堆栈分配，填充和对齐

Question

我一直在努力深入了解编译器如何生成机器代码，更具体地说是GCC如何处理堆栈。在这样做的过程中，我一直在编写简单的C程序，将它们编译成汇编并尽力理解结果。这是一个简单的程序及其生成的输出：

asmtest.c：

void main() {
    char buffer[5];
}

asmtest.s：

pushl   %ebp
movl    %esp, %ebp
subl    $24, %esp
leave
ret

让我感到困惑的是为什么要为堆栈分配24个字节。我知道由于处理器如何寻址内存，堆栈必须以4为增量进行分配，但如果是这种情况，我们应该只将堆栈指针移动8个字节而不是24个。作为参考，缓冲区为17 bytes产生一个移动40个字节的堆栈指针，并且根本没有缓冲区移动堆栈指针8. 1到16个字节之间的缓冲区移动ESP 24个字节。

现在假设8个字节是必要的常量（它需要什么？），这意味着我们分配16个字节的块。为什么编译器会以这种方式对齐？我正在使用x86_64处理器，但即使是64位字也只需要8字节对齐。为什么会出现这种差异？

作为参考我正在使用gcc 4.0.1运行10.5的Mac上进行编译，并且没有启用优化。

Answer 1

这是由-mpreferred-stack-boundary=n控制的gcc功能，编译器会尝试将堆栈中的项目与2^n对齐。如果您将n更改为2，则它只会在堆栈上分配8个字节。 n的默认值为4，即它会尝试与16字节边界对齐。

为什么存在“默认”8个字节然后24 = 8 + 16个字节是因为堆栈已经包含leave和ret的8个字节，因此编译后的代码必须首先调整堆栈8个字节使其与2 ^ 4 = 16对齐。

Answer 2

SSEx系列指令要求打包128位向量以对齐16个字节 - 否则会出现尝试加载/存储它们的段错误。即如果你想安全地传递16字节向量以便在堆栈上使用SSE，那么堆栈需要始终保持与16的对齐。默认情况下，GCC会对此进行说明。

Answer 3

我找到了this site，它在页面底部有一些关于堆栈可能更大的原因。将概念扩展到64位机器，它可以解释您所看到的内容。

Answer 4

LWN have an article on memory alignment，你可能会感兴趣。

Answer 5

Mac OS X / Darwin x86 ABI需要16字节的堆栈对齐。在其他x86平台上情况并非如此，例如Linux，Win32，FreeBSD ......

Answer 6

存在8个字节，因为第一条指令在堆栈上推送％ebp的起始值（假设为64位）。