栈的整体作用

本文出至:http://www.cnblogs.com/xmphoenix/archive/2012/04/28/2475399.html

.栈的整体作用

(1)保存现场/上下文

(2)传递参数:汇编代码调用c函数时,需传递参数

(3)保存临时变量:包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量。

.为什么汇编代码调用c函数需要设置栈

之前看了很多关于uboot的分析,其中就有说要为C语言的运行,准备好栈。而自己在Ubootstart.S汇编代码中,关于系统初始化,也看到有栈指针初始化这个动作。但是,从来只是看到有人说系统初始化要初始化栈,即正确给栈指针sp赋值,但是却从来没有看到有人解释,为何要初始化栈。所以,接下来的内容,就是经过一定的探究,试图来解释一下,为何要初始化栈。
要明白这个问题,首先要了解栈的作用。关于栈的作用,要详细讲解的话,要很长的篇幅,所以此处只是做简略介绍。总的来说,栈的作用就是:保存现场/上下文,传递参数,保存临时变量

1.保存现场/上下文
现场/上下文,意思就相当于案发现场,总有一些现场的情况,要记录下来的,否则被别人破坏掉之后,你就无法恢复现场了。而此处说的现场,就是指CPU运行的时候,用到了一些寄存器,比如r0,r1等等,对于这些寄存器的值,如果你不保存而直接跳转到子函数中去执行,那么很可能就被其破坏了,因为其函数执行也要用到这些寄存器。因此,在函数调用之前,应该将这些寄存器等现场,暂时保持起来(入栈push),等调用函数执行完毕返回后(出栈pop),再恢复现场。这样CPU就可以正确的继续执行了。
保存寄存器的值,一般用的是push指令,将对应的某些寄存器的值,一个个放到栈中,把对应的值压入到栈里面,即所谓的压栈。然后待被调用的子函数执行完毕的时候,再调用pop,把栈中的一个个的值,赋值给对应的那些你刚开始压栈时用到的寄存器,把对应的值从栈中弹出去,即所谓的出栈。
其中保存的寄存器中,也包括lr的值(因为用bl指令进行跳转的话,那么之前的pc的值是存在lr中的),然后在子程序执行完毕的时候,再把栈中的lr的值pop出来,赋值给pc,这样就实现了子函数的正确的返回。

2.传递参数
C语言进行函数调用的时候,常常会传递给被调用的函数一些参数,对于这些C语言级别的参数,被编译器翻译成汇编语言的时候,就要找个地方存放一下,并且让被调用的函数能够访问,否则就没发实现传递参数了。对于找个地方放一下,分两种情况。一种情况是,本身传递的参数不多于4个,就可以通过寄存器传送参数。因为在前面的保存现场的动作中,已经保存好了对应的寄存器的值,那么此时,这些寄存器就是空闲的,可以供我们使用的了,那就可以放参数。另一种情况是,参数多于4个时,寄存器不够用,就得用栈了。

