c - About Variable-Size Stack Frames，关于栈帧的对齐，来自CSAPP的一个例子

Question

C代码:

long vframe(long n, long idx, long *q) {
    long i;
    long *p[n];
    p[0] = &i;

    for (i = 1; i < n; i++)
        p[i] = q;

    return *p[idx];
}

部分生成的汇编代码:

long vframe(long n, long idx, long *q)

n in %rdi, idx in %rsi, q in %rdx
Only portions of code shown
vframe:
pushq   %rbp            Save old %rbp
movq    %rsp, %rbp      Set frame pointer
subq    $16, %rsp       Allocate space for i (%rsp = s1)
leaq    22(,%rdi,8), %rax
andq    $-16, %rax
subq    %rax, %rsp      Allocate space for array p (%rsp = s2)
leaq    7(%rsp), %rax
shrq    $3, %rax
leaq    0(,%rax,8), %r8     Set %r8 to &p[0]
movq    %r8, %rcx       Set %rcx to &p[0] (%rcx = p)
...
Code for initialization loop
i in %rax and on stack, n in %rdi, p in %rcx, q in %rdx
.L3:                  loop:
movq    %rdx, (%rcx,%rax,8) Set p[i] to q
addq    $1, %rax        Increment i
movq    %rax, -8(%rbp)      Store on stack
.L2:
movq    -8(%rbp), %rax      Retrieve i from stack
cmpq    %rdi, %rax      Compare i:n
jl  .L3         If <, goto loop
...
Code for function exit
leave               Restore %rbp and %rsp
ret             Return

---

作者在书中说:

leaq指令在

leaq    22(,%rdi,8), %rax

计算值 8n + 22，然后通过 andq 指令向下舍入到最接近的 16 的倍数

andq    $-16, %rax

当 n 为奇数时，结果值为 8n + 8，当 时，结果值为 8n + 16 >n 是偶数，从 s1 中减去该值得到 s2。

令我困惑的是 8n + 22。为什么必须是 22，而不是 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23？

Answer 1

我现在看这里也有这个问题。

我尝试通过 clang 使用命令编译源代码:

clang -Og -S source.c -o source.s

在ubuntu18.04和windows 10这两个平台上，

程序集文件显示:

pushq   %rbp
movq    %rsp, %rbp
subq    $16, %rsp
movq    %rsp, %r8
movq    %rsp, %r9
leaq    15(,%rdi,8), %r10
andq    $-16, %r10
movq    %r9, %rax
     ...

clang 从 16 到 23 选择 15 甚至不是，

我读了The x86-64 psABI version 1.0 ,

在 3.2.2 堆栈框架部分:

The end of the input argument area shall be aligned on a 16 (32 or 64, if __m256 or __m512 is passed on stack) byte boundary. In other words, the value (%rsp + 8) is always a multiple of 16 (32 or 64) when control is transferred to the function entry point. The stack pointer, %rsp, always points to the end of the latest allocated stack frame.

所以我认为数字是 22 还是 15 并不重要，

数字刚好导致e1和e2的大小

clang选择15，则当n为偶数时，e1和e2 将小于 gcc 版本，

关键点是保护堆栈帧末尾的 16 字节对齐，

或可变大小堆栈帧中 s2 - s1 的值。