pointers - 为什么 RBP 而不是另一个寄存器作为帧指针？

Question

我理解 push rbp...pop rbp 在函数开始和结束时的用法，以保留 rbp 的值调用函数，因为 rbp 寄存器是被调用者保留的。然后我理解了使用 rbp 作为当前正在执行的过程的堆栈帧的当前顶部的“约定”。但与此相关，我有两个问题:

1. rbp 只是一个约定吗？我是否可以像使用 r11(或任何其他寄存器甚至堆栈上的 8 个字节)一样轻松地用作堆栈帧的基础？ rbp 寄存器有什么特别之处，还是只是根据历史和惯例用作堆栈框架？
2. 为什么 mov %rbp, %rsp 在离开函数之前用作“清理”方法？例如，push/pop 指令通常是对称的，因此 mov %rbp, %rsp 只是一种简写方式，人们可以“跳过”执行对称弹出操作/添加等等？ where mov %rbp, %rsp 的实际用法是什么？几乎每次我在编译器输出中看到它(启用零优化)时，它似乎都是不必要的或多余的，而且我很难想到它可能真正有用的场景。

Answer 1

优化后的代码根本不使用帧指针，除了像 VLAs/alloca(RSP 的可变大小移动)这样的东西，或者如果你专门使用 -fno-omit- frame-pointer(例如，使 perf record 堆栈采样更高效/可靠)。未优化的代码通常看起来不那么有趣。 How to remove "noise" from GCC/clang assembly output?

• x86_64 : is stack frame pointer almost useless?
• Why is it better to use the ebp than the esp register to locate parameters on the stack? (仅适用于代码大小)
• What are the advantages of a frame pointer?

所以关于何时/为什么使用帧指针的部分有很多重复项。有趣的部分是是否可以选择 RBP 以外的寄存器。

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RBP 唯一特别之处 是 leave可以紧凑地做 RSP=RBP + pop RBP;还有一个 (%rbp) addressing mode requires an explicit disp8 or disp32 (值为 0)。

所以如果您要使用帧指针，您应该选择 RBP，因为它至少与任何其他 reg 作为帧指针一样好，但比其他差用于某些其他用途的 regs。您永远不需要 0(frame_pointer)，只需要其他偏移量。 (R13 具有相同的 always-needs-a-disp8=0 效果，但随后每个堆栈访问总是需要一个 REX 前缀，例如 add -12(%r13), %eax 不t 与 RBP。)

此外，所有其他“遗留”寄存器(您可以在没有 REX 的情况下使用，即不是 R8-R15)在 at least one instruction that compilers may actually generate 中至少有一个隐式使用，例如 cmpxchg16b、cpuid、shl %cl、%reg、rep movsb 或其他任何内容，所以任何其他 reg作为帧指针会更糟。如果您需要改组以释放 RBX 用于某些需要它用于不同目的的指令，则您不能进行简单的天真未优化(或玩具编译器)代码生成。 (如果您的 .cfi_* 指令指定了异常，则堆栈展开也可能依赖于帧指针始终在特定寄存器中。)

与以前的 x86 模式的一致性是使用 RBP 的充分理由，可以让弱小的人的大脑更容易记住，但如果您要使用 RBP，仍然有代码大小和其他选择 RBP 的原因。 (实际上，由于 (%rsp) 寻址模式总是需要一个 SIB 字节，因此设置帧指针的指令实际上可以在代码大小方面为大型函数付出代价，尽管不是指令/微指令。)

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仍然不相关的原因:

RBP 基地址表示 SS 段，如 RSP，它在 16 位模式下相关，理论上在 32 位模式下(非平坦内存模型是可能的)，但在 64 位模式下则不相关，它只影响您从非规范地址获得的异常。所以这部分原因基本上消失了，几乎没有人关心 #GP 与 #SS 的区别。

enter 太慢而无法使用，但是如果 RSP 还没有指向保存的 RBP，leave 仍然值得使用，只需要额外花费 1 uop 与在 Intel CPU 上手动 mov %rbp, %rsp/pop %rbp，这就是 GCC 所做的。您声称看到了无用的 mov %rbp, %rsp 指令，但这并不是编译器实际执行的操作。

注意mov %rbp, %rsp(3字节)小于add $imm8, %rsp(4字节)，因此，如果您使用的是帧指针，并且 RSP 未指向已保存的 RBP，那么您不妨以这种方式恢复它。 (除非您需要恢复其他寄存器，如果您将它们保存在 RBP 的正下方而不是在 sub $imm, %rsp 之后，尽管您可以使用 mov 加载来恢复流行音乐。)