3.临时变量保存在栈中

包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量。

4.举例分析C语言函数调用是如何使用栈的
对于上面的解释的栈的作用显得有些抽象,此处再用例子来简单说明一下,就容易明白了:用:arm-inux-objdump–d u-boot >dump_u-boot.txt可以得到dump_u-boot.txt文件。该文件就是中,包含了u-boot中的程序的可执行的汇编代码,其中我们可以看到C语言的函数的源代码,到底对应着那些汇编代码。
下面贴出两个函数的汇编代码,一个是clock_init,另一个是与clock_init在同一C源文件中的,另外一个函数CopyCode2Ram
33d0091c<CopyCode2Ram>:
33d0091c:  e92d4070  push   {r4, r5, r6, lr}
33d00920:  e1a06000  mov r6, r0
33d00924:  e1a05001  mov r5, r1
33d00928:  e1a04002  mov r4, r2
33d0092c:  ebffffef  bl  33d008f0 <bBootFrmNORFlash>
......
33d00984:  ebffff14  bl  33d005dc <nand_read_ll>
......
33d009a8:  e3a00000  mov r0, #0 ; 0x0
33d009ac:  e8bd8070  pop {r4, r5, r6, pc}
33d009b0<clock_init>:
33d009b0:  e3a02313  mov r2, #1275068416   ;0x4c000000
33d009b4:  e3a03005  mov r3, #5 ; 0x5
33d009b8:  e5823014  str r3, 
......
33d009f8:  e1a0f00e  mov pc, lr
1clock_init部分的代码可以看到该函数第一行:33d009b0:  e3a02313  mov r2, #1275068416   ;0x4c000000就没有我们所期望的push指令,没有去将一些寄存器的值放到栈中。这是因为,我们clock_init这部分的内容,所用到的r2,r3等等寄存器,和前面调用clock_init之前所用到的寄存器r0,没有冲突,所以此处可以不用push去保存这类寄存器的值,不过有个寄存器要注意,那就是r14,即lr,其是在前面调用clock_init的时候,用的是bl指令,所以会自动把跳转时候的pc的值赋值给lr,所以也不需要push指令去将PC的值保存到栈中。而clock_init的代码的最后一行:33d009f8:e1a0f00e mov pc, lr就是我们常见的movpc,lr,把lr的值,即之前保存的函数调用时候的PC值,赋值给现在的PC,这样就实现了函数的正确的返回,即返回到了函数调用时候下一个指令的位置。这样CPU就可以继续执行原先函数内剩下那部分的代码了。
2CopyCode2Ram部分的代码其第一行:33d0091c:e92d4070 push {r4, r5, r6, lr}就是我们所期望的,用push指令,保存了r4,r5,r以及lr。用push去保存r4,r5,r6,那是因为所谓的保存现场,以后后续函数返回时候再恢复现场,而用push去保存lr,那是因为此函数里面,还有其他函数调用:33d0092c:  ebffffef  bl  33d008f0 <bBootFrmNORFlash>
......
33d00984:  ebffff14  bl  33d005dc <nand_read_ll>
......也用到了bl指令,会改变我们最开始进入clock_init时候的lr的值,所以我们要用push也暂时保存起来。而对应地,CopyCode2Ram的最后一行:33d009ac:e8bd8070 pop {r4, r5, r6,pc}就是把之前push的值,给pop出来,还给对应的寄存器,其中最后一个是将开始pushlr的值,pop出来给赋给PC,因为实现了函数的返回。另外,我们注意到,在CopyCode2Ram的倒数第二行是:33d009a8:e3a00000 mov r0, #0 ;0x0是把0赋值给r0寄存器,这个就是我们所谓返回值的传递,是通过r0寄存器的。此处的返回值是0,也对应着C语言的源码中的“return0”.
对于使用哪个寄存器来传递返回值:当然你也可以用其他暂时空闲没有用到的寄存器来传递返回值,但是这些处理方式,本身是根据ARMAPCS的寄存器的使用的约定而设计的,你最好不要随便改变使用方式,最好还是按照其约定的来处理,这样程序更加符合规范。

时间: 2024-07-29 21:36:48

栈的整体作用的相关文章

[转] 栈的作用

一.栈的整体作用 (1)保存现场/上下文 (2)传递参数:汇编代码调用c函数时,需传递参数 (3)保存临时变量:包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量. 二.为什么汇编代码调用c函数需要设置栈 之前看了很多关于uboot的分析,其中就有说要为C语言的运行,准备好栈.而自己在Uboot的start.S汇编代码中,关于系统初始化,也看到有栈指针初始化这个动作.但是,从来只是看到有人说系统初始化要初始化栈,即正确给栈指针sp赋值,但是却从来没有看到有人解释,为何要初始化栈.所以,接下

Tiny4412之C语言实现流水灯,Tiny4412裸机程序[3]

在前边我们使用汇编完成了一个流水灯实验: Tiny4412汇编流水灯代码,Tiny4412裸机LED操作 但是,汇编语言可读性太差,在这一节我们用 C语言来实现了同样的功能,而以后的试验也尽量用 C语言实现. 我们在编写上位机程序时,C语言程序执行的第一条指令,并不在main函数中.生成一个 C程序的可执行文件时,编译器通常会在我们的代码中加上几个被称为启动文件的代码—— crtl.o .crti.o.crtend.o .crtn.o 等,它们是标准库文件.这些代码设置C程序的堆栈等,然后调用

