12

mov      -0x38(%rbp),%rbx

ldmxcsr  -0x60(%rbp)

在弹出了为调用Java方法保存的实际参数及恢复caller-save寄存器后，继续执行退栈操作，实现如下：

// restore rsp

__ addptr(rsp, -rsp_after_call_off * wordSize);

// return

__ pop(rbp);

__ ret(0);

生成的汇编代码如下：

// %rsp加上0x60，也就是执行退栈操作，也就相当于弹出了callee_save寄存器和压栈的那6个参数

add    $0x60,%rsp

pop    %rbp

// 方法返回，指令中的q表示64位操作数，就是指的栈中存储的return address是64位的

retq

记得在之前第3篇-CallStub新栈帧的创建时，通过如下的汇编完成了新栈帧的创建：

push   %rbp

mov    %rsp,%rbp

sub    $0x60,%rsp

现在要退出这个栈帧时要在%rsp指向的地址加上$0x60，同时恢复%rbp的指向。然后就是跳转到return address指向的指令继续执行了。

为了方便大家查看，我再次给出了之前使用到的图片，这个图是退栈之前的图片：

退栈之后如下图所示。

至于paramter size与thread则由JavaCalls::call_hlper()函数负责释放，这是C/C++调用约定的一部分。所以如果不看这2个参数，我们已经完全回到了本篇给出的第一张图表示的栈的样子。

上面这些图片大家应该不陌生才对，我们在一步步创建栈帧时都给出过，现在怎么创建的就会怎么退出。

之前介绍过，当Java方法返回int类型时（如果返回char、boolean、short等类型时统一转换为int类型），根据Java方法调用约定，这个返回的int值会存储到%rax中；如果返回对象，那么%rax中存储的就是这个对象的地址，那后面到底怎么区分是地址还是int值呢？答案是通过返回类型区分即可；如果返回非int，非对象类型的值呢？我们继续看generate_call_stub()函数的实现逻辑：

// handle return types different from T_INT

__ BIND(is_long);

__ movq(Address(c_rarg0, 0), rax);

__ jmp(exit);

__ BIND(is_float);

__ movflt(Address(c_rarg0, 0), xmm0);

__ jmp(exit);

__ BIND(is_double);

__ movdbl(Address(c_rarg0, 0), xmm0);

__ jmp(exit);

对应的汇编代码如下：

// -- is_long --

mov    %rax,(%rdi)

jmp    0x00007fdf450007d4

// -- is_float --

vmovss %xmm0,(%rdi)

jmp    0x00007fdf450007d4

// -- is_double --

vmovsd %xmm0,(%rdi)

jmp    0x00007fdf450007d4

当返回long类型时也存储到%rax中，因为Java的long类型是64位，我们分析的代码也是x86下64位的实现，所以%rax寄存器也是64位，能够容纳64位数；当返回为float或double时，存储到%xmm0中。

统合这一篇和前几篇文章，我们应该学习到C/C++的调用约定以及Java方法在解释执行下的调用约定（包括如何传递参数，如何接收返回值等），如果大家不明白，多读几遍文章就会有一个清晰的认识。

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