Question

我已经编写了一个函数来计算C字符串的长度（我试图使用-O3来击败clang的优化器）。我正在运行macOS。

_string_length1:
    push rbp
    mov rbp, rsp
    xor rax, rax
.body:
    cmp byte [rdi], 0
    je .exit
    inc rdi
    inc rax
    jmp .body
.exit:
    pop rbp
    ret

这是我想要击败的C函数：

size_t string_length2(const char *str) {
  size_t ret = 0;
  while (str[ret]) {
    ret++;
  }
  return ret;
}

它反汇编：

string_length2:
    push rbp
    mov rbp, rsp
    mov rax, -1
LBB0_1:
    cmp byte ptr [rdi + rax + 1], 0
    lea rax, [rax + 1]
    jne LBB0_1
    pop rbp
    ret

每个C函数使用push rbp和mov rbp, rsp设置堆栈帧，并使用pop rbp将其分解。但我在这里没有以任何方式使用堆栈，我只使用处理器寄存器。它在不使用堆栈框架的情况下工作（当我在x86-64上测试时），但它是否有必要？

Answer 1

不，至少在理论上，并不总是需要堆栈帧。在某些情况下，优化编译器可能会避免使用call stack。值得注意的是，当它能够inline一个被调用的函数（在某个特定的调用站点中），或者当编译器成功检测到tail call（它重用了调用者的帧）时。

阅读平台的ABI以了解与堆栈相关的要求。

您可以尝试使用链接时优化来编译您的程序（例如，编译并与gcc -flto -O2链接）以获得更多优化。

原则上，可以想象编译器足够聪明（对于某些程序）避免使用任何调用堆栈。

BTW，我刚刚在long fact(int n)（即-O3）用GCC 7.1（在Debian / Sid / x86-64上）编译了一个朴素的递归gcc -fverbose-asm -S -O3 fact.c阶乘函数。生成的汇编代码fact.s包含 no call机器指令。

Answer 2

每个C函数都使用...
设置堆栈帧

这适用于您的编译器，而不是一般情况。可以在不使用堆栈的情况下编译C程序 - 例如，参见方法CPS，继续传递样式。市场上可能没有C编译器这样做，但重要的是要知道除了堆栈评估之外还有其他方法来执行程序。

ISO 9899标准没有说明堆栈。它使编译器实现可以自由选择他们认为最好的评估方法。

x86-64上C中的所有函数都需要堆栈帧吗？

2 个答案: