Stack

栈 Stack

堆栈指针（stack pointer），帧指针（frame pointer），堆栈帧（stack frame），活动记录（active record），调用惯例（call convention）等相关概念。

术语 Terminology

堆栈指针（stack pointer）

指CPU中的一个寄存器，该寄存器始终指向栈的顶部，同时也指向当前函数活动记录的顶部。在X86架构下，该寄存器是esp，在MIPS架构下，该寄存器是sp，即MIPS的32个通用寄存器中的29号寄存器（从0开始编号）。

同时需要指出的是，对堆栈指针的操作，在属于复杂指令集（CISC）的X86下，除了使用加减指令（ADD，SUB）之外，还有专门的指令POP,PUSH，在属于精简指令集的计算机（RISC）的MIPS下，则只能使用通用的加减指令（ADD，SUB）。

帧指针（frame pointer）

帧指针是存储函数活动记录中固定地址的寄存器。其实就是CPU中的一个寄存器，该寄存器始终指向函数活动记录的一个固定位置，不会随这个函数的执行而变化（注意，并不是指向活动记录的最底部位置）。在X86架构下，该寄存器是ebp，在MIPS架构下，该寄存器是s8，即MIPS的32个通用寄存器中的30号寄存器（从0开始编号）。

堆栈帧（stack frame）/活动记录（active record）

指由栈保存的一个函数调用所需维护的信息。一般包括：函数返回地址和参数，临时变量和局部变量，某些寄存器的值。

调用惯例（call convention）

函数调用方和被调用方对于函数如何调用的一个约定。一般包括：函数参数的传递顺序和方式，栈的维护方式，名字修饰策略等。

调用惯例 ―― cdecl

cdecl这个调用惯例是C语言默认的调用惯例。首先，对C语言中常见的几种调用惯例进行一个总结性的比较。然后就其中一些特别的地方做一个说明。

调用惯例	出栈方	参数传递	名字修饰
cdecl	函数调用方	从右向左入栈	下划线+函数名
stdcall	函数本身	从右向左入栈	下划线+函数名+@+参数字节数
fastcall	函数本身	寄存器+从右向左入栈	@+函数名+@参数字节数
pascall	函数本身	从左向右入栈	较复杂

cdecl调用惯例的参数传递为从右向左，参数入栈。这是C语言函数实现可变长参数的基础。最常见的可变长参数函数是printf();
cdecl调用惯例的出栈方是函数调用方，这是和其他3种调用惯例不一样的地方，它们的出栈方都是函数本身。那么，调用惯例中的出栈方具体是指什么呢？

函数调用实例

下图为cdecl调用惯例的一般情况示意图。

image/cdel_call_convention.png

下面分析cdecl调用惯例中，调用函数和被调用函数分别负责活动记录（堆帧栈）中的什么操作呢？首先是被调用函数，在函数的入口，需要做以下操作：

需要将返回地址入栈，例如MIPS下的 sw $ra,28($sp) 一句，就是将函数的返回地址入栈。对于x86架构，由于call命令会自动将返回地址入栈，所以在函数入口处没有返回地址入栈的指令；
需要将调用函数的帧指针入栈，然后设置本身自己函数的帧指针。在x86下，是 push %ebp;mov %esp,%ebp两句，而在MIPS下，是sw $s8,24($sp);move $s8,$sp;两句。这里也可以看出x86的拥有专门入栈指令的特点push的特点；
调整堆栈指针的大小，升栈到函数需要的堆栈大小。

上面是被调用函数需要负责的事情，那么调用函数需要负责什么呢？主要有一下几点：

准备好函数调用参数；
调用指令call跳转到被调用函数。

X86架构下的函数调用

这个调用中没有调整堆栈指针的操作，因为不需要用到额外的堆栈空间。所以，只有上面提到的第一点和第二点。

push   %ebp
mov    %esp,%ebp
.....
add    %edx,%eax
pop    %ebp
ret

MIPS架构下的函数调用

在子程序的入口，sp会被升到该子程序需要用到的最大堆栈的位置。在子程序中，堆栈的升降的汇编代码一般都大同小异，下面将romStart()函数开头和结尾的堆栈升降提取出来，代码如下所示：

addiu	$sp,$sp,-32
sw	$ra,28($sp)
sw	$s8,24($sp)
move	$s8,$sp
……
move	$sp,$s8
lw	$ra,28($sp)
lw	$s8,24($sp)
jr	$ra
addiu	$sp,$sp,32

第一句代码的-32就说明，被调用函数romStart()最多用到的堆栈空间为32bytes。然后就是将返回地址ra和调用函数的堆栈位置（存放在$s8中）放入堆栈中，然后将被调用函数堆栈栈顶位置放入$s8中（move $s8,$sp）。在函数返回就是一个逆操作，恢复调用函数的堆栈现场。有关$s8（又叫做帧指针fp）的知识，请参考下一节。