assembly - 需要一些关于汇编语言中 LEAVE 指令的解释

Question

我没有清楚地理解 LEAVE 函数，它是这两条指令的浓缩:

MOV ESP, EBP
POP EBP

因此，MOV ESP, EBP 将 ESP 向下移动到 EBP 的级别(堆栈的开头)。

然后POP EBP，将ESP指向的值移动并影响到EBP，同时将ESP向下移动一步。

但我真的不明白，这两个操作如何与离开函数的事实联系起来(这是 LEAVE 的目的)。

您能帮我澄清一下吗？

Answer 1

在 32 位和 16 位时代，常见的序言是例程开始时的指令序列

push ebp
mov ebp, esp

sub esp, <local_var_size>

push <clobbered_reg1>
push <clobbered_reg2>
...

这里没有什么是随意的，指令的顺序很重要，我们最终得到

|parN | <-- EBP + 04 + n*4                 par1..parN = Routine parameters
...     ...                                ra = Return address
|par2 | <-- EBP + 0ch                      o ebp = Original (caller) EBP
|par1 | <-- EBP + 08h                      lvar1..lavarM = Local variables
|ra   | <-- EBP + 04h                      creg1..cregK = Clobbered registers
|o ebp| <-- EBP
|lvar1| <-- EBP - 04h
|lvar2| <-- EBP - 08h
...    ...
|lvarM| <-- EBP - m*4
|creg1|
|creg2|
...
|cregK| <-- ESP

看看如何使用 ebp 中的合适指针轻松访问所有数据。 (参数作为连续的正偏移量大于或等于 8，局部变量作为负偏移量小于或等于 4)以及该模型对于更多数量的局部变量或参数的扩展效果如何。
为此ebp称为帧指针。

尾声必须消除这一切。
一种可能的变体是

pop <clobbered_regK>
...
pop <clobbered_reg1>

add esp, <local_var_size>

pop ebp
ret n*4

然而，这涉及重复<local_var_size> - 很容易忘记保持两个版本同步。
我们可以利用ebp这一事实值为 esp在分配本地变量之前，因此通过恢复该值，我们可以有效地取消分配它们。

pop <clobbered_regK>
...
pop <clobbered_reg1>

mov esp, ebp

pop ebp
ret n*4

但是从最后开始的第三条和第二条指令是leave指令确实如此。所以:

pop <clobbered_regK>
...
pop <clobbered_reg1>

leave
ret n*4

是等效的序言。

<小时/>

enter 是一条非常慢的指令( https://agner.org/optimize )，因此编译器从不使用它，但 leave可用于优化代码空间，对性能影响很小(可以通过节省代码大小来平衡)。 GCC 使用leave当 pop ebp其本身是不够的，大多数 -mtune=设置。

在当前的 Intel CPU(例如 Skylake)上，leave总共花费 3 个 uop，而 mov esp, ebp 则需要 2 个 uop/pop ebp 。在真实的测试用例中，通过调用(从重复循环)一个实际的小函数来解释堆栈同步微指令中可能存在的差异，该函数将 EBP 设置为帧指针并分配一些堆栈空间，然后将其拆除，测量的硬件性能计数器left 函数每次调用比 mov/pop 函数多占用 1 个前端 uop。但由于某种未知的原因，leave 函数运行得稍微快一些，即使两者都对齐了 32。(@petercordes 运行了这个测试。)