为什么在使用返回值时将 0 移到堆栈中？答案

【问题标题】：Why is 0 moved to stack when using return value?为什么在使用返回值时将 0 移到堆栈中？
【发布时间】：2015-09-17 22:20:18
【问题描述】：

我正在尝试反汇编简单 C 程序的 clang 二进制文件（使用 -O0 编译），我对生成的特定指令感到困惑。

这里有两个带有标准参数的空 main 函数，其中一个返回值，另一个不返回：

// return_void.c
void main(int argc, char** argv)
{
}

// return_0.c
int main(int argc, char** argv)
{
    return 0;
}

现在，当我分解它们的程序集时，它们看起来相当不同，但有一行我不明白：

return_void.bin:
(__TEXT,__text) section
_main:
0000000000000000    pushq   %rbp
0000000000000001    movq    %rsp, %rbp
0000000000000004    movl    %edi, -0x4(%rbp)
0000000000000007    movq    %rsi, -0x10(%rbp)
000000000000000b    popq    %rbp
000000000000000c    retq

return_0.bin:
(__TEXT,__text) section
_main:
0000000100000f80    pushq   %rbp                
0000000100000f81    movq    %rsp, %rbp          
0000000100000f84    xorl    %eax, %eax          # We return with EAX, so we clean it to return 0
0000000100000f86    movl    $0x0, -0x4(%rbp)    # What does this mean?
0000000100000f8d    movl    %edi, -0x8(%rbp)
0000000100000f90    movq    %rsi, -0x10(%rbp)
0000000100000f94    popq    %rbp
0000000100000f95    retq

只有在我使用函数时才会生成不是void，所以我认为它可能是另一种返回0的方式，但是当我更改返回的常量时，这一行根本没有改变：

// return_1.c
int main(int argc, char** argv)
{
    return 1;
}

empty_return_1.bin:
(__TEXT,__text) section
_main:
0000000100000f80    pushq   %rbp
0000000100000f81    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f84    movl    $0x1, %eax           # Return value modified
0000000100000f89    movl    $0x0, -0x4(%rbp)    # This value is not modified
0000000100000f90    movl    %edi, -0x8(%rbp)
0000000100000f93    movq    %rsi, -0x10(%rbp)
0000000100000f97    popq    %rbp
0000000100000f98    retq

为什么会生成这条线，它的目的是什么？

【问题讨论】：

您是否使用普通函数（即不称为 main 的函数）对此进行了测试？
main 没有int 返回类型违反了托管环境的标准。不要期望任何特定的行为。
你禁止 clang 删除无用的代码（-O0）。为什么要询问程序集中的奇怪代码？

标签： c assembly clang disassembly calling-convention

【解决方案1】：

movl   $0x0,-0x4(%rbp)

该指令将0 存储在%rbp - 4。似乎clang为main的隐式返回值分配了一个隐藏的局部变量。

来自 clang 邮件列表：

是的。我们分配一个隐式局部变量来保存返回值； return 语句然后只需初始化返回槽并跳转到尾声，其中插槽被加载并返回。我们不使用 phi 因为到达结尾的控制流程不是由于本地清理，必须像简单的分支一样简单作用域（如 C++ 析构函数）。

隐式返回值（如 main 的）由隐式存储处理在序言中。

来源：http://lists.cs.uiuc.edu/pipermail/cfe-dev/2012-February/019767.html

【讨论】：

eax 确实有返回值，不知道你是从哪里想到将它存储在堆栈中的，尤其是在被调用者的框架中，该框架将被时间销毁调用者获得控制权来检查返回值。您似乎是将它与返回 address 混淆的人。
除了对于任何系统来说这都是 32 位 ABI 而 OP 显然使用 64 位系统，返回值是存储在 EAX/RAX 中。你搞混了:)，也许名字叫Return address，OP问题确实是个好问题。
你们都对，我不抱歉我犯了一个错误我正在更新答案。谢谢
@Giuseppe Pes：在 x86 平台上，随着堆栈的增长，堆栈指针向下移动（到较低的内存地址）。这意味着返回地址始终存储在函数开始时与rsp 值的正偏移处。 -0x4(%rbp) 在这种情况下不可能是返回地址。
很高兴您尝试改进您的答案，但事实是它不相关。 OP 清楚地知道堆栈和函数调用是如何工作的，它只是想知道（就像我一样）为什么会有一个带有 0 的移动。如果你知道答案，我认为最好删除它并写一个新的:)

【解决方案2】：

根据标准（对于托管环境），需要5.1.2.2.1、main 才能返回int 结果。因此，如果违反此规定，请不要指望已定义的行为。

此外，main 实际上_不需要显式返回0；如果它到达函数的末尾，则隐式返回 this。（注意这仅适用于main，它也没有原型。

【讨论】：

这与问题有什么关系？
@FUZxxl：在讨论生成的代码时，main 的签名不符合标准与讨论该代码的问题无关？
啊，是的，我错过了 OP 使用的虚假返回类型。

【解决方案3】：

clang 正在堆栈上为参数（寄存器edi 和rsi）腾出空间，并且出于某种原因也将值 0 放入堆栈。我假设 clang 将您的代码编译为这样的 SSA 表示：

int main(int argc, char** argv)
{
    int a;

    a = 0;
    return a;
}

这可以解释为什么要分配堆栈槽。如果 clang 也进行持续传播，这可以解释为什么 eax 被清零而不是从 -4(%rbp) 加载。一般来说，不要过多考虑 未优化 程序集中的可疑结构。毕竟，你禁止编译器删除无用的代码。

【讨论】：

【解决方案4】：

以下代码揭示了该区域的用途

int main(int argc, char** argv)
{
    if (rand() == 42)
      return 1;

    printf("Helo World!\n");
    return 0;
}

一开始就是这样

movl    $0, -4(%rbp)

那么提前返回如下所示

callq   rand
cmpl    $42, %eax
jne .LBB0_2
movl    $1, -4(%rbp)
jmp .LBB0_3

最后还是这样

.LBB0_3:
movl    -4(%rbp), %eax
addq    $32, %rsp
popq    %rbp
retq

所以，这个区域确实是用来存储函数返回值的。它似乎不是非常必要，也没有在优化代码中使用，但在-O0 模式下它就是这样工作的。

【讨论】：