Question

我试图理解链接寄存器和帧指针在ARM中是如何工作的。我去过几个网站，我想证实我的理解。

假设我有以下代码：

int foo(void)
{
    // ..
    bar();
    // (A)
    // ..
}

int bar(void)
{
    // (B)
    int b1;
    // ..
    // (C)
    baz();
    // (D)
}

int baz(void)
{
    // (E)
    int a;
    int b;
    // (F)
}

我打电话给foo（）。链接寄存器是否包含点（A）处代码的地址，帧指针是否包含代码（B）处的地址？在声明了所有本地语之后，堆栈指针可以是bar（）内的任何位置吗？

[edit]添加了另一个函数调用baz（）

Answer 1

某些寄存器调用约定依赖于ABI（应用程序二进制接口）。 APCS 标准中需要FP，而较新的 AAPCS （2003）则不需要FP。对于 AAPCS （GCC 5.0+），static不会使用，但肯定可以;调试信息使用堆栈和帧指针进行注释，用于堆栈跟踪和使用 AAPCS 展开代码。如果函数是lr，则编译器实际上不必遵守任何约定。

通常所有ARM寄存器都是通用。 pc（链接寄存器，也是R14）和lr（程序计数器也是R15）是特殊的，并且在指令集中包含。你是正确的pc指向 A 。 lr和sp是相关的。一个是“你在哪里”，另一个是“你在哪里”。它们是函数的代码方面。

通常，我们有fp（堆栈指针，R13）和foo()（frame pointer，R11）。这两者也有关系。这个 Microsoft layout做得很好。堆栈用于在您的函数中存储临时数据或 locals 。 bar()和fp中的任何变量都存储在此处，位于堆栈或可用寄存器中。 lr跟踪从函数到函数的变量。它是该功能的堆栈上的帧或图片窗口。 ABI 定义了此框架的布局。通常，fp和其他寄存器由编译器保存在幕后，以及main()的先前值。这会生成堆栈帧的链接列表，如果需要，您可以将其追溯到fp。 root 是struct，它指向一个堆栈帧（如struct），fp中的一个变量是前一个fp。您可以查看列表，直至最终NULL，通常为sp。

所以fp是堆栈的位置，pc是堆栈的位置，很像lr和lr。每个旧fp（链接寄存器）都存储在旧sp（帧指针）中。 fp和pc是函数的数据方面。

您的观点 B 是有效sp和fp。点 A 实际上是lr和fp;除非你调用另一个函数，然后编译器可能已准备好设置; Prologue - setup mov ip, sp ; get a copy of sp. stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc} ; Save the frame on the stack. ^{See Addendum} sub fp, ip, #4 ; Set the new frame pointer. ... ; Maybe other functions called here. ; Older caller return lr stored in stack frame. bl baz ... ; Epilogue - return ldm sp, {fp, sp, lr} ; restore stack, frame pointer and old link. ... ; maybe more stuff here. bx lr ; return.以指向 B 中的数据。

以下是一些ARM汇编程序，可能会演示这一切是如何工作的。这将根据编译器的优化方式而有所不同，但它应该给出一个想法，

lr

这就是foo()的样子。如果您不调用bar()，则编译器会执行叶优化，而不需要保存框架;只需要bx lr。最有可能的原因可能是您对Web示例感到困惑。它并不总是一样的。

外卖应该是，

pc和lr是相关的代码寄存器。一个是“你在哪里”，另一个是“你在哪里”。
sp和fp是相关的本地数据寄存器。
一个是“本地数据在哪里”，另一个是“最后一个本地数据在哪里” ”
与parameter passing一起工作以创建功能机器。
很难描述一般情况，因为我们希望编译器尽可能快速，因此他们会尽可能地使用它们。

这些概念对所有CPU和编译语言都是通用的，但细节可能有所不同。使用链接寄存器，帧指针是function prologue和结尾的一部分，如果您了解了所有内容，就会知道堆栈是如何溢出的适用于ARM。

另请参阅：ARM calling convention MSDN ARM stack article
University of Cambridge APCS overview
ARM stack trace blog
Apple ABI link

基本框架布局是，

fp [-0]已保存pc，我们存储了此框架。
fp [-1]保存lr，此函数的返回地址。
fp [-2]之前的sp，此函数吃堆栈之前。
fp [-3]之前的fp，最后一个堆栈框架。
许多可选寄存器......

ABI 可能会使用其他值，但上述内容对于大多数设置都是典型的。

附录：这不是汇编程序中的错误;这是正常的。 ARM generated prologs问题中有一个解释。

Answer 2

免责声明：我认为这是大致正确的；请根据需要进行更正。

如本问答中其他地方所示，请注意，可能不需要编译器生成使用帧指针的（ABI）代码。调用堆栈中的帧通常可能需要将无用的信息放在那里。

如果编译器选项要求“无帧”（伪选项标志），则编译器可以生成较小的代码，从而使调用堆栈数据较小。调用函数被编译为仅将所需的调用信息存储在堆栈中，而被调用函数被编译为仅从堆栈中弹出所需的调用信息。

这节省了执行时间和堆栈空间-但使调用代码中的向后跟踪变得异常困难（我放弃了尝试...）

有关堆栈上调用信息的大小和形状的信息仅由编译器知道，并且该信息在编译后被丢弃。

ARM：链接寄存器和帧指针

2 个答案: