c - C中的可变长度数组，它们是如何编译的

Question

我有一些给定的代码在 C 中的堆栈上使用可变长度数组。我不能轻易地更改该代码以在堆上使用 malloced 缓冲区，因为我正在处理一些东西没有操作系统支持动态内存。然而，当我测试我的方法时，堆栈实际上被破坏了(即 SP get 被设置为一个完全虚假的地址)。为了弄清楚发生了什么，我查看了程序集，编译器输出让我完全困惑。

我在 pandaboard ES(OMAP4460 ARM 处理器)上运行代码。

为了测试堆栈上可变大小数组的实际编译方式，我制作了一个简单的工作测试程序。然而，代码又一次让我难以理解。

这里是我不明白的地方:

当我编译一个简单的函数时:

int test_method(size_t i)
{
   unsigned char buffer[10];
   return -1;
}

我得到了一些非常简单的汇编代码:

80003a68 <test_method>:
80003a68:       b480            push    {r7}        ; store frame pointer
80003a6a:       b087            sub     sp, #28     ; make stack frame (size 28)
80003a6c:       af00            add     r7, sp, #0  ; set frame pointer
80003a6e:       6078            str     r0, [r7, #4]; store parameter on stack
80003a70:       f04f 0300       mov.w   r3, #0      ; load return value
80003a74:       4618            mov     r0, r3      ; put return value in return register
80003a76:       f107 071c       add.w   r7, r7, #28 ; destroy stack frame
80003a7a:       46bd            mov     sp, r7      ; ...
80003a7c:       bc80            pop     {r7}        ; pop stored frame pointer
80003a7e:       4770            bx      lr          ; return

但是当我使用以下代码对可变大小的数组进行尝试时:

int test_method(size_t i)
{
    unsigned char buffer[i];
    return 0;
}

我得到这个程序集:

80003a68 <test_method>:
80003a68:       e92d 03f0       stmdb   sp!, {r4, r5, r6, r7, r8, r9}
80003a6c:       b084            sub     sp, #16
80003a6e:       af00            add     r7, sp, #0
80003a70:       6078            str     r0, [r7, #4]
80003a72:       4669            mov     r1, sp
80003a74:       460e            mov     r6, r1
80003a76:       f8d7 c004       ldr.w   ip, [r7, #4]
80003a7a:       4661            mov     r1, ip
80003a7c:       f101 31ff       add.w   r1, r1, #4294967295     ; 0xffffffff
80003a80:       60b9            str     r1, [r7, #8]
80003a82:       4660            mov     r0, ip
80003a84:       f04f 0100       mov.w   r1, #0
80003a88:       f04f 38ff       mov.w   r8, #4294967295 ; 0xffffffff
80003a8c:       f04f 090f       mov.w   r9, #15
80003a90:       ea00 0008       and.w   r0, r0, r8
80003a94:       ea01 0109       and.w   r1, r1, r9
80003a98:       ea4f 7850       mov.w   r8, r0, lsr #29
80003a9c:       ea4f 05c1       mov.w   r5, r1, lsl #3
80003aa0:       ea48 0505       orr.w   r5, r8, r5
80003aa4:       ea4f 04c0       mov.w   r4, r0, lsl #3
80003aa8:       f04f 30ff       mov.w   r0, #4294967295 ; 0xffffffff
80003aac:       f04f 010f       mov.w   r1, #15
80003ab0:       ea04 0400       and.w   r4, r4, r0
80003ab4:       ea05 0501       and.w   r5, r5, r1
80003ab8:       4660            mov     r0, ip
80003aba:       f04f 0100       mov.w   r1, #0
80003abe:       f04f 34ff       mov.w   r4, #4294967295 ; 0xffffffff
80003ac2:       f04f 050f       mov.w   r5, #15
80003ac6:       ea00 0004       and.w   r0, r0, r4
80003aca:       ea01 0105       and.w   r1, r1, r5
80003ace:       ea4f 7450       mov.w   r4, r0, lsr #29
80003ad2:       ea4f 03c1       mov.w   r3, r1, lsl #3
80003ad6:       ea44 0303       orr.w   r3, r4, r3
80003ada:       ea4f 02c0       mov.w   r2, r0, lsl #3
80003ade:       f04f 30ff       mov.w   r0, #4294967295 ; 0xffffffff
80003ae2:       f04f 010f       mov.w   r1, #15
80003ae6:       ea02 0200       and.w   r2, r2, r0
80003aea:       ea03 0301       and.w   r3, r3, r1
80003aea:       ea03 0301       and.w   r3, r3, r1
80003aee:       4663            mov     r3, ip
80003af0:       f103 0307       add.w   r3, r3, #7
80003af4:       f103 0307       add.w   r3, r3, #7
80003af8:       ea4f 03d3       mov.w   r3, r3, lsr #3
80003afc:       ea4f 03c3       mov.w   r3, r3, lsl #3
80003b00:       ebad 0d03       sub.w   sp, sp, r3
80003b04:       466b            mov     r3, sp
80003b06:       f103 0307       add.w   r3, r3, #7
80003b0a:       ea4f 03d3       mov.w   r3, r3, lsr #3
80003b0e:       ea4f 03c3       mov.w   r3, r3, lsl #3
80003b12:       60fb            str     r3, [r7, #12]
80003b14:       f04f 0300       mov.w   r3, #0
80003b18:       46b5            mov     sp, r6
80003b1a:       4618            mov     r0, r3
80003b1c:       f107 0710       add.w   r7, r7, #16
80003b20:       46bd            mov     sp, r7
80003b22:       e8bd 03f0       ldmia.w sp!, {r4, r5, r6, r7, r8, r9}
80003b26:       4770            bx      lr

