linux - 为什么 %rbp 没有指向任何东西？

Question

已知%rsp指向栈帧的顶部，%rbp指向栈帧的底部。然后我无法理解这段代码中为什么%rbp是0x0:

(gdb) x/4xg $rsp
0x7fffffffe170: 0x00000000004000dc  0x0000000000000010
0x7fffffffe180: 0x0000000000000001  0x00007fffffffe487
(gdb) disas HelloWorldProc 
Dump of assembler code for function HelloWorldProc:
=> 0x00000000004000b0 <+0>: push   %rbp
   0x00000000004000b1 <+1>: mov    %rsp,%rbp
   0x00000000004000b4 <+4>: mov    $0x1,%eax
   0x00000000004000b9 <+9>: mov    $0x1,%edi
   0x00000000004000be <+14>:    movabs $0x6000ec,%rsi
   0x00000000004000c8 <+24>:    mov    $0xd,%edx
   0x00000000004000cd <+29>:    syscall 
   0x00000000004000cf <+31>:    leaveq 
   0x00000000004000d0 <+32>:    retq   
End of assembler dump.
(gdb) x/xg $rbp
0x0:    Cannot access memory at address 0x0

如果 %rbp 没有指向任何内容，为什么要“保存”(推送)到堆栈？

Answer 1

RBP 是一个通用寄存器，因此它可以包含您(或您的编译器)希望它包含的任何值。 按照约定 RBP 用于指向过程框架。根据这个约定，堆栈看起来像这样:

Low            |====================|
addresses      | Unused space       |
               |                    |
               |====================|    ← RSP points here
   ↑           | Function's         |
   ↑           | local variables    |
   ↑           |                    |    ↑ RBP - x
direction      |--------------------|    ← RBP points here
of stack       | Original/saved RBP |    ↓ RBP + x
growth         |--------------------|
   ↑           | Return pointer     |
   ↑           |--------------------|
   ↑           | Function's         |
               | parameters         |
               |                    |
               |====================|
               | Parent             |
               | function's data    |
               |====================|
               | Grandparent        |
High           | function's data    |
addresses      |====================|

因此，函数的样板序言代码是:

push   %rbp
mov    %rsp, %rbp

第一条指令将 RBP 的原始值压入堆栈，然后第二条指令将 RBP 设置为 RSP< 的原始值。在此之后，堆栈看起来与上面描绘的完全一样，采用美丽的 ASCII 艺术。

然后该函数执行它的操作，执行它想执行的任何代码。正如图中所示，它可以通过使用 RBP 的正偏移量访问它在堆栈上传递的任何参数(即， RBP+x)，并且它可以通过使用 RBP 的负偏移来访问它在堆栈上分配空间的任何局部变量(即，RBP-x)。如果您了解堆栈在内存中向下增长(地址变小)，那么这种偏移方案就有意义了。

最后，结束函数的样板结语代码是:

leaveq

或者，等价地:

mov %rbp, %rsp
pop %rbp

第一条指令将 RSP 设置为 RBP 的值(整个函数代码中使用的工作值)，第二条指令弹出“原始/保存的 RBP”离开堆栈，进入 RBP。这恰好与我们在上面看到的序言代码中所做的相反并非巧合。

不过请注意，这只是一个约定。除非 ABI 要求，否则编译器可以自由使用 RBP 作为通用寄存器，与堆栈指针无关。这是可行的，因为编译器可以在编译时从 RSP 计算所需的偏移量，这是一种常见的优化，称为“帧指针省略”(或“帧指针省略”)。它在 32 位模式下尤其常见，其中可用的通用寄存器的数量极少，但您有时也会在 64 位代码中看到它。当编译器省略了帧指针时，它不需要序言和结尾代码来操作它，所以也可以省略。

你看到所有这些帧指针簿记的原因是因为你正在分析未优化代码，其中帧指针永远不会被省略，因为有它通常会使调试更容易(并且因为执行速度不是一个重要问题)。

进入您的函数时 RBP 为 0 的原因似乎是 a peculiarity of GDB ，而不是您真正需要关心的事情。正如 Shift_Left 在评论中指出的那样，Linux 下的 GDB 在将控制权移交给应用程序之前将所有寄存器(RSP 除外)预初始化为 0。如果您在调试器之外运行此程序，并且只是将 RBP 的初始值打印到标准输出，您会发现它不是零。

但是，同样，确切的值对您来说不重要。理解上面调用栈的示意图是关键。假设帧指针没有被删除，编译器不知道什么时候生成序言和尾声代码 what RBP 的值在进入时会有，因为它不知道该函数最终将在调用堆栈中的哪个位置被调用。