18.9 有关设置栈指针sp寄存器r13

为什么在调用C程序时,要在汇编(.S)文件中设置栈指针sp(Stack Pointer) r13?设置栈指针的时候赋的值是多少,如何确定? 01 .text 02 .global _start 04 _start: 05 06 /*设置内存: sp栈*/ 07 ldr sp, =4096 /* nand启动 */ 08 // ldr sp, =0x40000000+4096 /* nor启动 */ 09 10 /* 调用main */ 11 bl main 12 halt: 13 b halt

系统栈的工作原理(转)

1.开篇 本篇文章着重写的是系统中栈的工作原理,以及函数调用过程中栈帧的产生与释放的过程,有可能名字过大,如果不合适我可以换一个名字,希望大家能够指正,小丁虚心求教!如果有哪里写的不清楚的或者错误的地方请及时更正,小丁再次谢过了.文章里面有错别字,也可能会有好友说寄存器的32.16位的区别其实我感觉这里主要讲的还是些原理性的东西,后续会将文章图片错别字进行调整.(图片里面的posh改为push) 2.内存的不同用途 根据不同的操作系统,一个进程可能被分配到不同的内存区域去执行.但是不管什么样的操

【链接】函数栈帧

本节通过反汇编可执行文件得到的文件,研究函数栈帧的相关内容: 栈帧整体示意图如下 示例代码 #include <stdio.h> #include <iostream> using namespace std; int z = 10; int add(int x, int y) { return x+y+z; } int inc20(int x) { int y = 10; return add(x, y); } int main(void) { int a = 30; a = i

Linux进程的栈和进程中函数的栈帧

主要理解了Linux进程的栈和函数的栈帧的区别和联系 上图中刻画的是一个Linux进程的结构图,其中本文想要关注的栈如上图所示是栈底在0xc0000000地址递减的一块进程内存区域 Linux系统中为每个进程分配的实际大小未做深究 Linux进程的栈的整体认知就是这么多,即 1)栈底在0xc0000000(并不需要栈底指针,函数的栈帧才需要栈底指针) 2)栈的增长方向,地址递减方向 3)栈顶指针esp 4)大小未知(不是本文关注的重点) 5)里面存放的内容是什么呢? 另一个概念是上文中提到的函数

C#栈和队列

栈和队列是非常重要的两种数据结构,栈和队列也是线性结构,线性表.栈.队列这三种数据结构的数据元素以及数据元素之间的逻辑关系完全相同,差别是线性表的操作不受限制,而栈和队列的操作受到限制.栈的操作只能在表的一端进行,队列的插入操作在表的一端进行而其他操作在表的另外一端. 栈 栈作为一种数据结构,是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表.它按照先进后出的原则存储数据,先进入的数据被压入栈底,最后的数据在栈顶,需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据(最后一个数据被第一个读出来).栈具有记忆作用,对栈

栈的表示和实现

基本概念 定义:栈是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表. 栈作为一种数据结构,是一种只能在一端进行插入和删除操作的特殊线性表.它按照先进后出的原则存储数据,先进入的数据被压入栈底,最后的数据在栈顶,需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据(最后一个数据被第一个读出来).栈具有记忆作用,对栈的插入与删除操作中,不需要改变栈底指针. 栈是允许在同一端进行插入和删除操作的特殊线性表.允许进行插入和删除操作的一端称为栈顶(top),另一端为栈底(bottom):栈底固定,而栈顶浮动:栈中元素个数为零时称为

栈的使用和结构体的处理

关于栈,我们并不陌生,从学习C语言其就接触了,数据结构中有学过,其提供的操作很简单,主要的操作就push和pop.一般来说在需要暂存数据的时候我们一般使用栈来临时存储数据,这也解开了学习C语言以来的另一个困惑:函数的调用约定,C语言中我们经常碰到的调用约定是__stdcall,__cdecl.而__thiscall,__fastcall碰到的很少,简单说下,就是在函数调用时,当参数多余1个时,参数是按照什么顺序入栈的(注意这里是使用栈来存储数据的)和在函数调用后,由谁(调用者还是被调用者)把参数