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环境及代码介绍
- 环境和源码
由于有时候要透彻的理解C里面的一些细节问题，所有有必要看看汇编，首先这一切的开始就是从汇编代码进入C的main函数过程。这里不使用编译器自动生成的这部分汇编代码，因为编译器自动生成的代码会涉及环境变量的传递，参数的传递等等一系列问题。以ARM汇编来进行分析。使用一个启动汇编文件和一个main.c的文件,在ARM 2440板子上调试这段程序，使用JLinkExe借助jlink来调试:
init.s:
.text
.global _start
_start:
ldr sp,=4096 @设置堆栈指针以便调用C函数
bl main
loop:
b loop
main.c:
void main(void)
{
}
为什么main函数没有使用 int main(int argc,char **argv) 这种形式？因为我这里是使用的自己写的启动汇编文件，由它来完成从汇编到C代码的进入。
- 寄存器介绍
ARM在任何一种模式下，都可以访问16个通用寄存器（R0-R15）和1-2个状态寄存器(CPSR,SPSR),只是有些寄存器是每种模式下都共用的（R0-R7），另外一些是同名但是使用的是不同硬件单元(其他，每种模式下有所不同)。这里的寄存器有些有特定用途:
R15--PC：程序计数器，指向要取指的那条指令
R14--LR：链接寄存器，保存发生跳转时，下一条指令的地址，方便使用BL跳回
R13--SP：堆栈指针
R12--IP：暂存SP值
R11--FP: 保存堆栈frame的地址
后面的IP, FP可能需要结合实际代码来理解。
另外，编译器在处理C程序的时候，R0通常用作传递返回值，R1-R4用来传递函数参数。
稍微解释下这段汇编代码的 ldr sp,= ，为什么设置为4096？有2个原因：
1.我这里使用的是nand启动，代码在内部4K SRAM里面执行。
2.ARM压栈时采用的是满递减堆栈。
我觉得更准确的讲是由编译器决定的，其实ARM指令里面有各种类型的堆栈操作指令而不是单单的满递减。满递减就是指堆栈的增长方向向下，堆栈指针指向堆栈的顶端。如果是空递减，它会指向堆栈顶端的下一个地址，这个地址未存放有效堆栈数据。其实这里sp = 4096这个内存地址是无法访问的，4K最大的地址是4096-4，因此进行数据压栈时，要先调整堆栈指针，然后再压入数据，这也是所有满类型堆栈要遵循的原则。
- 反汇编分析压栈出栈
使用 arm-linux-objdump -DS main.elf > dump 进行反汇编
<_start>:
.text
.global _start
_start:
ldr sp,=
: e3a0da01 mov sp, # ; 0x1000
bl main
: eb000000 bl c <main> <loop>:
loop:
b loop
: eafffffe b <loop> 0000000c <main>:
void main(void)
{
c: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
: e28db000 add fp, sp, #
}
: e28bd000 add sp, fp, #
: e8bd0800 pop {fp}
1c: e12fff1e bx lr
可以看到进入C函数第一步就是压栈操作，出C函数里面出栈操作，然后跳转返回。关于push,pop ARM官方的文档给出的说明:
PUSH is a synonym for STMDB sp!, reglist and POP is a synonym for LDMIA sp! reglist. PUSH and POP are the preferred mnemonics in these cases.
