系统V ABI-AMD64-GCC发出的程序集中的堆栈对齐方式

如何解决系统V ABI-AMD64-GCC发出的程序集中的堆栈对齐方式

对于下面的C代码，Compiler Explorer的GCC x86-64 10.2发出了我在下面进一步粘贴的程序集。

一条指令是subq $40,%rsp。问题是，如何从%rsp中减去40个字节不会使堆栈未对齐？ 我的理解是：

• 在call foo之前，堆栈对齐了16个字节；
• call foo在堆栈上放置8个字节的返回地址，因此堆栈未对齐；
• 但是pushq %rbp开头的foo在堆栈上又放置了8个字节，因此它又重新对齐了16个字节；
• 因此，堆栈在subq $40,%rsp前对齐了16个字节。结果，将%rsp减少40个字节是否会破坏对齐？

很明显，就保持堆栈对齐而言，GCC发出了有效的程序集，因此我肯定缺少一些东西。

（我尝试用CLANG替换GCC，而CLANG发出subq $48,%rsp-正如我的直觉期望。）

那么，在GCC生成的程序集中我缺少什么？如何使堆栈保持16个字节对齐？

int bar(int i) { return i; }
int foo(int p0,int p1,int p2,int p3,int p4,int p5,int p6) {
    int sum = p0 + p1 + p2 + p3 + p4 + p5 + p6;
    return bar(sum);
}
int main() {
    return foo(0,1,2,3,4,5,6);
}

bar:
        pushq   %rbp
        movq    %rsp,%rbp
        movl    %edi,-4(%rbp)
        movl    -4(%rbp),%eax
        popq    %rbp
        ret
foo:
        pushq   %rbp
        movq    %rsp,%rbp
        subq    $40,%rsp
        movl    %edi,-20(%rbp)
        movl    %esi,-24(%rbp)
        movl    %edx,-28(%rbp)
        movl    %ecx,-32(%rbp)
        movl    %r8d,-36(%rbp)
        movl    %r9d,-40(%rbp)
        movl    -20(%rbp),%edx
        movl    -24(%rbp),%eax
        addl    %eax,%edx
        movl    -28(%rbp),%edx
        movl    -32(%rbp),%edx
        movl    -36(%rbp),%edx
        movl    -40(%rbp),%edx
        movl    16(%rbp),%eax
        addl    %edx,%eax
        movl    %eax,%edi
        call    bar
        leave
        ret
main:
        pushq   %rbp
        movq    %rsp,%rbp
        pushq   $6
        movl    $5,%r9d
        movl    $4,%r8d
        movl    $3,%ecx
        movl    $2,%edx
        movl    $1,%esi
        movl    $0,%edi
        call    foo
        addq    $8,%rsp
        leave
        ret

解决方法

16字节对齐的目的是使函数在当前的以下的任何级别调用，如果它们需要对齐的本地变量，则不必担心对齐其堆栈。

在没有ABI保证的情况下，需要此功能的每个函数都必须and带有一定值的堆栈指针以确保其正确对齐，例如：

and %rsp,$0xfffffffffffffff0

但是，在这种特殊情况下没有必要 的原因-bar()函数是一个叶子函数，意味着编译器具有 full 知识级别或以下级别的任何对齐要求（它没有本地语言，并且不调用任何函数，因此也没有要求）。

foo()函数在下面也没有要求，因为它调用的唯一内容是bar()。这似乎也决定了它的自己当地人也不需要这种对齐级别。

即使从即时翻译单位外部调用了bar()或foo()（由于没有标记为static，所以它们也是 ），并不会改变不需要对齐的事实。

例如，bar在单独的翻译单元中，或者在无法确定不需要对齐的情况下调用了其他函数，则情况会有所不同。

这将意味着gcc不会完全了解其对齐要求。而且，的确，如果您在Godbolt中注释掉bar定义行（有效地隐藏了定义），您将看到该行更改：

// int bar(int i) { return i; }
   --> subq $48,%rsp             ; no longer $40

---

顺便说一句，尽管在这种情况下16字节对齐在技术上不是不必要，但我认为可能使gcc使用系统V AMD64 ABI。在该ABI中似乎没有任何允许这种偏差的地方，文本（PDF）表示（略述，用我的粗体显示）：

输入自变量区域的末尾应在16个字节边界上对齐（如果__m256在堆栈上通过则为32个字节）。换句话说，当控制权转移到函数入口点时，值%rsp + 8是 总是16的倍数（或32）。 堆栈指针{{ 1}}始终指向最新分配的堆栈帧的结尾。

尽管已知在这种情况下不会引起问题，但以使观察到的行为兼容的任何方式解释这似乎没有什么余地。

是否有人认为足以担心的问题超出了此答案的范围，我对此没有任何判断：-）