System V amd64 如何处理很长的返回值？

Question

我正在简要研究用于 amd64 / x86-64 架构的 System V ABI，我很好奇它如何处理超过 128 位的返回值，其中 rax 和 rdx 还不够。

我在 Ubuntu 18.04 64 位（更一般地说，任何兼容 amd64 POSIX 的系统）上编写了以下 C 代码：

struct big {
    long long a, b, c, d;
};

struct big bigfunc(void) {
    struct big r = {12, 34, 56, 78};
    return r;
}

编译为gcc -S -masm=intel t.c，检查t.s：

        .file   "t.c"
        .intel_syntax noprefix
        .text
        .globl  bigfunc
        .type   bigfunc, @function
bigfunc:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        mov     QWORD PTR -40[rsp], rdi
        mov     QWORD PTR -32[rsp], 12
        mov     QWORD PTR -24[rsp], 34
        mov     QWORD PTR -16[rsp], 56
        mov     QWORD PTR -8[rsp], 78
        mov     rcx, QWORD PTR -40[rsp]
        mov     rax, QWORD PTR -32[rsp]
        mov     rdx, QWORD PTR -24[rsp]
        mov     QWORD PTR [rcx], rax
        mov     QWORD PTR 8[rcx], rdx
        mov     rax, QWORD PTR -16[rsp]
        mov     rdx, QWORD PTR -8[rsp]
        mov     QWORD PTR 16[rcx], rax
        mov     QWORD PTR 24[rcx], rdx
        mov     rax, QWORD PTR -40[rsp]
        ret
        .cfi_endproc
.LFE0:
        .size   bigfunc, .-bigfunc
        .ident  "GCC: (Ubuntu 7.3.0-27ubuntu1~18.04) 7.3.0"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

毫不奇怪，结构定义没有编译成任何指令，所以输出只包含函数bigfunc。输出程序集看起来非常简单，从堆栈中为 struct big r 分配内存并分配初始值，然后返回它。

如果我理解正确，在执行ret 之前，寄存器rax 在函数调用的开头包含rdi 的值（来自QWORD PTR -40[rbp]）。根据 SysV，rdi 是提供给函数的第一个参数，这是不可能的，因为函数不接受任何参数。所以我在这里有几个问题：

1. 当函数 bigfunc 不带参数时，rdi 是什么？
2. 什么是rax（作为包含返回值的寄存器），当rdx在这个函数中没有被触及？
3. 函数如何返回这个 256 位 C 结构？

Answer 1

根据ABI(1)，第22页

如果类型有 MEMORY 类，则调用者为返回提供空间 值并在 %rdi 中传递此存储的地址，就好像它是第一个一样 函数的参数。实际上，这个地址变成了“隐藏”的第一个地址 牙龈。此存储不得与被调用方可见的任何数据重叠 此参数以外的其他名称。 返回时 %rax 将包含由 %rdi 中的调用者

第 17、18 和 19 页描述了分类，我相信 以下第 19 页上的条款将您的 struct big 指定为 MEMORY 类。

(c) 如果聚合的大小超过两个八字节并且第一个 八字节不是 SSE 或任何其他八字节都不是 SSEUP，整个 参数在内存中传递。

即调用者必须为返回值分配内存，并在 %rdi 中传递一个指向该内存的指针（并且被调用函数在 %rax 中返回相同的地址）

(1) https://github.com/hjl-tools/x86-psABI/wiki/X86-psABI 有更新的 ABI 官方版本，但链接目前无法正常工作。