在功能序言/尾声中使用 pusha/popa？答案

【问题标题】：Usage of pusha/popa in function prologue/epilogue?在功能序言/尾声中使用 pusha/popa？
【发布时间】：2021-12-30 11:21:18
【问题描述】：

阅读汇编教程，我看到“功能”序言/尾声包含在：

push bp
mov bp, sp  
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pop bp

但我也看到了一些其他教程，使用pusha 然后popa 来保留寄存器。那么，为什么除了设置 bp 之外，函数 prologue/epilogue 不执行 pusha/popa 来保存寄存器上下文？

【问题讨论】：

pusha 和 popa 可用于满足这些调用约定。但唯一的优势似乎是代码大小：stackoverflow.com/questions/48449166/…
序言/尾声只需履行约定即可。例如。 bp 寄存器不一定必须用于访问堆栈帧，您可以使用任何其他寄存器，但 bp 在用于寻址时具有默认为 SS 段的优势。
@8HoLoN 编译器知道它编译的每个函数使用哪个寄存器。所以它可以通过只保存它计划使用的那些寄存器来节省大量时间。此外，有些寄存器是调用者保存的，根本不需要保存。这比总是保存所有寄存器要好得多。
这个问题只是关于 pusha/popa 还是为什么除了 bp 没有保存任何寄存器？根据调用约定，不必保留其他寄存器。根据功能实现，不会修改其他寄存器。所示的结尾/序言创建了一个标准的堆栈帧来访问堆栈上的参数和局部变量，以便相对于 bp 进行寻址。必须额外/手动完成寄存器的保存和恢复。
所以你自己的语言 - 然后你可以创建你自己的规则！您的每个函数都可以有自己的调用约定，也可以没有。

标签： assembly x86-16 bootloader

【解决方案1】：

他们不保存所有寄存器，因为您并不总是需要保存所有寄存器。保存和恢复它们很慢。是的，这是一条小的单指令，看起来很节省，但需要时间和堆栈空间。要了解保存的内容，请查看调用约定。

https://en.wikipedia.org/wiki/X86_calling_conventions

PUSHA/PUSHAD - 推送所有通用寄存器

这些是慢说明。在 Skylake 上，PUSHA 需要 19 uop 和 8 个周期的吞吐量。 POPA 需要 18 uops 和 8c 的吞吐量。

另外，PUSHA/PUSHAD 在 64 位中无效。当 x86 扩展到 64b 时，它们被 AMD 和 Intel 正确清除。

现代编译器则相反，尽可能避免保存寄存器。 LLVM 执行称为收缩包装的分析，其中 prolog 被向前推进以允许快速提前退出。

https://llvm.org/doxygen/ShrinkWrap_8cpp_source.html

这些是可怕的、可怕的、不好的、非常糟糕的指示。

【讨论】：

【解决方案2】：

阅读汇编教程，我看到了“功能”序言/尾声...

对于真正的汇编语言（您不必遵守不同语言的调用约定），“函数序言/结尾”这句话没有意义。

对于“旨在遵守某些其他语言的调用约定的汇编语言”；您只需要保存/恢复一些寄存器（可能没有）。

举个例子；对于 CDECL，EAX、ECX 和 EDX 的内容可以被被调用者丢弃，并且永远不需要被调用者保存/恢复（调用者需要保存它们，如果他们关心的话）；如果一个函数不使用任何其他寄存器，则被调用者也不需要保存或恢复任何其他寄存器。另请注意，“EBP 作为帧指针”是过时的垃圾（它的存在是因为调试器不是很好，并且在改进调试信息时变得毫无意义 - 例如 DWARF 调试信息等）。这些东西结合起来意味着这样的事情对于 CDECL 来说是可以接受的序幕和尾声：

    myFunction:
            mov eax,12345      ;eax = returned value
            ret

如果确实需要保存和恢复“大量”寄存器； pusha 很慢（微编码），一系列多条push 指令也很慢（存储的地址取决于最近修改的 ESP 中的值）。典型的方法是自己做，比如：

                        ;Don't bother saving EAX, ECX, EDX.
    sub esp,16          ;Create space to save 4 registers (but maybe more for local variables)

    mov [esp],ebx
    mov [esp+4],esi
    mov [esp+8],edi
    mov [esp+12],ebp

但是；成本是空间。在代码大小非常有限（例如“512 字节的一部分”）的引导加载程序中，聪明的程序员将使用真正的汇编语言（其中“函数序言/结尾”没有意义），初学者可能会使用 pusha 来节省空间（没有意识到他们没有理由关心其他编程语言的调用约定）。

【讨论】：

所以你说，最好（从 cpu 性能 pov）手动为堆栈腾出空间 sp 然后 mov 而不是使用 push 操作码？并且不依赖 bp 来获取参数或 var，而是使用 sp 然后使用 add esp, 16 恢复 sp ？
BTW SP 用于 16 位（见标签），尤其是 32 位
@Sebastian 我知道，谢谢
您打算使用什么（16、32、64 位）？实模式/保护模式？
@8HoLoN：在像引导加载程序这样的 16 位模式下，您通常希望使用 bp 作为帧指针，因为 [sp+2] 不是有效的寻址模式。（虽然您可以使用[esp+2]，但地址大小前缀和 SIB 字节需要额外的代码大小，并且代码大小在传统 BIOS 引导加载程序中通常非常宝贵。）改用纯 mov多个 push 也需要更多的代码大小，并且在 CPU 上 since Pentium-M which have a "stack engine" 以绕过堆栈操作对堆栈指针的串行依赖性甚至不会更快。