编译器使用局部变量而不调整 RSP

Question

问题Compilers: Understanding assembly code generated from small programs编译器使用两个局部变量而不调整堆栈指针。

不调整RSP 以使用局部变量似乎中断安全，因此编译器似乎依赖硬件在中断发生时自动切换到系统堆栈。否则，出现的第一个中断会将指令指针压入堆栈并覆盖局部变量。

该问题的代码是：

#include <stdio.h>

int main()
{
    for(int i=0;i<10;i++){
        int k=0;
    }
}

该编译器生成的汇编代码是：

00000000004004d6 <main>:
  4004d6:       55                      push   rbp
  4004d7:       48 89 e5                mov    rbp,rsp
  4004da:       c7 45 f8 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],0x0
  4004e1:       eb 0b                   jmp    4004ee <main+0x18>
  4004e3:       c7 45 fc 00 00 00 00    mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
  4004ea:       83 45 f8 01             add    DWORD PTR [rbp-0x8],0x1
  4004ee:       83 7d f8 09             cmp    DWORD PTR [rbp-0x8],0x9
  4004f2:       7e ef                   jle    4004e3 <main+0xd>
  4004f4:       b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
  4004f9:       5d                      pop    rbp
  4004fa:       c3                      ret    

局部变量是i[rbp-0x8] 和k[rbp-0x4]。

谁能阐明这个中断问题？硬件是否确实切换到系统堆栈？如何？我的理解有误吗？

Answer 1

这是x86-64 ABI 的所谓“红色区域”。来自wikipedia的总结：

在计算中，红色区域是函数堆栈帧中超出当前堆栈指针的固定大小区域，该函数不保留该区域。被调用函数可以使用红色区域来存储局部变量无需修改堆栈指针的额外开销。这个内存区域不能被中断/异常/信号处理程序修改。 System V 使用的 x86-64 ABI 要求有一个 128 字节的红色区域，该区域直接从堆栈指针的当前值开始。

在 64 位 Linux 用户代码中是可以的，只要使用不超过 128 个字节。这是叶函数最常用的优化，即不调用其他函数的函数，

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如果您使用-mno-red-zone 选项将示例程序编译为带有 GCC（或兼容编译器）的 64 位 Linux 程序，您会看到生成的代码如下：

main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16;     <<============  Observe RSP is now being adjusted.
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 0
.L3:
        cmp     DWORD PTR [rbp-4], 9
        jg      .L2
        mov     DWORD PTR [rbp-8], 0
        add     DWORD PTR [rbp-4], 1
        jmp     .L3
.L2:
        mov     eax, 0
        leave
        ret

此代码生成可在此godbolt.org 链接中查看。

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对于 32 位 Linux 用户程序，不调整堆栈指针将是一件坏事。如果您要将问题中的代码编译为 32 位代码（使用 -m32 选项）main 将出现类似于以下代码：

main:
        push    ebp
        mov     ebp, esp
        sub     esp, 16;     <<============  Observe ESP is being adjusted.
        mov     DWORD PTR [ebp-4], 0
.L3:
        cmp     DWORD PTR [ebp-4], 9
        jg      .L2
        mov     DWORD PTR [ebp-8], 0
        add     DWORD PTR [ebp-4], 1
        jmp     .L3
.L2:
        mov     eax, 0
        leave
        ret

此代码生成可在此gotbolt.org 链接中查看。