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為什么要保存某些暫存器?如果沒有,會出現什么問題?[復制]

2021-10-14 22:19:04 前端設計

這個問題在這里已經有了答案 什么是被呼叫者和呼叫者保存的暫存器? (5 個回答) 11 天前關閉

在MASM中使用匯編x86_64,有一些暫存器的值必須在使用前保存;它們必須被推入堆疊。它們是:RBP、RBX、RSP、R12、R13、R14 和 R15。以RBX為例,為什么要保存?

簡單地按原樣使用它而不保存它會產生什么后果?

如果有結果是它會影響我當前正在運行的程式還是會影響其他東西?

暫存器是否在匯編之外使用?意思是 CPU 使用這些暫存器而無需用戶在匯編中進行任何操作,或者例如當用戶啟動程式(視頻游戲或其他)或正在使用行程時?

uj5u.com熱心網友回復:

呼叫約定是函式如何相互呼叫并傳遞/回傳 args而不會踩到彼此的腳趾這包括呼叫您的手寫函式的編譯器生成代碼:在您的函式回傳后,允許對暫存器內容進行假設。

請參閱什么是被呼叫者和呼叫者保存的暫存器?有關呼叫保留暫存器與呼叫破壞暫存器的更多資訊,以及每個呼叫約定如何讓您(或編譯器)創建高效的 asm。

為什么 Windows64 使用與 x86-64 上的所有其他作業系統不同的呼叫約定?討論 x86-64 System V 呼叫約定的優點,以及如何/為什么做出其設計選擇。另請參閱:為什么(某些)引數在 registers 中傳遞


當您違反呼叫約定時會發生什么

您從破壞呼叫保留暫存器中遇到的問題就像函式呼叫是否與 %rax 以外的其他暫存器混淆?,但會影響將本地人保留在呼叫保留暫存器中的非錯誤呼叫者。(不像在那個和其他幾個 SO 問題中,人們試圖在回圈中呼叫一個函式,但將他們的回圈變數保存在允許函式破壞的暫存器中)。

例如,像這樣的回圈可能是無限的,或者立即結束,或者如果它是使用 RBP 作為幀指標的除錯構建并且你破壞了它,甚至會崩潰。基本上,想象一下對您的函式的呼叫在呼叫者的任何區域變數上執行步驟的后果。

  for (int i=0; i<10; i  ) {
     int tmp = my_handwritten_asm_function(i);
     printf ("%d %d\n", i, tmp);
  }

由于回圈中有函式呼叫,編譯器會保留i在呼叫保留的暫存器中,如 EBX(如果它沒有完全展開回圈并且必須mov ecx, 1/ call/ mov ecx, 2/call等)如果你的 asm 函式修改了 EBX,那顯然很糟糕。

(編譯器優化可以使函式呼叫發生在暫存器中的事情,您不會期望從簡單的機器代碼音譯中得到的東西,因為它允許假設其區域變數私有的,并且其呼叫保留的暫存器不會被踩到。 )


當然,有些呼叫者可能依賴于某個暫存器值,尤其是呼叫您的main. 因此,在手寫main.

不破壞不是正確性的證據;特別是在匯編語言中,危險代碼“碰巧作業”的情況并不少見,但仍然會以不同的周圍代碼出現問題的方式被破壞。


暫存器是否在匯編之外使用?

CPU運行的一切都是匯編語言,沒有外部。(實際上是機器代碼,但與匯編大約 1:1 對應)。通常這是編譯器生成的高級語言代碼。請參閱如何從 GCC/clang 程式集輸出中去除“噪音”?有關查看編譯器生成的 asm 的更多資訊。

但是 CPU 暫存器對于多任務作業系統下的每個執行緒都是私有的;作業系統的背景關系切換有效地將它們虛擬化。因此,只有實際呼叫您的函式(直接或間接)的代碼才會受到影響。

uj5u.com熱心網友回復:

添加到@Peter 的優秀答案中:

稍微簡化一點,程式通過給它一系列機器代碼指令來告訴處理器該做什么,一個接一個地執行,處理器執行得非常快,但完全相信程式會做一些有用的事情而不知道或關心什么將是。

當這些機器代碼指令執行時,它們會改變行程的狀態(一個行程是這些指令的執行環境),這就是一條指令與另一條指令進行通信的方式;這最終會逐步構建程式答案/結果。CPU 暫存器是該行程狀態的基礎,并且行程狀態的大多數短期修改發生在這些 CPU 暫存器中。一條指令修改暫存器,下一條指令查看該暫存器以獲取程式的下一部分。一切都在程式及其機器代碼指令序列的控制之下。

行程的一部分合并了所有 CPU 暫存器的值,它被稱為執行緒。作業系統將 CPU 虛擬化,因此每個執行緒似乎都有自己的一組 CPU 暫存器。暫存器及其值的連續性對執行緒至關重要,因為該狀態用于在機器代碼指令之間進行通信以逐個構建更大的結果。

機器代碼程式可以做的一件事是呼叫函式。當一個函式呼叫另一個函式時,呼叫者實際上被掛起,等待被呼叫的函式完成并回傳其答案/資料。一旦被呼叫的函式回傳給它的呼叫者,掛起的呼叫者就會恢復,并繼續在該函式呼叫之后找到它自己的編程。

為了使呼叫者能夠正常恢復,其掛起狀態必須完好無損。否則,它可能會以不正確的變數值恢復,這將導致不良行為。

當一個函式呼叫另一個函式時,該函式仍可能呼叫更多函式,依此類推。為了支持這一點,執行緒有一個呼叫堆疊的概念,還有一個當前掛起的函式在等待最近一個函式完成的概念——這就是呼叫鏈的概念。呼叫鏈中的函式(被掛起)依賴于保留的暫存器,它們的值構成了那些被掛起的函式的重要狀態。然而,由于 CPU 暫存器數量很少,但在任何給定程式中的功能可能有數萬個,因此函式有必要重用已被掛起函式使用的 CPU 暫存器——盡管只要在使用中暫存器回傳到它們相同的值,呼叫者將不知情,并將根據需要恢復。

因此,如果被呼叫者未能正確保留保留的暫存器,那么某些呼叫者的某些狀態將被意外修改,結果可能會發生任何事情,b/c 這與某些掛起函式的特定編程有關其狀態被意外修改。

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qianduan/313747.html

標籤:集会 x86-64 cpu-寄存器 调用约定

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