所有这些额外的逻辑从何而来？我本以为，只要将堆栈帧扩大 i 大小(传入 r0)就足够了，也许还需要添加一些额外的代码保持对齐。但是为什么所有这些额外的寄存器都是用0xffffffff和#15写的。我无法真正理解编译器给我的这个程序集。

Answer 1

这不是一个真正的答案，只是收集更多不适合评论的信息

typedef unsigned int size_t;

int test_method1(size_t i)
{
   unsigned char buffer[10];
   return -1;
}

int test_method2(size_t i)
{
    unsigned char buffer[i];
    return 0;
}

arm-none-eabi-gcc -O2 -c tm1.c -o tm1.o

arm-none-eabi-objdump -D tm1.o

基本上优化了一切

00000000 <test_method1>:
   0:   e3e00000    mvn r0, #0
   4:   e12fff1e    bx  lr

00000008 <test_method2>:
   8:   e3a00000    mov r0, #0
   c:   e12fff1e    bx  lr

虽然代码不好，但这应该让编译器不会优化所有东西

typedef unsigned int size_t;

unsigned char *test_method1(size_t i, size_t j)
{
   unsigned char buffer[10];
   return(&buffer[j]);
}

unsigned char *test_method2(size_t i, size_t j)
{
    unsigned char buffer[i];
    return(&buffer[j]);
}

00000000 <test_method1>:
   0:   e24dd010    sub sp, sp, #16
   4:   e28d3004    add r3, sp, #4
   8:   e0830001    add r0, r3, r1
   c:   e28dd010    add sp, sp, #16
  10:   e12fff1e    bx  lr

00000014 <test_method2>:
  14:   e92d0808    push    {r3, fp}
  18:   e2800007    add r0, r0, #7
  1c:   e3c00007    bic r0, r0, #7
  20:   e28db004    add fp, sp, #4
  24:   e04dd000    sub sp, sp, r0
  28:   e08d0001    add r0, sp, r1
  2c:   e24bd004    sub sp, fp, #4
  30:   e8bd0808    pop {r3, fp}
  34:   e12fff1e    bx  lr

确实如此，我认为它可能回答了您的问题。编译器处理可变长度数组的方式是，在这种情况下，它以数组大小的数量对堆栈指针进行数学运算，基本上按照您的预期在堆栈上分配动态数组。对于静态大小的数组，在堆栈上完成的数学计算是一个静态数字，而不是传入的参数。