面试题：Go函数调用中汇编如何处理栈帧与参数传递

Question

在Go语言函数调用场景下，使用汇编语言分析栈帧的创建、参数传递以及函数返回值的处理过程。详细说明如何通过汇编指令来完成这些操作，并且指出在不同架构（如x86 - 64和ARM）下可能存在的差异。

Answer 1

栈帧创建

1. Go语言函数调用栈帧创建基础：
   • 在Go语言函数调用时，栈帧创建主要涉及到为函数局部变量、参数等分配空间。
   • 栈是从高地址向低地址增长。
2. x86 - 64架构：
   • 当一个函数被调用时，call指令会将返回地址压入栈中。例如：

   call target_function
   

   • 函数开始时，通常会使用push %rbp指令将当前栈基指针rbp压入栈，保存调用者的栈帧信息。然后mov %rsp, %rbp，将当前栈顶指针rsp赋值给rbp，作为新的栈基指针，这样就确定了新函数的栈帧范围。例如：

   push %rbp
   mov %rsp, %rbp
   sub $N, %rsp  ; N为局部变量和其他需要的空间大小，为局部变量分配空间
   

3. ARM架构：
   • 在ARM架构中，函数调用使用bl（branch with link）指令来调用函数并保存返回地址到lr（链接寄存器）。例如：

   bl target_function
   

   • 函数开始时，一般通过stp x29, x30, [sp, #-16]!指令保存栈基指针x29（类似x86 - 64的rbp）和返回地址x30（类似x86 - 64中保存返回地址的栈位置），并更新栈指针。然后add x29, sp, 0将栈指针赋值给栈基指针x29。例如：

   stp x29, x30, [sp, #-16]!
   add x29, sp, 0
   sub sp, sp, #M  ; M为局部变量和其他需要的空间大小，为局部变量分配空间
   

参数传递

1. x86 - 64架构：
   • 前6个整数或指针类型参数通过寄存器rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9传递，超过6个的参数从栈上传递。例如，对于一个有3个参数的函数调用：

   mov $param1, %rdi
   mov $param2, %rsi
   mov $param3, %rdx
   call target_function
   

2. ARM架构：
   • 前8个通用寄存器x0 - x7用于传递参数。例如，对于一个有3个参数的函数调用：

   mov x0, $param1
   mov x1, $param2
   mov x2, $param3
   bl target_function
   

函数返回值处理

1. x86 - 64架构：
   • 函数返回值通常放在rax寄存器中（对于整数和指针类型）。例如，函数执行结束时：

   mov result, %rax  ; 将返回值放到rax寄存器
   leave  ; 相当于mov %rbp, %rsp; pop %rbp，恢复调用者栈帧
   ret  ; 返回，将栈顶的返回地址弹出到指令指针寄存器rip
   

2. ARM架构：
   • 函数返回值通常放在x0寄存器中（对于整数和指针类型）。例如：

   mov x0, result  ; 将返回值放到x0寄存器
   ldp x29, x30, [sp], #16  ; 恢复栈基指针和返回地址
   ret  ; 返回，将链接寄存器lr中的值赋给程序计数器pc
   

不同架构差异总结

1. 寄存器使用差异：
   • x86 - 64使用rdi - r9等寄存器传递参数，rax传递返回值；ARM使用x0 - x7传递参数，x0传递返回值。
   • x86 - 64使用rbp作为栈基指针，ARM使用x29作为栈基指针。
2. 指令集差异：
   • x86 - 64使用call、ret等指令进行函数调用和返回；ARM使用bl、ret指令。
   • 栈操作指令不同，如x86 - 64使用push、pop，ARM使用stp、ldp等。
3. 栈帧布局差异：
   • x86 - 64和ARM虽然都为局部变量在栈上分配空间，但具体指令和分配方式有所不同，如ARM通过sub sp, sp, #M，x86 - 64通过sub $N, %rsp 。