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C++ 函数调用约定和栈帧管理的历史发展与演变

轻辰大大_2027

轻辰大大_2027

发布时间:2024-08-17 12:30:03

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来源于php中文网

原创

摘要:c++ 函数调用约定定义了调用者和被调用者之间的接口,包括传参方式、返回值调用和栈帧布局。自 c++ 诞生以来,出现了 cdecl(默认)、stdcall 和 fastcall 等不同约定。fastcall 由于性能优势近年来变得流行。栈帧管理负责存储函数数据,由调用者(cdecl)或被调用者(stdcall)负责清理。

C++ 函数调用约定和栈帧管理的历史发展与演变

C++ 函数调用约定和栈帧管理的历史发展与演变

函数调用约定

函数调用约定定义了调用者和被调用者之间的接口,包括:

  • 传参方式:参数传递给被调用者的方式,如按值、按引用或寄存器。
  • 返回值调用:返回值如何从被调用者返回到调用者。
  • 栈帧布局:函数执行期间堆栈中存储数据的排列。

自 C++ 诞生以来,出现了几种不同的调用约定:

  • cdecl (默认):使用栈传递函数参数和局部变量,结果值通过寄存器返回。
  • stdcall:使用栈传递函数参数,通过寄存器返回结果,但调用者清理堆栈。
  • fastcall:使用寄存器和栈传递函数参数,结果值通过寄存器返回。

近年来,随着编译器优化技术的进步,fastcall 调用约定因其性能优势而变得越来越流行。

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栈帧管理

栈帧是一个数据结构,它在函数执行期间存储局部变量、参数和返回地址。栈帧管理涉及:

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

下载
  • 创建栈帧:在函数调用时,分配一个新的栈帧来存储函数所需的数据。
  • 保存寄存器:调用者将某些寄存器(如基址指针)保存在栈帧中,供函数使用。
  • 清理栈帧:在函数返回时,释放栈帧并恢复寄存器。

在 C++ 中,栈帧管理通过以下机制实现:

  • __cdecl:调用者负责清理栈帧。
  • __stdcall:被调用者负责清理栈帧。
  • __fastcall:依赖于编译器的实现。

实战案例

以下代码示例演示了 C++ 中不同函数调用约定对汇编代码的影响:

// cdecl.cpp
int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

// stdcall.cpp
int __stdcall add(int a, int b) {
  return a + b;
}

编译这两个文件并反汇编汇编代码:

g++ -c cdecl.cpp
g++ -c stdcall.cpp
objdump -d cdecl
objdump -d stdcall

对于 cdecl:

add:
  push ebp
  mov ebp, esp
  push ebx
  mov eax, [ebp+8]
  mov ebx, [ebp+12]
  add eax, ebx
  pop ebx
  leave
  ret

对于 stdcall:

_add@8:
  push ebp
  mov ebp, esp        ; 推送 EBP 并将 ESP 设置为 EBP
  mov eax, ecx
  retn 8             ; 返回值在 EAX 中,返回地址在 EIP 中,ESP 减少 8

可以看到,在 cdecl 中,调用者负责清理栈帧 (leave 指令),而在 stdcall 中,被调用者负责清理栈帧 (retn 8 指令)。

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