仅仅是个别名而已，并且是针对sp寄存器进行操作。
由于我这里的main过于简单，所有并看不出说明名堂，在main中增加点东西:
int main(void)
{
int a;
a = ; return ;
}
继续反汇编,只关注main:
0000000c <main>:
int main(void)
{
c: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
: e28db000 add fp, sp, #
: e24dd00c sub sp, sp, #
int a;
a = ;
: e3a03003 mov r3, #
1c: e50b3008 str r3, [fp, #-] return ;
: e3a03000 mov r3, #
}
: e1a00003 mov r0, r3
: e28bd000 add sp, fp, #
2c: e8bd0800 pop {fp}
: e12fff1e bx lr
可以看到有一对互为逆向操作的指令组合 push {fp}； add fp, sp, #0 <-------> add sp, fp, #；pop {fp}，在这对组合指令之间的代码是不会去修改fp的值的，这样就实现了恢复调用前fp sp的值，而在它们之间的指令是通过修改sp来访问堆栈。但是这里有个问题，此处我仅定义了一个int型变量，为何堆栈向下偏移了12个字节？按道理sp-4即可。未找到原因，虽然对于堆栈，Procedure Call Standard for the ARM Architecture，要求遵守几个约定，比如堆栈指针必须是4字节对齐，此外，对于public interface即全局的接口，要求sp 8字节对齐。这里我的main算是个public interface，因此8字节对齐必须遵守，但是sp-4也是8字节对齐啊，搞不清为什么-12。增加局部变量可以很明细看出8字节对齐的约定。
- 传参
int foo(int a, int b, int c, int d)
{
int A,B,C,D;
A = a;
B = b;
C = c;
D = d; return ;
}
void main(void)
{
int a;
a = foo(,,,);
}
反汇编:
<_start>:
.text
.global _start
_start:
ldr sp,=
: e3a0da01 mov sp, # ; 0x1000
bl main
: eb000014 bl 5c <main> <loop>:
loop:
b loop
: eafffffe b <loop> 0000000c <foo>:
int foo(int a, int b, int c, int d)
{
c: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
: e28db000 add fp, sp, #
: e24dd024 sub sp, sp, # ; 0x24
: e50b0018 str r0, [fp, #-]
1c: e50b101c str r1, [fp, #-]
: e50b2020 str r2, [fp, #-]
: e50b3024 str r3, [fp, #-] ; 0x24
int A,B,C,D;
A = a;
: e51b3018 ldr r3, [fp, #-]
2c: e50b3014 str r3, [fp, #-]
B = b;
: e51b301c ldr r3, [fp, #-]
: e50b3010 str r3, [fp, #-]
C = c;
: e51b3020 ldr r3, [fp, #-]
3c: e50b300c str r3, [fp, #-]
D = d;
: e51b3024 ldr r3, [fp, #-] ; 0x24
: e50b3008 str r3, [fp, #-] return ;
: e3a03000 mov r3, #
}
4c: e1a00003 mov r0, r3
: e28bd000 add sp, fp, #
: e8bd0800 pop {fp}
: e12fff1e bx lr 0000005c <main>:
void main(void)
{
5c: e92d4800 push {fp, lr}
: e28db004 add fp, sp, #
: e24dd008 sub sp, sp, #
int a;
a = foo(,,,);
: e3a00001 mov r0, #
6c: e3a01002 mov r1, #
: e3a02003 mov r2, #
: e3a03004 mov r3, #
: ebffffe3 bl c <foo>
7c: e1a03000 mov r3, r0
: e50b3008 str r3, [fp, #-]
}
: e24bd004 sub sp, fp, #
: e8bd4800 pop {fp, lr}
8c: e12fff1e bx lr
可以看到参数通过R0-R3寄存器传递过去，函数里面将寄存器值压栈，要用时从栈里面取出值即可。当寄存器不够用时，总共超过4个字长度，就会通过堆栈传递了：
void main(void)
{
: e92d4800 push {fp, lr}
: e28db004 add fp, sp, #c: e24dd010 sub sp, sp, #
int a;
a = foo(,,,,);
: e3a03005 mov r3, #
: e58d3000 str r3, [sp] @通过堆栈传递多出来的参数
: e3a00001 mov r0, #c: e3a01002 mov r1, #
: e3a02003 mov r2, #
: e3a03004 mov r3, #
: ebffffdf bl c <foo>
8c: e1a03000 mov r3, r0
: e50b3008 str r3, [fp, #-]
}
: e24bd004 sub sp, fp, #
: e8bd4800 pop {fp, lr}
9c: e12fff1e bx lr
返回值好像也是通过寄存器或者堆栈传递。